ÓPTICA GEOMÉTRICA 1. Conceptos básicos. 2. Espejos planos. 3. Espejos esféricos. 4. Dioptrios. 5. Lentes delgadas. 6. La visión.

Transcripción

1 ÓPTICA GEOMÉTRICA 1. Conceptos básicos. 2. Espejos planos. 3. Espejos esféricos. 4. Dioptrios. 5. Lentes delgadas. 6. La visión. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 1

2 ÓPTICA GEOMÉTRICA La óptica geométrica analiza fenómenos luminosos prescindiendo de su naturaleza, solo usa métodos geométricos. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 2

3 1. Conceptos básicos. La óptica geométrica es la parte de la física que estudia la trayectoria de la luz cuando experimenta reflexiones y refracciones en la superficie de separación entre medios. Existen dos tipos: Óptica por reflexión (espejos). Óptica por refracción (lentes). Estudia los fenómenos luminosos que pueden explicarse aplicando los conceptos de: Rayo (línea imaginaria en la dirección en la cual se propaga la onda, es una línea recta perpendicular al frente de ondas) para caracterizar a la luz. Un rayo es paraxial cuando marchan muy poco separado del eje principal Índice de refracción (determina la velocidad de la luz en el medio) para definir los medios materiales. No se tiene en cuenta ni las propiedades ondulatorias ni las propiedades electromagnéticas. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 3

4 1. Conceptos básicos. Los elementos de la óptica geométrica son: El objeto: Es la fuente de la que procede el rayo luminoso. La imagen: Es el conjunto de puntos donde convergen los rayos de las fuentes tras interaccionar con el sistema óptico. El sistema óptico: Es el conjunto formado por dos medios transparentes, con distinto índice de refracción y separados por una superficie. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 4

5 1. Conceptos básicos. La imagen puede ser: Según su naturaleza: Real: los rayos se juntan en un punto, delante del espejo tras atravesar el sistema. Se proyectan sobre un plano y pueden observarse. Virtual: las prolongaciones de los rayos se juntan en un punto, detrás del espejo tras atravesar el sistema. No se pueden proyectar sobre un plano, pero pueden observarse. Según su orientación (posición): Derecha: misma posición que el objeto. Inversa: posición contraria a la del objeto. Según su tamaño relativo: Mayor. Igual. Menor. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 5

6 1. Conceptos básicos. El convenio de signos dice: Las magnitudes (letras) referidas a la imagen son las mismas que las referidas al objeto añadiéndoles el signo prima (α,α ). La luz se propaga de izquierda a derecha. Los signos a partir del centro del sistema óptico son los mismos que en la representación de un eje de coordenadas. Los ángulos se miden por el camino más corto al eje: Positivo: sentido inverso a las agujas del reloj. Negativo: sentido de giro de las agujas del reloj. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 6

7 1. Conceptos básicos. Convenio de signos: OY Propagación Y>0 s < 0 F F Y <0 OX f <0 f>0 Física 2º bachillerato Óptica geométrica 7

8 2. Espejos planos. Un espejo es una superficie perfectamente pulida y opaca capaz de reflejar los rayos de luz. Las posiciones que ofrecen de los objetos que se reflejan en ellos son distintos a los que ocupan en la realidad. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 8

9 2. Espejos planos. La imagen formada en un espejo plano es: Espejo Virtual. De igual tamaño. Simétrica. Derecha y presenta inversión lateral. A M A Se fundamenta en las leyes de la reflexión. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 9

10 2. Espejos planos. Se pueden formar sistemas con varios espejos: O 1 O 2 O 4 O 5 O 3 Espejo 1 Espejo 1 O O 2 O Espejo 2 O 3 Espejo 2 O 1 Física 2º bachillerato Óptica geométrica 10

11 3. Espejos esféricos. Espejo cóncavo Los espejos esféricos son aquellos con una superficie esférica. Los espejos esféricos pueden ser: Eje C R F f O Cóncavo: La superficie reflectora es la interior. Espejo convexo Convexo: La superficie reflectora es la exterior. Eje f F R C Física 2º bachillerato Óptica geométrica 11

12 3. Espejos esféricos. Espejo cóncavo: Espejo convexo: C F S S F C f f Física 2º bachillerato Óptica geométrica 12

13 3. Espejos esféricos. Los elementos de los espejos esféricos son: Centro de curvatura (C): es el centro de la superficie esférica que forma el espejo, centro de la esfera a la que pertenece el espejo. Radio de curvatura (R): distancia entre el centro de curvatura y la superficie del espejo. Centro del espejo (O):Es el centro de la figura y se corresponde con el origen de coordenadas. Foco (F): punto del eje principal donde se cortan los rayos (espejo cóncavo) o sus prolongaciones (espejo convexo) cuando son paralelos. Un rayo que pasa por el foco se refleja y sale paralelo al eje óptico. Distancia focal (f): distancia entre el centro del espejo y el foco, es igual a la mitad del radio de curvatura. Eje principal o eje óptico: recta que pasa por el centro de curvatura y por el centro del espejo. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 13

14 3. Espejos esféricos. Según el convenio de signos adoptado el radio y la distancia focal de los espejos convexos es positivo, y el del espejo cóncavo es negativo. A M A M Eje h 2 f F R C C Eje R F 2 f O h Espejo convexo Espejo cóncavo Física 2º bachillerato Óptica geométrica 14

15 3. Espejos esféricos. Para hallar la imagen en un espejo esférico los rayos más fáciles de usar para la representación gráfica son: Rayo incidente: Rayo reflejado: Paralelo al eje principal. Pasa por el foco. Pasa por el centro de curvatura. Pasa por el foco. Paralelo al eje principal. Regresa en la misma dirección. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 15

16 3. Espejos esféricos. La imagen de un espejo convexo es: virtual, derecha y de menor tamaño, es independiente de su situación. A M N A Eje B O B F C Física 2º bachillerato Óptica geométrica 16

17 3. Espejos esféricos. Tan solo necesito dos rayos para formar la imagen. A O Eje B B F C A Física 2º bachillerato Óptica geométrica 17

18 3. Espejos esféricos. La imagen de un espejo cóncavo con el objeto a una distancia mayor que el centro de curvatura es menor, invertida y real. A Eje B C B F O A Física 2º bachillerato Óptica geométrica 18

19 3. Espejos esféricos. La imagen de un espejo cóncavo con el objeto a una distancia entre el centro de curvatura y el foco es mayor, invertida y real. Lo más fácil es usar el rayo paralelo y el que pasa por el foco. A Eje C B F O Física 2º bachillerato Óptica geométrica 19

20 3. Espejos esféricos. La imagen de un espejo cóncavo con el objeto a una distancia entre el foco y el centro del espejo es mayor, derecha y virtual. Lo más fácil es usar el rayo paralelo y el que pasa por el centro. A Eje C F B O Física 2º bachillerato Óptica geométrica 20

21 3. Espejos esféricos. y C F S C y F S y y y y S y F C C F y S Física 2º bachillerato Óptica geométrica 21

22 3. Espejos esféricos. Las ecuaciones de los espejos esféricos (cóncavos y convexos) son: A M Aumento lateral (A ó β): Relaciona el tamaño de la imagen con la del objeto en función de las respectivas distancias al centro del espejo. Ecuación fundamental: Relaciona la distancia focal con las distancias del objeto y de la imagen al centro del espejo. A y s y s Eje y B A y s A y s y O N B F C s s s s f R Física 2º bachillerato Óptica geométrica 22

23 EJERCICIO-EJEMPLO Cierto espejo esférico forma una imagen real, invertida y de tamaño doble, siempre que los objetos se sitúan a 20 cm. a) De qué tipo es el espejo? Dibujar la situación que se cita. b) Hallar el radio de curvatura y la posición de la imagen. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 23

24 EJERCICIO-EJEMPLO Un objeto situado a 8 cm de un espejo esférico cóncavo produce una imagen virtual a 10 cm detrás del espejo. a) Hallar el radio del espejo. b) Cuáles serán las características de la imagen si se aleja el objeto otros 80 cm de donde está? Física 2º bachillerato Óptica geométrica 24

25 EJERCICIO-EJEMPLO La distancia focal de un espejo cóncavo vale 0,2 m. Cuánto mide su radio de curvatura? Situamos un objeto a 1 m del espejo, dónde se formará la imagen? Dibujar la situación. Física 2º bachillerato Óptica geométrica 25

26 RELACIÓN DE EJERCICIOS ESPEJOS Física 2º bachillerato Óptica geométrica 26