Fundamentos de Óptica: Espejos, Lentes y Propiedades de la Luz

Introducción a la Óptica Geométrica

La óptica geométrica es una rama de la física que estudia los fenómenos luminosos basándose en el concepto de rayo de luz. A continuación, se presentan los conceptos fundamentales relacionados con espejos, lentes y las propiedades de la luz.

Conceptos Fundamentales de Espejos

Espejo

Es toda superficie que produce reflexión especular. Los espejos son superficies pulidas y opacas a la luz.

Imagen Real

Se forma por rayos reflejados que convergen en un punto. Estas imágenes pueden ser proyectadas en una pantalla.

Imagen Virtual

Se forma por la prolongación de los rayos de luz. Estas imágenes no pueden ser proyectadas en una pantalla.

Tipos de Espejos Esféricos

• Espejo Cóncavo: Es un espejo esférico que tiene su parte interior pulida.
• Espejo Convexo: Es un espejo esférico que tiene su parte exterior pulida.

Elementos de un Espejo Esférico

Los elementos clave que definen un espejo esférico son:

• Centro de Curvatura (C): El centro de la esfera a la que pertenece la superficie del espejo.
• Vértice (V): El punto donde el eje óptico interseca la superficie del espejo.
• Eje Óptico: La línea recta que pasa por el centro de curvatura y el vértice.
• Radio de Curvatura (R): La distancia entre el centro de curvatura y cualquier punto de la superficie del espejo.
• Foco (F): El punto donde los rayos de luz paralelos al eje óptico convergen (o sus prolongaciones divergen) después de reflejarse.

Formación de Imágenes en Espejos

Imágenes Formadas por Espejos Cóncavos

• Si el objeto está alejado del espejo (más allá del centro de curvatura): la imagen es real, invertida y de menor tamaño.
• Si el objeto está en el centro de curvatura: la imagen es real, invertida y del mismo tamaño.
• Si el objeto se encuentra entre el centro de curvatura y el foco: la imagen es real, invertida y de mayor tamaño.
• Si el objeto se ubica entre el foco y el espejo: la imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño.

Imágenes Formadas por Espejos Convexos

En los espejos convexos, la imagen es siempre virtual, derecha y de menor tamaño, independientemente de la posición del objeto.

Conceptos Fundamentales de Lentes

Lentes

Son cuerpos transparentes con al menos una superficie curva. Se clasifican en convergentes y divergentes.

Clasificación de Lentes

• Lentes Convergentes: Son más gruesas en el centro que en los bordes.
• Lentes Divergentes: Son más delgadas en el centro que en los bordes.

Formación de Imágenes en Lentes

Formación de Imágenes en Lentes Convergentes

• Si el objeto se ubica detrás del foco y más lejos del lente: la imagen es real, invertida y de menor tamaño.
• Si el objeto se ubica muy cerca del lente (entre el foco y el lente): la imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño.

Formación de Imágenes en Lentes Divergentes

Las lentes divergentes separan los rayos de luz y provocan una imagen siempre virtual, derecha y de menor tamaño.

El Ojo Humano y la Percepción de la Luz

Ojo Humano

El ojo humano es un sistema óptico complejo formado por lentes convergentes como la córnea y el cristalino, que enfocan la luz en la retina.

Intensidad Luminosa

Es producida por una fuente de luz y se define como la medida de la intensidad tal como es percibida por el ojo humano. El ojo es menos sensible a la luz azul que a la verde. Su unidad de medida es la candela (cd).

Fuente Isotrópica y Flujo Luminoso

Una fuente isotrópica es aquella que emite luz de igual intensidad en todas las direcciones. La cantidad total de luz visible emitida por una fuente se llama flujo luminoso, y su unidad de medida es el lumen (lm).

Flujo Luminoso

El flujo luminoso que sale de una fuente de luz describe un ángulo sólido llamado estereorradián (sr).

Iluminación

Se refiere a la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie. La máxima iluminación ocurre cuando el flujo luminoso es perpendicular a la superficie.

Índice de Refracción

Mide la velocidad a la que la luz se mueve en un medio material. Materiales transparentes con un alto índice de refracción (mayor a 1) indican que la luz se mueve más lentamente a través de ellos.