ÓPTICA. ONDAS ELECTROMÁGNETICAS: campos eléctricos y magnéticos que varían en tiempo y se propagan el espacio, en el vacío a una rapidez c= m/s.

Transcripción

1 ÓPTICA ONDAS ELECTROMÁGNETICAS: cmpos eléctricos y mgéticos que vrí e tiempo y se propg el espcio, e el vcío u rpidez c m/s. L luz tiee propieddes odultoris y corpuscolres (mecáic cuátic).

2 FRENTE DE ONDA: Es el lugr geométrico de todos los putos dycetes e los cules l fse de virció de u mgitud físic, socid co l od, es l mism. E culquier istte, todos los putos de u frete de od está e l mism prte de su ciclo de vrició. ryos ONDA ESFÉRICA ONDA PLANA ryos fuete Fretes de od Fretes de od Ryo: líe imgiri lo lrgo de l direcció de propgció de l luz

3 ÓPTICA GEOMÉTRICA ÓPTICA FÍSICA Se utiliz u descripció de l luz sd e ryos. Se ocup del comportmieto odultorio REFLEXIÓN REFRACCIÓN DISPERSIÓN POLARIZACIÓN

4 REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN E geerl, cudo u od lumios icide e u iterfz lis que sepr dos mteriles trspretes (como ire y vidrio o gu y vidrio), prte de l od se reflej y prte se refrct (trsmite) e el segudo mteril. Ryo reflejdo Ryo refrctdo Reflexió especulr (superficie lis) θ θ r θ Ryo refrctdo Reflexió difus (superficie ásper)

5 ÍNDICE DE REFRACCIÓN El ídice de refrcció de u mteril óptico, que se deot co, es l rzó de l rpidez de l luz c e el vcío respecto su rpidez v detro del mteril. c v L luz siempre se propg más letmete detro de u mteril que e el vcío por lo que el vlor de e culquier medio que o se el vcío siempre es myor que 1. E el vcío 1. Ddo que es l rzó etre dos vlores de rpidez, es u úmero puro si uiddes.

6 LEYES DE REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN θ 1. Los ryos icidete, reflejdo y refrctdo, sí como l orml l superficie, yce todos e el mismo plo θ r θ 2. El águlo de reflexió θ r es igul l águlo de icideci θ pr tods ls logitudes de od y pr culquier pr de mteriles: θ r θ 3. L rzó de los seos de los águlos θ y θ, dode mos águlos se h medido desde l orml l superficie, es igul l rzó ivers de los ídices de refrcció: Ley de Sell siθ siθ siθ siθ

7 θ > el águlo θ es más pequeño que θ θ r θ θ > el águlo θ es más grde que θ θ r θ θ 0 Cudo θ 0, tmié θ 0.

8 E figur, el mteril es gu (1.33) y el mteril es vidrio co ídice de refrcció de Si el ryo icidete form u águlo de 60 o respecto l orml, hlle l direcció de los ryos reflejdo y refrctdo. θ θ r θ r θ 0 60 θ siθ siθ θ siθ siθ 1.33si

9 L rpidez de u od electromgétic es diferete e diferetes mteriles. L frecueci f de l od o cmi l psr de u mteril otro (l superficie limítrofe o cre i destruye ods, el úmero de ciclos de od que lleg por uidd de tiempo dee ser igul l úmero de ciclos de od que sle por uidd de tiempo). L logitud de od es diferetes e diferetes mteriles, es meor que l logitud de od λ 0 e el vcío: λ λ 0 f v/ λ c λ λ 0 f f c/ 0 v c λ0v λ0 λ λ λ c 0

10 L logitud de od de l luz roj de u láser de helio-eó es de 633 m e el ire, y de 474 m e el humor cuoso del iterior del ojo humo. Clcule el ídice de refrcció del humor cuoso y l rpidez y frecueci de l luz e est sustci. λ 633m 0 λ0 λ 474m v f 8 c 310 m/ s m/ s v m/ s Hz 9 λ m

11 REFLEXIÓN INTERNA TOTAL E cierts circustcis se puede reflejr tod l luz l iterfz, si que d de ell se trsmit, uque el segudo mteril se trsprete. θ θ θ cr θ 90 > θ cr > θ siθ si Por l ley de Sell, si > el águlo de refrcció es myor que θ. Dee her cierto vlor de θ < 90 o co el que l ley de Sell d siθ 1 y θ 90 o. El águlo de icideci co que emerge el ryo refrctdo tgete l superficie se llm águlo crítico. Si el águlo de icideci es myor que el águlo crítico, el ryo o puede psr l mteril superior y se reflej totlmete. Est situció se llm reflexió iter.

12 siθ cr Águlo crítico pr reflexió iter totl

13 33.1 Cierto hz de luz tiee u logitud de od de 650 m e el vcío. ) Clcule l rpidez de est luz e u líquido cuyo ídice de refrcció es ) Clcule l logitud de od de ests ods e el líquido. ) ) 8 c 310 m/ s 8 v m/ 1.47 λ0 650m λ m 1.47 s

14 33.5 U hz prlelo de luz form u águlo de 47.5 o co l superficie de u plc de vidrio co ídice de refrcció ) Clcule el águlo etre l prte reflejd del hz y l superficie del vidrio; ) Clcule el águlo etre el hz refrctdo y l superficie del vidrio o ) El águlo de reflexió es igul, 47.5 o. θ θ r θ ) siθ v siθ 1si( ) 1.66siθ si(42.5) siθ θ θ

15 33.17 U ryo de luz se propg e u cuo de vidrio sumergido totlmete e gu. Usted hll que si el ryo icide e l iterfz vidrio/gu u águlo respecto l orml myor que 48.7 o, o se refrct luz lgu e el gu. Clcule el ídice de refrcció del vidrio ( gu 1.33). θ cr v v siθ v siθ cr cr

16 DISPERSIÓN L luz lc ordiri es u superposició de ods co logitudes de ods que rc todo el espectro visile. L rpidez de l luz e u vcío es l mism pr tods ls logitudes, pero l rpidez e u sustci es diferete e el cso de logitudes de od diferetes. Por tto, el ídice de refrcció de u mteril depede de l logitud de od. Eso se llm dispersió. E csi todos los mteriles dismiuye l umetr de λ. Cudo u ryo de luz lc icide e u prism, l desvició provocd por el prism crece l umetr de, f y dismiuir de λ. L luz violet es l que se desví e myor grdo y l roj l que se desví meos.

17 POLARIZACIÓN L polrizció e u crcterístic de tods ls ods trsversles, y u od electromgétic es u od trsversl. B y E r E( x, t) ˆjE r B( x, t) kb ˆ mx mx cos( kx ωt) cos( kx ωt) z x Se defie l direcció de polrizció de l od como l direcció del vector cmpo eléctrico. L od e figur etoces es polrizd e direcció y.

18 FILTROS POLARIZADORES Ls ods rdios emitids por u trsmisor rdio, televisió o teléfoo celulr so polrizds e u direcció prlel l te. L luz visile proveiete de omills o sistems de luz fluorescete o está polrizd, porque tiee u úmero eorme de moléculs orietds l zr. Es u mezcl letori de ods lielmete polrizds e tods ls direccioes trsversles posiles. Pr crer luz polrizd prtir de luz turl se ecesit u filtro. El filtro polrizdos más comú es el Polroid. Este mteril cotiee sustcis que preset dicroísmo, u sorció selectiv e l que uo de los compoetes polrizdos se sore mucho más itesmete que el otro. Trsmite el 80% de l itesidd de ls ods polrizds prlelmete cierto eje del mteril (eje de polrizció) pero sólo el 1% de ls ods polrizds perpediculrmete este eje. U filtro idel permite el pso del 100% de l luz icidete polrizd e direcció del eje de polrizció y loque totlmete l luz polrizd perpediculrmete este eje.

19 Luz turl Fotoceld Eje de polrizció Luz o polrizd etr icide sore u filtro polrizdor plo. L luz que emerge del polrizdor está lielmete polrizd e l direcció prlel l eje de polrizció. L itesidd de l luz trsmitid es LA MITAD de itesidd de l luz icidete o polrizd, o import cómo esté orietdo el filtro. El cmpo E de l od icidete tiee u compoete prlel l eje de polrizció y u perpediculr. Deido que l luz icidete es u mezcl letori de todos los estdos de polrizció, ests dos compoetes, e promedio, so igules. El polrizdor (idel) trsmite sólo l compoete prlel, etoces sólo trsmite l mitd de l itesidd icidete.

20 Eje de polrizció Ecosφ Luz turl Ecosφ φ E Fotoceld Eje de polrizció Cosideremos hor dos filtros. El eje de polrizció del segudo filtro form u águlo φ co el eje del primero. L itesidd trsmitid será u fució de φ, máxim (I mx ) cudo φ0 y cero cudo φ90 o. I I cos 2 mx φ Ley de Mlus

21 33.26 U polrizdor y u lizdor está orietdos de modo que se trsmite l máxim ctidd de luz. Clcule que frcció de su vlor máximo se reduce l itesidd de l luz trsmitid cudo se hce girr el lizdor de 22.5 o, 45 o, 67.5 o. I I cos 2 mx φ I I mx ) ) c) I I I cos 2 cos cos cos ϕ % % %

22 33.27 L luz o polrizd co u itesidd de 20 W/cm 2 icide e dos filtros polrizdores. El eje del primer filtro está u águlo de 25 o de l verticl e setido cotrrio ls mecills del reloj y el eje del segudo está u águlo de 62 o de l verticl e ese mismo setido. Clcule l itesidd de l luz después que h psdo trvés del segudo polrizdor. I I cos 2 mx φ I mx I Ii 2 (10W 10W / cm 2 / cm )cos 2 2 (62 25) 6.37W / cm 2