Transcript Refracción y Lentes Refracción • Es el fenómeno que ocurre cuando la luz cambia de medio de propagación.

Refracción y Lentes
Refracción
• Es el fenómeno que ocurre cuando la luz cambia de medio
de propagación. En la refracción la luz cambia su rapidez de
propagación y puede cambiar su dirección.
Índice de refracción
n=c/v
Como el límite de velocidad es c, se cumple que n≥1.
Ley de Snell
Ángulo crítico
• Se cumple para n1≥n2
SITUACIÓN DEL OBJETO
TIPO DE
IMAGEN
TAMAÑO DE LA
IMAGEN
ORIENTACIÓN DE LA
IMAGEN
Entre F y el centro de la
lente
Virtual
Mayor
Derecha
Entre F y 2F
Real
Mayor
Invertida
En 2F
Real
Igual tamaño
Invertida
Más allá de 2F
Real
Menor
Invertida
Delante de la lente para
lentes divergentes
Virtual
Menor
Derecha
Lentes convergentes y divergentes
Si una superficie suave sustituye a los prismas,
un foco bien definido produce imágenes claras.
Lente convergente
Lente divergente
Foco real
Foco
virtual
Biconvexa
Bicóncava
Distancia focal de lentes
Lente convergente
F
Lente divergente
Distancia
focal f
f
-
F
+
f
La distancia focal f es positiva para focos reales
(convergentes) y negativa para focos virtuales.
El foco principal
Puesto que la luz puede pasar a través de una lente en
cualquier dirección, existen dos puntos focales para cada lente.
F
Izquierda a
derecha
F
F
F
Ahora suponga que
la luz se mueve de
derecha a
izquierda. . .
F
Aquí se muestra el
punto focal
principal F. La F
amarilla es el otro.
Derecha a
izquierda
F
F
F
Tipos de lentes convergentes
Para que una lente converja la luz debe ser más gruesa
cerca del punto medio para permitir más desviación.
Lente
biconvexa
Lente planoconvexa
Lente menisco
convergente
Tipos de lentes divergentes
Para que una lente diverja la luz debe ser más delgada
cerca del punto medio para permitir más desviación.
Lente
bicóncava
Lente planocóncava
Lente menisco
divergente
Términos para construcción de imagen
• El primer punto focal es el foco F en el
mismo lado de la lente que la luz incidente.
• El segundo punto focal es el foco F en el
lado opuesto a la luz incidente.
Lente convergente
Lente divergente
Segundo
foco
Segundo
foco
F
Primer
foco
F
F
Primer
foco
F
Construcción de imagen
Rayo 1: Un rayo paralelo al eje de la lente pasa a
través del segundo foco de una lente convergente o
parece venir del primer foco de una lente
divergente.
Lente convergente
Rayo 1
F
Lente divergente
Rayo 1
F
Construcción de imagen
Rayo 2: Un rayo que pasa a través del primer
punto focal de una lente convergente o procede
hacia el segundo punto focal de una lente
divergente se refracta paralelo al eje de la lente.
Lente convergente
Rayo 1
Rayo 2
F
Lente divergente
Rayo 1
Rayo 2
F
Construcción de imagen
Rayo 3: Un rayo que pasa por el centro de
cualquier lente continúa en línea recta. La
refracción en la primera superficie se equilibra
con la refracción en la segunda superficie.
Lente convergente
Rayo 1
Rayo 2
F
Rayo
3
Lente divergente
Rayo 1
Rayo 2
F
Rayo
3
Puntos de trazado de imágenes
Dibuje una flecha para representar la ubicación de
un objeto, luego dibuje dos rayos desde la punta de
la flecha. La imagen está donde se cruzan las líneas.
1. ¿La imagen es derecha o
invertida?
2. ¿La imagen es real o virtual?
• Las imágenes reales siempre están
en el lado opuesto de la lente. Las
imágenes virtuales están en el
mismo lado.
3. ¿Es alargada, reducida o del mismo tamaño?
Objeto afuera de 2F
F
2F
F
1. La imagen es invertida;
esto es: opuesta a la
orientación del objeto.
3. La imagen es reducida en
tamaño; esto es: más
pequeña que el objeto.
2F
Real;
invertida;
reducida
2. La imagen es real; esto
es: formada por luz real
en el lado opuesto de la
lente.
La imagen se
ubica entre F y 2F
Objeto en 2F
F
2F
F
1. La imagen es invertida;
esto es: opuesta a la
orientación del objeto.
3. La imagen es del mismo
tamaño que el objeto.
2F
Real;
invertida; del
mismo
tamaño
2. La imagen es real; esto
es: formada por luz real en
el lado opuesto de la lente.
La imagen se ubica
en 2F en el otro lado
Objeto entre 2F y F
F
2F
2F
F
1. La imagen es invertida;
esto es: opuesta a la
orientación del objeto.
3. La imagen es alargada en
tamaño; esto es: más
grande que el objeto.
Real;
invertida;
alargada
2. La imagen es real;
formada por rayos de luz
reales en el lado
opuesto.
La imagen se ubica
más allá de 2F
Objeto a distancia focal F
F
2F
F
2F
Rayos
paralelos; no
se forma
imagen
Cuando el objeto se ubica a la distancia focal,
los rayos de luz son paralelos. Las líneas
nunca se cruzan y no se forma imagen.
Objeto dentro de F
F
2F
F
1. La imagen es derecha;
esto es: con la misma
orientación que el objeto.
3. La imagen es alargada en
tamaño; esto es: más
grande que el objeto.
2
F
Virtual;
derecha;
alargada
2. La imagen es virtual;
esto es: se forma donde la
luz NO va.
La imagen se forma
en el lado cercano
de la lente
Repaso de formación de imagen
F
2F 2F
2FF
FF
2F
FF2F 2F
Real;
Virtual;
Real;
Rayos
invertida;
derecha;
invertida;
paralelos; no
alargada
alargada
reducida
mismo
se forma
tamaño
imagen
Objeto afuera de la región 2F
Imágenes en lentes divergentes
Todas las imágenes formadas por lentes
divergentes son derechas, virtuales y reducidas.
Las imágenes se pueden hacer más grandes
conforme el objeto se aproxima.
Lente divergente
Lente divergente
F
F
Ejemplo 3. Una lupa consta de una lente convergente con
distancia focal de 25 cm. Un insecto mide 8 mm y se ubica a 15
cm de la lente. ¿Cuáles son la naturaleza, tamaño y ubicación de la
imagen?
F
F
p = 15 cm; f = 25 cm
1 1 1
 
p q f
pf
(15 cm)(25 cm)
q

p f
15 cm - 25 cm
q = -37.5 cm
El hecho de que q sea negativa significa que la
imagen es virtual (en el mismo lado del objeto).
Ejemplo 3 (Cont.) Una lupa consta de una lente convergente
con distancia focal de 25 cm. Un insecto de 8 mm de largo se
ubica a 15 cm de la lente. ¿Cuál es el tamaño de la imagen?
y
y’
F
p = 15 cm; q = -37.5 cm
F
y'
(37.5 cm)

8 mm
15 cm
y ' q
M 
y
p
Y’ = +20 mm
El hecho de que y’ sea positiva significa que la imagen
es derecha. También es más grande que el objeto.
Ejemplo 4: ¿Cuál es la amplificación de una lente
divergente (f = -20 cm) si el objeto se ubica a 35 cm del
centro de la lente?
Primero encuentre q... luego M
F
1 1 1
 
p q f
pf
(35 cm)(-20 cm)
q

p  f 35 cm - (-20 cm)
q (12.7 cm)
M

p
35 cm
y ' q
M 
y
p
q = +12.7 cm
M = +0.364
Resumen
Una lente convergente es aquella que refracta
y converge luz paralela a un foco real más allá
de la lente. Es más gruesa cerca de la mitad.
F
F
F
F
El foco principal
se denota
mediante la F
roja.
Una lente divergente es aquella que refracta y
diverge luz paralela que parece venir de un
foco virtual enfrente de la lente.
• Ecuación de lentes delgadas
• Factor de amplificación
CONVENIO DE SIGNOS PARA LENTES DELGADAS
Distancia focal(f)
Lentes convergentes
f es positiva
Lentes divergentes
f es negativa
Distancia al objeto (do)
El objeto está frente a la lente (real)
do es positiva
El objeto está atrás de la lente (virtual)
do es negativa
Distancia a la imagen y tipo de imagen
La imagen se forma en el lado opuesto del objeto (real)
di es positiva
La imagen se forma en el mismo lado del objeto (virtual)
di es negativa
Orientación de la imagen
La imagen está derecha respecto al objeto
M es positivo
La imagen está invertida respecto al objeto
M es negativo
Imágenes en el ojo
• La luz de un objeto llega al ojo pasando primero por la córnea, que es una
lente convergente, en donde los rayos luminosos sufren la primera
refracción que ayuda a orientarlos hacia la pupila.
• La luz atraviesa una pequeña abertura llamada pupila, la cual puede
cambiar su tamaño, y así variar la intensidad de luz que entra. El grupo de
músculos que hacen posible este movimiento se llama iris, que dan además
el color al ojo.
• Luego, la luz atraviesa el segundo lente convergente, el cristalino, el cual
tiene la capacidad de variar su distancia focal a través de deformaciones. El
cristalino tiene la misión de enfocar los rayos a la retina. En la retina los
rayos forman una imagen real e invertida que estimula las células
fotosensibles: los bastones y conos.
Defectos de la visión
• Miopía
Ocurre cuando el globo ocular es
mas largo de lo normal, por lo que
la imagen se forma antes de llegar
a la retina. Una persona miope ve
mejor los objetos cercanos,
mientras que los que están lejanos
lo ve borrosos. La corrección se
logra anteponiendo un lente
divergente.
• Hipermetropía
Sucede cuando el globo ocular es
mas corto de lo normal, por lo
que la imagen se forma detrás de
la retina. Una persona con
hipermetropía puede ver bien los
objetos lejanos, no así los que se
encuentran cerca de el. La
corrección se logra anteponiendo
un lente convergente.
• Astigmatismo
Es un estado ocular producido,
generalmente, por un problema en
la curvatura de la córnea,
impidiendo el enfoque claro de
objetos lejanos y cercanos. Una
persona con astigmatismo ve los
objetos borrosos y deformes. Se
soluciona con lentes cilíndricos.
Descomposición de la luz
• Experimentalmente se demuestra, por ejemplo, si en un mismo vidrio
hacemos incidir, con el mismo ángulo, luz roja y azul, se observara que el
ángulo de refracción es mayor para la luz roja que para la azul, esto
debido a que el rojo tiene una frecuencia menor al azul.
Arco iris
• Cuando un rayo de luz
incide en una gota, se
refracta y dispersa para
luego reflejarse sobre la
superficie interna de la
gota. Al salir de la gota el
haz de luz vuelve a
refractarse,
produciéndose
una
separación mayor del haz.