Este documento trata sobre óptica geométrica. Explica la naturaleza de la luz y su propagación como onda electromagnética. Describe los métodos para medir la velocidad de la luz y los principios de reflexión, refracción, formación de imágenes mediante espejos y lentes, y el funcionamiento del ojo humano. También aborda fenómenos como los espejismos, el arcoíris y los defectos de visión.

1. Óptica geométrica

2. Naturaleza de la luz Teoría corpuscular (Newton) Teoría ondulatoria (Huygens)

3. Naturaleza y propagación de la luz La luz es una onda electromagnética Viene descrita por las ecuaciones de Maxwell

4. Velocidad de la luz Método de Roemer (1676) Bradley y la aberración de la luz (1729) Método de Fizeau/Foucault(1849/1862)

5. Propagación de la luz Frente de onda: Es el conjunto de puntos donde la onda tiene la misma fase. Rayo: Es perpendicular al frente de onda e indica la dirección de propagación. Principio de Huygens: Cada punto del frente de onda funciona como un nuevo emisor de ondas esféricas. El nuevo frente de onda es la envolvente de todas ellas.

6. Aproximación de Rayos Supondremos que la longitud de onda es mucho menor que el tamaño de los objetos con que interactúa  λ<<D

7. La luz al cambiar de medio Cuando un haz de luz que viaja libremente por un medio se encuentra con otro medio distinto puede: Ser absorbido (total o parcialmente) Ser reflejado (total o parcialmente) Atravesar el nuevo medio (total o parcialmente) Nos dedicaremos a los casos 2 y 3

8. Reflexión Cuando un rayo de luz que viaja en un medio encuentra una frontera con un segundo medio, se refleja total o parcialmente. Si la superficie es lisa y pulida  Reflexión especular En caso contrario  Reflexión difusa

9. Reflexión El rayo reflejado está en el plano de incidencia (formado por la normal a la superficie reflectora y el rayo incidente) El ángulo entre el rayo reflectado y la normal es igual al ángulo entre el rayo incidente y la normal. Es decir: Θr= Θi

10. Refracción Cuando un rayo se encuentra con la frontera de otro medio, una parte del rayo se refleja y otra puede transmitirse al otro medio. En la “interfase”, el rayo cambia de dirección. Este fenómeno se conoce como refracción de la luz. La ley que describe este fenómeno se debe a Willebord Snell (1621) (aunque el primero que lo publicó fue Descartes (1637)

11. Ley de Snell El rayo refractado está contenido en el plano de incidencia determinado por la normal a la superficie que delimita ambos medios y el rayo incidente. El ángulo que forma el rayo refractado con la normal (θ2) y el ángulo que forma el rayo incidente con la normal (θ1)obedecen la ecuación:

12. Refracción Cuando la luz pasa a un medio de índice de refracción mayor: Se desvía hacia la normal. Su velocidad y longitud de onda disminuyen. Su frecuencia no se altera. En caso de pasar a un medio con índice de refracción menor: Se desvía alejándose de la normal. Su velocidad y longitud de onda aumentan. Su frecuencia no se altera

13. Espejismos En un gas, el índice de refracción disminuye con la temperatura. Si la superficie del suelo está muy caliente  Espejismo inferior Si la superficie está fría  Espejismo superior

14. Fundamentos de Física II Dispersión El índice de refracción de un medio depende de la longitud de onda. A este fenómeno se le llama “dispersión” de la luz.

15. Arcoiris El arcoiris se forma cuando la luz del sol incide en las gotas de agua suspendidas en la atmósfera El índice de refracción del agua depende de la longitud de onda (nv=1.344 – nr=1.331)

16. Formación de imágenes Imágenes formadas por espejos: Planos Curvos Imágenes formadas por lentes Ecuación del dioptrio Lentes delgadas

17. Espejos

18. Espejo Plano

19. Espejo plano La imagen es virtual (se cortan las prolongaciones, no los rayos) La imagen está a la misma distancia del espejo que el objeto. La imagen no está invertida (pero es “especular”). El aumento es M=h’/h=1

20. Espejos (II)

21. Espejos esféricos

22. Formación de imágenes (Espejo cóncavo)

23. Espejo convexo

24. Fundamentos de Física II Espejos: campo de visión

25. Lentes convergentes Son lentes convergentes aquellas en las que los rayos que vienen del infinito paralelos al eje son desviados hacia un punto  converger. Tienen focal imagen positiva: f’>0 Son más gruesas en el centro que en los extremos.

26. El ojo humano

27. Formación de imágenes en el ojo Córnea: n=1.376 Cerca del 70% de la potencia óptica del ojo con unas 42-44 dioptrías. Humor acuoso: (cámaras) n=1.336 Cristalino: n=1.406-1.386 (gradiente) 1/f=20 dioptrías Humor vítreo: n=1.337 El ojo es un sistema óptico con: f~17mm  P~59 dioptrías

28. Ojo emétrope Ojo emétrope: Ojo con visión normal Punto próximo: 25cm (menor en niños) Punto remoto: Infinito

29. Ojo amétrope Miopía (23%): Elongación del globo ocular. Punto lejano < Infinito Corrección: Lentes divergentes, queratotomía radial, láser. Hipermetropía (18%): Defecto de convergencia. Necesita acomodar para ver objetos lejanos. Punto próximo > 25 cm Corrección: Lentes convergentes, láser. Astigmatismo (13%): Asfericidad de la córnea Presbicia (vista cansada): Pérdida de la capacidad de acomodar (falta de convergencia). Punto próximo > 25 cm. Corrección: Gafas “para leer” .