OBJETIVO. Reconocer el fenómeno de refracción cómo factor principal en la formación de imágenes en lentes e identificar las características de estas imágenes y comprender la importancia del índice de refracción como factor de comparación de la rapidez de la luz en diferentes medios de propagación transparentes.
Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción.
Si dividimos la velocidad de la luz en el vacío entre la que tiene en un medio transparente obtenemos un valor que llamamos índice de refracción de ese medio.
n=c/v
n: índice de refracción
c: velocidad de la luz en el vacío
v: velocidad de la luz en el medio material
Si el índice de refracción del agua es n= 1,33, quiere decir que la luz es 1,33 veces más rápida en el vacío que en el agua.
Por lo general cuando la luz llega a la superficie de separación entre los dos medios se producen simultáneamente la reflexión y la refracción.
• Si la luz pasa de un medio más rápido a otro más lento (por ejemplo del aire al vidrio Flint), el ángulo de refracción es menor que el de incidencia.
• Si pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro con menor índice de refracción (por ejemplo del diamante al agua), el ángulo de refracción es mayor que el de incidencia.
• En éste último caso, si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite no se produce refracción, sino lo que se denomina reflexión total.
| Un rayo de luz atraviesa diferentes medios transparentes, tal como muestra la figura. ¿Cuál de los medios tiene mayor y menor índice de refracción? |
|
|---|---|
 |
1. El rayo que pasa del aire al medio 1 se refracta acercándose a la normal; por tanto, su índice de refracción (n1) es mayor que el del aire. 2. Al pasar al medio 2 se aleja de la normal; por tanto, n2< n1. 3. Finalmente, al pasar del medio 2 al medio 3 nuevamente se acerca a la normal, resultando que n2< n3. 4. Al comparar n1 y n3, la mayor desviación hacia la normal se da en n3; por tanto, debe ser mayor que n1 de forma que el orden final resulta ser: n2< n1< n3. |
|
|
 |
|
Fenómenos naturales donde actúa la refracción
El estudio de los fenómenos naturales nace, generalmente, a partir de sorprenderse frente a un hecho que ocurre en la naturaleza. Fenómenos como los espejismos y el arco iris, siempre han fascinado por sus grandes dimensiones y el espectáculo que ofrecen al espectador.
El arco iris ocurre cuando hay gotitas de agua suspendidas en la atmósfera. Al pasar la luz del sol por cada una de las gotas de agua, esta se refracta, es decir, cambia su dirección de propagación, entonces sucede un efecto llamado dispersión cromática. Este fenómeno ocurre con luz blanca como la del Sol, al refractarse se separa en los colores que la componen. Este fenómeno lo estudió en profundidad Isaac Newton y en él radica la naturaleza del arcoíris. Por ejemplo, si la luz del Sol fuera solamente azul, no se produciría el arcoíris. Los millones de gotas de agua que ocasionalmente se encuentran suspendidas en la atmósfera, posibilitan que este fenómeno sea visible a gran escala.
El espejismo ocurre cuando la luz pasa por un medio donde el índice de refracción cambia gradualmente, por ejemplo, en una tarde calurosa en la carretera, pareciera como si el pavimento más adelante estuviera mojado y la imagen de los autos se reflejara en esas pozas, sin embargo, al acercamos nos damos cuenta de que no existen, y que la imagen se ha desplazado, hacia más adelante, ¿cómo es que ocurre aquello?
La temperatura del cemento de la carretera es más elevada que la del aire que lo rodea, por lo tanto, la temperatura del aire que está en contacto con el cemento será mayor que las capas superiores. Al ser más caliente, su densidad y su índice de refracción es menor, aquello produce que los rayos se curven de manera cóncava hacia arriba, dando la impresión de ser un reflejo en el agua (ver figura). Lo mismo ocurre en los desiertos debido a la alta temperatura de la arena, una palmera, por ejemplo, parece reflejarse en una laguna inexistente. El fenómeno recién descrito se conoce con el nombre de espejismo inferior.
|
|
|
Las lentes son cuerpos transparentes limitados al menos por una superficie curva. Según sea la forma de las superficies que la limitan, las lentes pueden ser convergentes o divergentes. Las lentes convergentes se caracterizan por tener su centro más grueso y sus bordes más estrechos.
Las lentes esféricas se clasifican en:
-Convergentes (o positivas): si un haz de rayos paralelos entre sí, converge después de atravesarla.
-Divergentes (o negativas): si un haz de rayos paralelos entre sí, diverge después de atravesarla.
Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refracta pasando por el foco.
Todo rayo que incide pasando por el foco se refracta paralelo al eje principal.
Todo rayo que pasa por el centro de óptico se refracta sin sufrir desviación.
Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refracta en una dirección tal que su prolongación pasa por el foco.
Todo rayo que incide en la dirección del foco se refracta paralelo al eje principal.
Todo rayo que incide en el centro óptico se refracta sin sufrir desviación.
|
|
|
|
|
|
Ejercicios que no están en el manual (lentes)
OBJETIVO. Comprender los fenómenos asociados a la visión humana y valorar la importancia de los distintos órganos involucrados.
El ojo humano es un magnífico sistema óptico compuesto básicamente de dos lentes convergentes: la córnea y el cristalino; y de una pantalla formada por una enorme cantidad de células nerviosas que son sensibles a la luz: la retina. En la retina se forman imágenes reales que el cerebro recibe y procesa para elaborar una interpretación correcta de la realidad.
El cristalino es una lente “gelatinosa” que está sostenida por un grupo de músculos que pueden contraerlo o estirarlo permitiendo enfocar nítidamente en la retina una imagen de un objeto cercano o lejano. Al acercar el objeto al ojo, los rayos refractados se juntan detrás de la retina y generan una imagen borrosa de él. Los músculos que sostienen el cristalino lo contraen acortando la distancia focal para que los rayos converjan sobre la retina y se forme una imagen nítida del objeto.
Los bastones son células que responden al estímulo luz -oscuridad, permitiéndonos percibir los detalles de los objetos.
Los conos son células sensibles a los colores. Hay tres tipos de conos: los sensibles al color rojo, al verde y al azul y que al ser estimulados a la vez, se produce, en el cerebro, la sensación de blanco. El resto de la gama de colores se forma por la estimulación parcial de grupos de conos.
Los problemas más frecuentes en la visión relacionados con la formación de las imágenes son: la miopía, la hipermetropía y el astigmatismo.
a) MIOPÍA
En un ojo que sufre miopía, el globo ocular es un poco más alargado hacia atrás, generando imágenes delante de la retina. Una persona miope ve mejor los objetos cercanos. Los objetos lejanos los ve muy desenfocados y borrosos.
La solución en el ojo miope es colocar delante del ojo una lente que abra un poco la luz (lente divergente), de modo que los rayos converjan más atrás, justo sobre la retina.
b) HIPERMETROPÍA
En un ojo que sufre hipermetropía, el globo ocular es un poco más corto de lo normal y por eso las imágenes tienden a formarse detrás de la retina. Un hipermétrope ve más borrosos los objetos cercanos pero ve bastante bien de lejos.
Para acercar la imagen a la “pantalla” (retina), y mejorar su visión, se antepone una lente convergente al ojo hipermétrope y así la luz converge antes, es decir, sobre la retina.
c) ASTIGMATISMO
Se produce cuando la córnea tiene más curvatura en una dirección que en otra causando que no todos los rayos coincidan en un mismo punto: algunos se juntan antes de la retina y otros después de la retina (ver figura 38 a). En una persona con astigmatismo las imágenes que ve son borrosas y deformes, porque no todas las partes del objeto se reúnen en el mismo punto.
Este defecto se corrige con lentes cilíndricas.
Otra patología en la visión que se relaciona con la percepción de los colores es el daltonismo. Este defecto se produce por la falta de algún tipo de conos sensibles a un color, o de un menor porcentaje de ellos en comparación con una retina normal. El daltonismo es hereditario y la gran mayoría de quienes lo padecen son hombres (alrededor de un 4% de la población masculina).
|
|
|