Fundamentos de la Refracción de la Luz y Cinemática Vectorial

Refracción de la Luz

La refracción es el cambio en la dirección de propagación que experimenta la luz al ingresar a un medio refringente o transparente. Esto se debe a que la velocidad de propagación de la luz varía al pasar de un medio a otro de diferentes características. Su frecuencia permanece constante, pero su velocidad y longitud de onda varían.

Índice de Refracción

El índice de refracción se define como: n = c/v

• c: velocidad de la luz en el vacío
• v: velocidad de la luz en el medio

Frecuencia: f = c / longitud de onda

Comportamiento de la luz al cambiar de medio

• Si la luz entra a un medio con un índice de refracción mayor:
  • El rayo refractado se desvía, acercándose a la normal.
  • Disminuye la longitud de onda.
  • La luz pierde velocidad.
  • La frecuencia no cambia.
• Si la luz pasa a un medio con un índice de refracción menor:
  • El rayo refractado se desvía, alejándose de la normal.
  • Aumenta la longitud de onda.
  • Aumenta la velocidad.
  • La frecuencia no cambia.

Lentes

Lentes Convergentes

Los rayos de luz paralelos que llegan a la lente se refractan y convergen tras la lente, en el foco.

• Si el objeto se ubica alejado de la lente más de dos veces la distancia focal, la imagen es: real, invertida y más pequeña.
• Si el objeto se ubica en el punto focal, no se forma imagen.
• Si el objeto se ubica entre el punto focal y la superficie de la lente, la imagen será: virtual, derecha y aumentada.

Lentes Divergentes

Los rayos de luz paralelos que llegan a su superficie se refractan. La imagen siempre será: virtual, pequeña y derecha.

Vectores y Cinemática

Un cuerpo se mueve cuando cambia de posición respecto a un marco de referencia.

Sistemas de Coordenadas

• El plano cartesiano permite describir la posición de puntos en un plano y, con ello, el movimiento de un cuerpo en dos dimensiones.
• El plano polar permite describir las coordenadas en la mayoría de los movimientos de rotación en torno a un punto. Las coordenadas polares representan dos direcciones específicas: la radial y la angular.

Vectores

Los vectores pueden representar cantidades físicas que varían en el tiempo, es decir, que representan variaciones tanto en magnitud, dirección y sentido.

Propiedades de los Vectores

• Igualdad de vectores: dos vectores son equivalentes si tienen igual magnitud, dirección y sentido.
• Negativo de un vector o vector opuesto: el negativo de un vector corresponde a otro vector de igual magnitud y dirección, pero de sentido opuesto.

Operaciones con Vectores

• Suma y resta de vectores: para sumar o restar vectores que están en la misma dirección, se utiliza la aritmética común y se conserva la dirección del vector. Para sumar o restar vectores que no tienen la misma dirección, es necesario trabajar con los componentes de los vectores.
• Vector desplazamiento: el desplazamiento es igual a la diferencia entre los vectores posición final y posición inicial.
• Vector velocidad: es un vector que representa la variación de un cuerpo en el tiempo, es decir, la razón entre el desplazamiento de un cuerpo y el intervalo de tiempo que emplea en dicho desplazamiento.
• Vector posición: la flecha que lo representa parte en el origen del sistema de coordenadas y termina en el punto donde se ubica el cuerpo en un instante específico.