Fundamentos de Óptica Geométrica: Reflexión, Refracción y Lentes
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Óptica Geométrica
Reflexión
La reflexión ocurre cuando una onda incide sobre una barrera plana y esta devuelve las ondas. La ley de reflexión establece que el ángulo de incidencia es igual al ángulo reflejado.
Refracción
La refracción es el cambio de dirección de la luz cuando pasa de un medio a otro. El índice de refracción (n) es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio a analizar: n = C/Vmedio.
- Si n > 1, la velocidad de la luz en ese medio es menor que en el vacío.
- Si n < 1, la velocidad de la luz en ese medio es mayor que en el vacío.
Ley de Refracción de Snell
Para conocer el ángulo del rayo refractado se utiliza la siguiente fórmula: n1 * sen î = n2 * sen r.
Lentes
Foco
El foco es el punto del eje óptico, situado en el plano focal, donde convergen los rayos de luz cuando el objetivo está enfocando al infinito.
Distancia Focal
La distancia focal es la distancia entre el centro de la lente y el punto focal o foco. Depende del material (índice de refracción) y la forma (radios de curvatura).
Fórmulas
- Constructor de lentes: 1/f = (n-1)(1/r1 - 1/r2). Si la distancia focal es positiva, la lente es convergente y viceversa.
- Ecuación de lente delgada: 1/f = 1/s + 1/s'. Se utiliza para saber dónde se forman las imágenes de los objetos.
- Ecuación para la amplificación por refracción: m (índice de amplificación. Si el signo es negativo, la imagen está invertida) = y'/y = -s'/s.
- y': tamaño de la imagen.
- y: tamaño del objeto.
- s': distancia a la imagen.
- s: distancia al objeto.
El símbolo negativo siempre está en el lado de incidencia. Si la lente es biconvexa, afectará a r2. Si es bicóncava, afectará a r1.
Enfoque
El enfoque consiste en acercar o alejar dos lentes para variar la distancia focal del sistema de lentes, adecuándolo al sensor y a un objeto a una distancia x.
Rayos
- Paralelo: rayo paralelo al eje que se refracta pasando por el punto focal.
- Focal: rayo que pasa por el primer punto focal y sale paralelo al eje.
- Central: rayo que pasa por el centro de la lente y no sufre desviación.
Diafragma
El diafragma es el encargado de regular el paso de la luz en una cámara. Se mide con la letra F. Con cada paso, se cierra a la mitad: ½ - ¼ - 1/8, etc. Para calcular el diámetro se utiliza la fórmula: f = F/D.
Profundidad de Campo
La profundidad de campo es el margen dentro del cual los objetos están nítidos, aunque no estén enfocados. Depende del diafragma y la distancia focal. A mayor f, mayor profundidad de campo. A mayor distancia focal, menor profundidad de campo.
Control de la Exposición
El control de la exposición se refiere a la cantidad de luz que va a llegar al sensor, lo que determina la calidad de la imagen. Se puede controlar con el diafragma, la velocidad de obturación y con filtros ND.