Refracción
La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al
pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide
oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si
estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada.
Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se
sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También
se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.
Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas
electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo
de onda.
Índice
[mostrar]Explicación física[editar]
Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente,
sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide
perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de
propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.
Por otro lado, la velocidad de la penetración
de la luz en un medio distinto del vacío está en relación con la
longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a
otro, cada color sufre una ligera desviación. Este fenómeno es conocido
como dispersión de la luz.
Por ejemplo, al llegar a un medio más denso, las ondas más cortas
pierden velocidad sobre las largas (p. ej., cuando la luz blanca
atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta cuatro
veces más dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea
azulado, ya que para esa gama de colores el índice de refracción es
mayor y se dispersa más.
En la refracción se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio:
- El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.
- Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separación trazada en el punto de incidencia.
La velocidad de la luz depende del medio por
el que viaje, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el material y
viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a
otro más denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercándose a la
normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el
ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio
más denso a uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y,
por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción. Así
podemos decir que la refracción es el cambio de dirección de la
propagación que experimenta la luz al pasar de un medio a otro.
Clasificación de las lentes[editar]
a) Lentes convergentes o positivos, son más gruesas por su parte central y más estrechas en los bordes.
b) Lentes divergentes o negativos son más gruesas por los bordes y presentan una estrechez muy pronunciada en el centro
Formación de imágenes a través de las lentes[editar]
Las lentes con superficies de radios de
curvatura pequeños tienen distancias focales cortas y las lentes con
superficie de radios de curvaturas grande tienen distancias focales
largas. Una lente con dos superficies convexas siempre refractará los
rayos paralelos al eje óptico de forma que converjan en un foco situado
en el lado de la lente opuesto al objeto.
Una superficie de lente cóncava desvía los
rayos incidentes paralelos al eje de forma divergente; a no ser que la
segunda superficie sea convexa y tenga una curvatura mayor que la
primera, los rayos divergen al salir de la lente, y parecen provenir de
un punto situado en el mismo lado de la lente que el objeto. Estas
lentes sólo forman imágenes virtuales, reducidas y no invertidas.
Si la distancia del objeto es mayor que la
distancia focal, una lente convergente forma una imagen real e
invertida. Si el objeto está lo bastante alejado, la imagen será más
pequeña que el objeto. En ese caso, el observador estará utilizando la
lente como una lupa o microscopio simple.
El ángulo que forma en el ojo esta imagen
virtual aumentada (es decir, su dimensión angular aparente) es mayor que
el ángulo que formaría el objeto si se encontrara a la distancia normal
de visión.
La relación de estos dos ángulos es la
potencia de aumento de la lente. Una lente con una distancia focal más
corta crearía una imagen virtual que formaría un ángulo mayor, por lo
que su potencia de aumento sería mayor.
La potencia de aumento de un sistema óptico
indica cuánto parece acercar el objeto al ojo, y es diferente del
aumento lateral de una cámara o telescopio, por ejemplo, donde la
relación entre las dimensiones reales de la imagen real y las del objeto
aumenta según aumenta la distancia focal.
La cantidad de luz que puede admitir una lente
aumenta con su diámetro. Como la superficie que ocupa una imagen es
proporcional al cuadrado de la distancia focal de la lente, la
intensidad luminosa de la superficie de la imagen es directamente
proporcional al diámetro de la lente e inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia focal.
Por ejemplo: la imagen producida por una lente
de 3 cm de diámetro y una distancia focal de 20 cm sería cuatro veces
menos luminosa que la formada por una lente del mismo diámetro con una
distancia focal de 10 cm. La relación entre la distancia focal y el
diámetro efectivo de una lente es su relación focal, llamada también
número f. Su inversa se conoce como abertura relativa. Dos lentes con la
misma abertura relativa tienen la misma luminosidad, independientemente
de sus diámetros y distancias focales.
|
No hay comentarios.:
Publicar un comentario