Fundamentos de Óptica: Luz, Refracción, Espejos, Lentes y Visión

Óptica Geométrica: Espejos y Lentes

Espejos

• Espejo Plano: Imagen virtual, directa, del mismo tamaño que el objeto.
• Espejo Convexo: Imagen virtual, directa, de menor tamaño que el objeto.

Lentes y Espejos Cóncavos

Las lentes convergentes y los espejos cóncavos comparten ciertas características en la formación de imágenes, aunque sus principios físicos son distintos.

Lente Convergente

• Imagen a la izquierda del foco (f): real e invertida.
• Imagen en el foco (f): se forma en el infinito (no se observa).
• Imagen a la derecha del foco (f): virtual y directa.

Espejo Cóncavo

• Imagen a la izquierda del centro de curvatura (C): real, invertida y de menor tamaño.
• Imagen en el centro de curvatura (C): real, invertida y del mismo tamaño.
• Imagen a la derecha del centro de curvatura (C) (entre C y F): real, invertida y de mayor tamaño.
• Imagen entre el foco (F) y el espejo: virtual, directa y de mayor tamaño.

Nota: La descripción original para "Espejo Cóncavo" era ambigua. Se ha ampliado para mayor claridad, asumiendo las posiciones estándar del objeto.

Lente Divergente

• Lente Divergente: Siempre forma una imagen virtual, directa y de menor tamaño que el objeto.

Fenómenos Ondulatorios de la Luz: Refracción y Reflexión Total

Refracción Luminosa y sus Leyes

Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza.

El haz de luz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta. Esto implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características.

Para comprender las leyes de la refracción, es necesario considerar el rayo refractado y el ángulo de refracción, que es el ángulo que forma la normal con el rayo refractado.

Sean n₁ y n₂ los índices de refracción de dos medios transparentes en contacto, atravesados por un rayo luminoso en el sentido de n₁ a n₂. Sean α (alfa) y β (beta) los ángulos de incidencia y refracción, respectivamente.

Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción pueden entonces expresarse de la siguiente forma:

1. Primera Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.
2. Segunda Ley (Ley de Snell): Los senos de los ángulos de incidencia (α) y de refracción (β) son directamente proporcionales a las velocidades de propagación (v₁ y v₂) de la luz en los respectivos medios. Matemáticamente, se expresa como: n₁ sen(α) = n₂ sen(β).

Reflexión Total Interna

La reflexión total interna ocurre cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro menos refringente, es decir, de un medio de índice de refracción mayor (n₁) a otro de índice de refracción menor (n₂).

Cuando n₁ > n₂, existe un ángulo límite (θ_L) a partir del cual es imposible que se produzca el fenómeno de refracción. Por lo tanto, toda onda que incida sobre esta superficie con un ángulo mayor que el límite será reflejada totalmente, razón por la cual se conoce como reflexión total.

A partir de un ángulo de incidencia, llamado ángulo crítico o ángulo límite, el rayo refractado deja de existir y la luz solo se refleja.

Defectos Visuales Comunes

Miopía

La miopía está causada por el exceso de convergencia de la córnea, debido al aumento de su curvatura, y/o una gran longitud axial del ojo. Al ser la potencia dióptrica mayor de lo normal, el foco imagen se adelanta, formándose la imagen delante de la retina. El punto remoto del ojo se acerca, y los objetos lejanos se ven borrosos.

Se corrige con lentes divergentes que restan el exceso de potencia en la córnea, alejando el punto remoto al infinito. Esto se debe a que las lentes divergentes crean una imagen virtual, directa y de menor tamaño del objeto.

Hipermetropía

La hipermetropía produce lo contrario de la miopía: la imagen se forma detrás de la retina. Esto es a causa de un defecto de convergencia de la córnea, un insuficiente poder dióptrico, o una corta longitud axial del ojo. Las imágenes de los objetos cercanos se forman detrás de la retina; el punto próximo está alejado del ojo y se necesitan lentes convergentes para acercarlo.

Estas lentes forman imágenes virtuales, directas y de mayor tamaño del objeto, siempre que este se encuentre a menor distancia que el foco objeto.

Espectro Electromagnético: Diferencias Clave

Luz Violeta vs. Radiación UVA

Las diferencias entre la luz violeta y la radiación UVA son que ambas son radiaciones electromagnéticas que se propagan a la misma velocidad en el vacío y en el aire.

La radiación UVA tiene mayor frecuencia y menor longitud de onda que la luz violeta. La luz violeta forma parte del espectro visible, mientras que la radiación UVA no.

Luz Roja vs. Radiación Infrarroja

Las diferencias entre la luz roja y la radiación infrarroja son que ambas son radiaciones electromagnéticas que se propagan a la misma velocidad en el aire y en el vacío.

La luz roja tiene mayor frecuencia y menor longitud de onda que la radiación infrarroja. La luz roja forma parte del espectro visible, mientras que la radiación infrarroja no.