Efectos de la reflexión total

Espejismos

Los espejismos se producen cuando el suelo se calienta lo suficiente como para aumentar la temperatura de las capas de aire más cercanas, la densidad de estas disminuye. En tales circunstancias, los rayos luminosos sufren una reflexión total, dando origen a una imagen inversa del objeto, ubicada en el mismo punto del eje.

Estos se producen especialmente en los desiertos, donde, debido al calentamiento de la arena, una planta aparenta reflejarse en el agua, cuando en realidad el observador esta viendo el objeto y su reflexión en las capas caldeadas.

Si las capas menos densas de la atmósfera están más arriba, el fenómeno se da de forma inversa (recibe en este caso el nombre de Fata Morganana): los objetos se localizan entonces en la parte inferior de la superficie de separación con el aire. La reflexión se produce hacia arriba, dando de este modo la impresión de tener los objetos reflejados en un lago imaginario y ubicado por encima de la cabeza del observador.

Prismas

Se consideran prismas los cuerpos transparentes limitados por dos caras planas con una arista común. No es preciso que la tercera cara sea plana. El ángulo plano dado por la sección normal del diedro determinado por las caras planas es el ángulo refringente del prisma.

Un rayo luminoso de un solo color que incide oblicuamente sobre un prisma óptico experimenta dos refracciones, sobre un prisma óptico experimenta dos refracciones, según se indica en refracción de un rayo en un prisma.

Luz blanca y monocromática, dispersión

El fenómeno de dispersión se produce cuando pasa un haz luminoso (luz blanca) a través de un prisma, recogiendo  la luz que sale del prisma en una pantalla; en ésta, en lugar de aparecer un punto iluminado, se observa una amplia banda de coloreada con siete colores rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta y a los cuales se les asigna una onda vibratoria con una magnitud según la naturaleza electromagnética: Al rojo corresponde la mayor longitud de onda (7 700 A°) y la menor color violeta (3900 A°). A esta banda se le llama espectro.

Síntesis de la luz

Consiste en el fenómeno contrario al de la dispersión y puede lograrse juntando los distintos colores del espectro, consiguiéndose con ellos luz blanca.

Una manera sencilla de lograr la síntesis de la luz dispersada en un prisma será haciendo pasar el haz de luz por un prisma a través de otro en posición invertida respecto al primero.

Fundados en la primera experiencia, existen los prismas llamados acromáticos, empleados en muchos aparatos de óptica y que consisten en el acoplamiento de dos primas invertidos de diferente índice de refracción en que el segundo compensa la dispersión del primero.

Color de los cuerpos

El color es el elemento sugestivo e indispensable que reviste la naturaleza y los objetos creados por el hombre; además la imagen completa de la realidad.

Un cuerpo parece que tiene determinado color, aunque no tenga luz propia, porque su superficie puede rechazar – reflejar- o absorber todas partes de las radiaciones luminosas que lo alcanzan, ejerciendo con él una acción selectiva. Puede presentarse tres casos:

  • Cuerpo blanco: Cuando la superficie del cuerpo refleja todas las radiaciones luminosas que le alcanzan sin absorber ninguna.
  • Cuerpo del color: Si la superficie del cuerpo absorbe parte de las radiaciones que componen la luz blanca incidente.
  • Cuerpo negro: Si la superficie del cuerpo absorbe todas las longitudes de onda la luz blanca incidente y, por tanto, no refleja ninguna de ellas; de modo que no puede llegar ninguna radiación a nuestros ojos.

Arco Iris

Después de la lluvia, quedan gotas suspendidas  en la atmósfera. Si enseguida sale el sol, sus rayos atraviesan las gotas y se produce la refracción y reflexión de los rayos, originando el fenómeno óptico debido a la descomposición de la luz (el arco iris).

Formación de un Arco Iris

Siendo blanca la luz proveniente del sol, es el resultado de la superposición de rayos de colores simples.

Cada color tiene su propio ángulo de refracción. Cuando esta luz solar atraviesa la gota de agua, se descompone dando origen al espectro solar y constituyendo una superficie cónica cuyo eje es la recta determinada por el sol y el ojo humano.

Lentes

Las superficies planas de separación se llaman dioptrías planas y las esféricas, dioptrías esféricas.

El centro y el radio de curvatura constituyen el centro y el radio de la dioptría, siendo su eje principal la recta determinada por el centro y el vértice.

Son dioptrías convergentes las que disminuyen la abertura del haz de rayos incidentes, y son divergentes en el caso contrario.

Lentes son los medios transparentes limitados por dos dioptrías que tienen sus ejes principales coincidentes.

Según la curvatura de las caras, las lentes pueden ser:

  • Biconvexas
  • Planoconvexas
  • Planocóncavas
  • Cóncavo-convexas
  • Bicóncava

Siendo el índice de refracción mayor que el medio circundante, resultan convergentes las dos primeras, divergentes las planocóncavas y bicóncavas, mientras que las restantes, si la cara de mayor curvatura es la convexa, son convergentes y divergentes cuando lo es la cóncava.

Elementos de un lente

  • Centro de curvatura. Es el centro de cada una de las caras esféricas que forman la lente (0,0´).
  • Centro óptico. Es un punto interior de la lente que está en la línea que uno los centros de curvatura. Tiene la propiedad de que todo rayo que pase por el no sufre desviación.
  • Eje principal. Es la recta que pasa por el centro óptico y los centros de curvatura.
  • Eje secundario. Es cualquier recta que pase por el centro óptico.
  • Focos. Son los puntos del eje principal por donde pasan los rayos luminosos (o sus prolongaciones), después de incidir sobre la lente paralelamente al eje principal.
  • Distancia focal. Es la distancia existente entre el centro óptico y el foco. Se representa por f y . Si a ambos lados de las caras de la lene existen el mismo medio, las distancias focales f y son iguales.

Construcción de imágenes

Se distinguen varios casos en función de la distancia focal y el infinito.

  • Imagen de un objeto situado entre el doble de la distancia focal y el infinito. La imagen es real, invertida, de menor tamaño que el objeto y situada al otro lado de la lente, entre que el objeto y situado al otro lado de la lente, entre el foco y el doble de la distancia focal. Si el  objeto se alejase al infinito, la imagen seria un punto situado en el foco.
  • Imagen de un objeto situado en el doble de la distancia focal. La imagen es real, invertida, del mismo tamaño y se encuentra situada al doble de la distancia focal.
  • Imagen de un objeto situado entre el foco y el doble de la distancia focal.  La imagen es real, invertida, de mayor tamaño que el objeto y situada a mayor distancia de la lente que el doble de la distancia focal.
  • Imagen de un objeto situado en el foco. La imagen se forma en el infinito. Los rayos salen de la lente paralelamente al eje principal
  • Imagen de un objeto situado entre el foco y el centro óptico. La imagen es virtual, derecha, mayor y situada al mismo lado del objeto.

Trayectoria de los rayos en las lentes divergentes

En la fabricación de imágenes con lentes divergentes se utilizará una lente bicóncava delgada, que se representa por un segmento terminado en sus extremos por puntas de flechas invertidas. Los rayos que pueden utilizarse son principalmente:

  • Un rayo paralelo al eje principal que se retracta y su prolongación pasa por el foco (F).
  • Un rayo que pasa por el centro óptico y que tiene la propiedad de no experimentar desviación.

Construcción de imágenes

En las lentes divergentes la imagen es siempre virtual, derecha y menor que el objeto. Ésta situada siempre entre el foco y la lente, y aumenta su tamaño a medida que el objeto se acerca  a la lente.

Dioptría de una lente

La unidad llamada dioptría es la inversa de la distancia focal de una lente, expresada en metros:

Donde

d= dioptría de una lene;

f= distancia focal en metros

Los sistemas ópticos presentan una seria de aberraciones, es decir, desviaciones respecto a las hipótesis de que los rayos presentan poca inclinación respecto al eje de que solo se utilice la parte del sistema próximo del eje.

Podemos distinguir entre las aberraciones los siguientes tipos.

  • Aberración esférica. Consiste en que los rayos luminosos se distribuyan por igual entre todas las superficies refringentes del sistema.
  • Astigmatismo. El estigmatismo de los sistemas ópticos se conserva únicamente para rayos poco inclinados siendo preciso, y estos sean próximos al eje, según la aberración esférica. Con haces inclinados, en vez de un punto imagen se obtienen dos pequeñas líneas, perpendiculares entre si, separadas por una cierta distancia (líneas focales).
  • Coma. Es un haz ancho  que incide con gran inclinación en la lente, la imagen mostrada tiene forma alargada que se considera como la superposición de diversos círculos de menor confusión; el más pequeño representa la imagen dada por la parte central del lente; y  los otros son imágenes producidas por las sucesivas zonas concéntricas.
  • Curvatura de campo. El sistema presenta curvatura de imagen cuando los puntos de plano objeto no estén en el plano imagen.
  • Distorsión. El aumento lateral no es constante y varia con la distancia al eje. Si se toma como objeto una cuadrícula, puede suceder que los lados de los cuadros resulten más aumentados lejos del eje que cerca del mismo (se le llama distorsión ortoscópico), o puede ocurrir lo contrario.