CONTENIDOS

1. Teoria corpuscular (Newton)
2. Teoria Ondulatoria (Huygens)
3. Teoria electromagnetica (Maxwell)
4. Reflexion de la luz
5. Leyes de Snell para la reflexion 
6. Superficies reflectoras
7. Espejos: Planos - Esfericos - Concavos  y Convexos
8. Construccion de una imagen dada por un espejo: Imagenes reales y imagenes virtuales
9. Refraccion de la luz
10. Leyes de Snell para la refracción
11. Superficies refractoras
12. Lentes: Lente covergente - Lente divergente                                                                                                                            
13. Caracteristicas dadas en una imagen por un lente
14. Aplicaciones; instrumentos opticos: El microscopio - Camara fotografica - Instrumentos de correccion de enfermedades visuales                                                                                 

TEORIA  CORPUSCULAR:

Isaac Newton (1643-1727) quien en el año 1704 publico sus estudios de la luz estableciendo una de las primeras teorías científicas intentando explicar el comportamiento y la naturaleza de la luz, para esto Newton tomo en cuenta las siguientes evidencias:
1) Cuando un obstáculo se interpone en el camino de la luz se producen sombras (ausencia de luz).
2) Las sombras de los objetos mantienen la forma de ellos, por lo que la luz se propaga en linea recta.
3) La luz puede reflejarse rebotando en los objetos, lo que nos permite ver objetos que no emiten luz propia.

A partir de estas tres evidencias Newton formuló su Teoría Corpuscular, la que establecía que la luz estaba formada por pequeñas partículas (corpúsculos) que eran emitidas desde las fuentes luminosas, y que estas partículas viajaban en linea recta a muy alta velocidad. Esta teoría lograba explicar satisfactoriamente los fenómenos de las sombras, la reflexión y la refracción de la luz

   

 

TEORIA ONDULATORIA

Christiaan Huygens (1629-1695) también estudió los fenómenos luminosos, Huygens formuló en el año 1678 la llamada Teoría Ondulatoria basándose en sus estudios de las ondas y en la creencia popular del llamado éter cósmico (sustancia de gran elasticidad, impalpable, que todo lo llena incluyendo el vacío). Huygens estableció en su teoría que la luz estaba formada por ondas mecánicas que se creaban porque las fuentes luminosas lograban perturbar el éter cósmico, creando ondas luminosas que se propagaban a través del éter a muy alta velocidad.

La teoría ondulatoria de la luz se refiere a que la luz no viaja en línea recta exactamente, sino a que la luz está compuesta de unos cuantos fotones, que son liberados por los átomos cuando uno de sus electrones pasa a su nivel inferior de energía, conocido como estado basal. Estos cuantos llamados fotones (que constituyen la luz) viajan en varias frecuencias distintas lo que produce luz de diferentes colores, y algunas de estas frecuencias no son visibles para el ojo humano. Estos cuantos viajan en movimientos ondulatorios.

  

En conclucion La teoría corpuscular  dice que las partículas no se mueven como ondas, sino que se mueven a manera de un cuerpo común, es decir, en línea y con una trayectoria bien definida Aunque las ideas de Newton acerca de la naturaleza corpuscular de la luz pronto fueron desacreditadas en favor de la teoría ondulatoria, en la actualidad (gracias a los trabajos de Max Planck y Albert Einstein) la mecánica cuántica solo acepta una teoría llamada Dualidad Onda-Corpúsculo, que es una mezcla de estas dos, y no se limita a decir que las partículas se mueven como onda o como corpúsculo, sino que de hecho se comportan de ambas formas.

 

TEORIA ELECTROMAGNETICA

En 1865, James Clerk Maxwell emprendió la tarea de determinar las propiedades de un medioque pudiera transportar luz, así como la transferencia de calor y electricidad.Maxwell demostró matemáticamente la existencia de campos magnéticos y eléctricosperpendiculares entre sí y que a manera de ondas podían propagarse tanto en el espacio vacíocomo a través de algunas sustancias. Con lo anterior, Maxwell sugirió que la luz son en realidadondas o radiaciones electromagnéticas. Y a la que el ojo humano es sensible.

Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros habituales de cualquier onda:

• Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.
• Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio 
• Frecuencia (v): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo.
•  Longitud de onda (λ): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas.
• Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la rapidez de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.

 

REFRACCION DE LA LUZ

La reflexion de la luz se encarga de observar la trayectoria de por un rayo  de luz que incide sobre un plano, el rayo se devuelve moviendose con el mismo medio donde se propaga. Pra descirbir este fenomeno  se describe de la soguiente manera: se denomina rayo incidente  el que llega al espejo, rayo reflejado al que que sale del espejo, angulo de incidencia al fotmar el rayo incidente y la normal al espejo en le punto de incidencia y angulo de reflexion al que forman el yayo incidente y la normal al espejo en el punto de incidencia  y angulo de reflexion que forma el rayo reflejado y la normal (N)

 

LEYES PARA LA REFRACCION DE LA LUZ (SNELL)

Para cumplir lo hablado anteriormente partimos desde las ley de Snell para verificar si  cumple este fenomeno :

1. Los rayos incidentes y reflejados y la normal estan en el mismo plano
2. El angulo de incidencia es igual al angulo de reflexion

 

SUPERFICIES REFLACTORAS 

 las superficies reflectoras tienen la forma de una parabola o más precisamente de un parabolidode  de revolución; y por ello cumplen con su principal propiedad: que todos los haces que chocan en ellas se reflejan en un punto en común, llamado foco.

 

TIPO	DIAGRAMA DE RAYOS	ELEMENTOS ÓPTICOS	CARACTERÍSTICAS
Paraboloide		Mp=espejo parabólico	Libre de aberración esférica Sufre de coma al desplazar fuera del eje El detector debe estar en el foco
Cassegrain		Mp=espejo parabólico Ms=espejo hiperbólico	Libre de aberración esférica Más corto que el Gregoriano Permite colocar el detector detrás del sistema óptico Bastante usado
Gregoriano		Mp=espejo parabólico Ms=espejo elipsoidal	Libre de aberración esférica Más largo que el Cassegrain Permite la colocación del detector detrás del sistema óptico Menos común que el Cassegrain

 

 

  

  ESPEJOS

ESPEJOS PLANOS

Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente, Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Son los que usamos cada mañana para mirarnos. En ellos vemos nuestro reflejo, una imagen que no está distorsionada.

otras caracteristicas son: la superficie reflectora es planaEspejo Concavo:la superficie reflectante es en el interior de un casquete esférico.Los haces de luz reflejados convergen en el focoEspejo Convexo:La superficie reflectante es el exterior de un casquete esférico.Los haces de luz reflejados son divergentes pero sus prolongaciones se cortan en el foco.

 

ESPEJOS ESFERICOS

Los espejos esféricos son casquetes de una esfera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos que inciden en ellos. Son cóncavos cuando la superficie reflectora es la parte interior, y convexos si la superficie reflectora es la parte exterior. Representación de un espejo cóncavo (b) Representación de un espejo convexo. Elementos principales de un espejo esférico Se muestran los principales elementos de un espejo esférico. En ella:

C = centro de curvatura, centro de la esfera de la que se obtuvo el espejo

V = vértice, polo del casquete o punto donde el eje principal hace contacto con el espejo.

Ep = eje principal , recta que pasa por C y V

Es = eje secundario, cualquier recta que pase por C

F = foco, punto del eje principal en que coinciden los rayos reflejados o sus prolongaciones; es el punto medio entre C y V.

Vf = la distancia focal, que representa la distancia existente entre V y F o entre F y C; es la mitad del radio de curvatura.

    

 

                                     CONCAVO                                                                                                   CONVEXO

 

ESPEJOS CONCAVOS Y CONVEXOS

Espejos curvos

 

Un espejo curvo es un espejo cuya superficie reflectante es curva, la cual puede ser convexa (con la deformación hacia afuera) o cóncava(con la deformación hacia adentro). Muchos espejos curvos poseen superficies que tiene la forma de un trozo de una esfera, pero algunos dispositivos ópticos poseen espejos con otras formas. La forma más común que no sea la esférica es la del reflector parabólico, que se utiliza en por ejemplo los telescopios reflectores que permiten observar objetos distantes, dado que los sistemas con espejos esféricos, al igual que lo que sucede con las lentes esféricas, adolescen de aberración esférica. Una ventaja que poseen los sistemas ópticos basados en espejos comparados con los sistemas que utilizan lentes es que los espejos no introducen aberración cromática.



Formación de imágenes en los espejos cóncavos

 

Un cuerpo iluminado o que emite o refleja luz se considera  unObjeto en óptica geométrica.  Colocando un objeto delante de un espejo cóncavo este formará una Imagen real de ese objeto.

Todos los rayos emitidos por la punta de la vela Q son reflejados por el espejo y se cruzan en Q' (se enfocan en ese punto).   Todos los rayos emitidos por el punto M del objeto llegan, una vez reflejados, al punto M'. Cada punto del objeto vela, situado sobre QM emitirá rayos. Todos juntos darán la  imagen correspondiente, Q'M'. Colocando una pantalla en esta zona se formará sobre ella una imagen nítida y claramente definida. Debido a que la imagen  se puede formar sobre una pantalla, se llama imagen real. Si vamos alejando la pantalla,  la imagen se va  haciendo cada vez menos nítida. Si miramos el objeto a través de un espejo es exactamente en el punto de enfoque (convergencia de los rayos) donde nos parece que está situado el objeto.   Casos de formación de la imagen según la posición del objeto 1º Caso

Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el infinito, la imagen será menor, real e invertida. Estará situada entre C y F.

2ª Caso

Si el objeto está situado en C la imagen también estará en C y será igual, invertida y real.

3º caso

Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el foco, la imagen será mayor, real e invertida.  Estará situada entre C y el infinito

4º Caso

Si el objeto está situado entre el foco y el espejo, la imagen será mayor, derecha y virtual. Estará situada detrás del espejo.

 

 

Espejos Convexos:

 

En este tipo de espejos los rayos de luz se reflejarán siempre de la misma forma en los siguientes casos:

a) Los rayos de luz que incidan en el espejo de forma paralela y cercana al eje óptico se reflejarán siempre pareciendo provenir del foco del espejo.

b) Los rayos de luz que incidan en el espejo en direccion al foco del mismo se reflejarán siempre de forma paralela al eje óptico.

c) Los rayos de luz que incidan en el espejo en dirección al centro de curvatura se reflejarán siempre sobre sí mismos.

   

 

Los espejos convexos forman imágenes que poseen las mismas características independiente de la posición del objeto con respecto al objeto. 

 

   

a) La imagen es Virtual. b) La imagen es de menor tamaño que el objeto. c) La imagen está derecha con respecto al objeto.

 

Elementos de un espejo esférico
 

·      C= centro de curvatura

·      R= Radio de curvatura

·      V= Vértice

·      Eje principal= es la recta que tiene el vértice

·       Eje Secundario= cualquier recta pelarela  al eje principal

·      F= Distancia Focal

 

 

CONSTRUCCION DE LA IMAGEN DADA POR UN ESPEJO:

Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera detrás y no frente a éste ni en la superficie. (Ojo, es un error frecuente el pensar que la imagen la vemos en la superficie del espejo).

El sistema óptico del ojo recoge los rayos que salen divergentes del objeto y los hace converger en la retina.

El ojo identifica la posición que ocupa un objeto como el lugar donde convergen las prolongaciones del haz de rayos divergentes que le llegan. Esas prolongaciones no coinciden con la posición real del objeto. En ese punto se forma la imagen virtual del objeto.

La imagen obtenida en un espejo plano no se puede proyectar sobre una pantalla, colocando una pantalla donde parece estar la imagen no recogería nada. Es, por lo tanto virtual, una copia del objeto "que parece estar" detrás del espejo.

El espejo sí puede reflejar la luz de un objeto y recogerse esta sobre una pantalla, pero esto no es lo que queremos decir cuando afirmamos que la imagen virtual no se recoge sobre una pantalla. El sistema óptico del ojo es el que recoge los rayos divergentes del espejo y el cerebro interpreta como procedentes de detrás del espejo (justo donde se cortan sus prolongaciones)

La imagen formada es:

simétrica, porque aparentemente está a la misma distancia del espejo

virtual, porque se ve como si estuviera dentro del espejo, no se puede formar sobre una pantalla pero puede ser vista cuando la enfocamos con los ojos.

del mismo tamaño que el objeto.

derecha, porque conserva la misma orientación que el objeto.

 

REFRACCION DE LA LUZ

 

Refracción de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo al pasar de un medio menos refringente a otro más refringente.

Una cuchara introducida parcialmente en el agua, se ve quebrada en la parte donde hace contacto con la superficie del líquido.

La refracción de la luz consiste en la desviación de los rayos luminosos cuando ellos pasan de un medio a otro de distinta densidad óptica.

Para un observador situado en un medio menos denso, como el aire, un objeto situado en un medio más denso parece estar más cerca de la superficie de separación de lo que está en realidad. 

 

LEYES DE SNELL PARA LA REFRACCION 

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo 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, cuando pasa de un medio a otro.

 

SUPERFICIES REFRACTORAS

Las superficies refractoras se dividen en dos: planas y esfericas

Una superficie plana: puede considerarse como si fuera una superficie esférica de radio infinito. La imagen de un objeto, visto a través de una superficie refractora plana, es virtual y se forma del lado del objeto (lado de incidencia)

Se llama superficie refractora esférica (S.R.E.) a una porción de superficie esférica quesepara dos medios de diferentes índices de refracción. Si suponemos que la luz viaja de izquierda a derecha las superficies refractoras pueden clasificarse de acuerdo con la concavidad con respecto a la luz incidente en cóncavas  y convexas

 

LENTES

Una lente es un sistema óptico centrado formado por dos dioptrios, de los que al menos uno es esférico, y en los cuales los medios refringentes (que producen refracción) extremos tienen el mismo índice de refracción.

Cuando las superficies refractoras son dos, la lente se denomina lente simple. Si, además, su grosor es despreciable en relación con las distancias ·         S₁ S₂  r  y , recibe el nombre de lente delgada.

 

ENFERMENDADES VISUALES

El ojo Humano 

El ojo es un órgano que detecta la luz y es la base del sentido de la vista. Su función consiste básicamente en transformar la energía lumínica en señales eléctricas que son enviadas al cerebro a través del nervio óptico.

El ojo humano funciona de forma muy similar al de la mayoría de los vertebrados y algunos moluscos; posee una lente llamadacristalino que es ajustable según la distancia, un diafragma que se llama pupila cuyo diámetro está regulado por el iris y un tejido sensible a la luz que es la retina. La luz penetra a través de la pupila, atraviesa el cristalino y se proyecta sobre la retina, donde se transforma gracias a unas células llamadas fotorreceptoras en impulsos nerviosos que son trasladados a través del nervio óptico al cerebro.

Su forma es aproximadamente esférica, mide 2,5 cm de diámetro y está lleno de un gel transparente llamado humor vítreo que rellena el espacio comprendido entre la retina y el cristalino.

En la porción anterior del ojo se encuentran dos pequeños espacios: la cámara anterior que está situada entre la córnea y el iris, y la cámara posterior que se ubica entre el iris y el cristalino. Estas cámaras están llenas de un líquido que se llama humor acuoso, cuyo nivel de presión llamado presión intraocular es muy importante para el correcto funcionamiento del ojo.

Para que los rayos de luz que penetran en el ojo se puedan enfocar en la retina, se deben refractar. La cantidad de refracción requerida depende de la distancia del objeto al observador. Un objeto distante requerirá menos refracción que uno más cercano. La mayor parte de la refracción ocurre en la córnea, que tiene una curvatura fija. Otra parte de la refracción requerida se da en el cristalino. El cristalino puede cambiar de forma, aumentando o disminuyendo así su capacidad de refracción. Al envejecer, el ser humano va perdiendo esta capacidad de ajustar el enfoque, deficiencia conocida como presbicia o vista cansada.


Enfermedades 
 

Ceguera

Se llama ceguera a una pérdida total o muy severa de la capacidad visual. Una persona ciega es incapaz de percibir la forma de los objetos, aunque puede conservar una mínima función que le permita distinguir entre luz y oscuridad.  El concepto de ceguera legal es distinto al anterior, pues se utiliza para diferentes cuestiones legales relacionadas con indemnizaciones, prestaciones sociales o afiliación a organizaciones de ciegos. La ceguera legal no tiene una definición única, pues depende de la legislación de cada país. En los países occidentales, generalmente se considera legalmente ciego a aquel individuo que tiene una agudeza visual menor de 0.1 (1 es la normalidad) o un campo visual muy disminuido, inferior a 10 grados.  Por lo tanto, contrariamente a lo que muchos creen, una persona con ceguera legal puede conservar un resto visual que le permita realizar algunas actividades de la vida diaria sin necesidad de ayuda. 

Según los datos de la OMS, en el mundo existen 45 millones de personas ciegas, la mayoría de las cuales viven en países en vías de desarrollo.

A nivel mundial las principales causas son: catarata (48%), glaucoma (12%), degeneración macular asociada a la edad (9%), opacidades de la córnea (5%), retinopatía diabética (5%), diferentes trastornos agrupados como ceguera en la infancia (3.9%) y tracoma (3,6%). Muchas de estas enfermedades son perfectamente tratables, por lo que en los países desarrollados las causas principales son: Retinopatía diabética, degeneración macular asociada a la edad, glaucoma y accidentes.

Miopía

 

 

Miopía y su corrección con una lente divergente

La miopía es un defecto del ojo en el que el punto focal se forma delante de la retina, en lugar de en la misma retina como sería normal.

Esta anomalía ocasiona dificultad para ver de lejos. El sujeto verá mal todo aquel objeto situado a partir de una cierta distancia.

La causa más frecuente de miopía es un aumento en el diámetro anteroposterior del globo ocular. También puede ser debida a un aumento de la capacidad de refracción del cristalino o al aumento en la curvatura de la córnea como ocurre en el queratocono. Se trata mediante el uso de gafas correctoras, lentillas, con una intervención quirúrgica con láser (LASIK, PRK) o con la colocación de lentes intraoculares.

Hipermetropía

Hipermetropía y su corrección con una lente convergente

La hipermetropía es un defecto del ojo, en el cual los rayos de luz que inciden en el mismo procedentes del infinito, forman el foco en un punto situado detrás de la retina. Se trata por lo tanto de un defecto refractivo inverso al de la miopía.

A diferencia de la miopía no es progresiva y tampoco suele producir complicaciones. Los niños afectados de hipermetropía no suelen presentar déficit de agudeza visual, sino dolor de cabeza o cansancio relacionados con el esfuerzo continuado de acomodación que debe realizar el músculo ciliar para lograr un correcto enfoque. En los adultos suele existir déficit de visión cercana y con el paso de los años se puede afectar la lejana. Se trata mediante el uso de gafas correctoras.

Astigmatismo

Es un defecto de refracción que se produce debido a que existe diferente capacidad de refracción entre dos meridianos oculares y en consecuencia los objetos se ven desenfocados. Generalmente está originado por una curvatura irregular en la zona anterior de la córnea, de tal forma que la refracción del meridiano vertical es diferente a la del horizontal. Se trata mediante la utilización de gafas con lentes correctoras.

Presbicia

La presbicia también llamada vista cansada, comienza alrededor de los 40 años y alcanza su máxima evolución después de los 60. Consiste en la perdida progresiva y gradual de la elasticidad del cristalino que se manifiesta por dificultad para ver con claridad los objetos cercanos. Una persona con presbicia necesita alejar un texto más de 33 cm de los ojos para poder leer, a esa distancia muchos caracteres no se distinguen con claridad.

Para garantizar una buena visión de los objetos cercanos, el cristalino debe cambiar de forma y hacerse más esférico para aumentar su poder de refracción, cuando ya no puede hacerlo, la visión cercana se hace borrosa, sin embargo la visión de lejos sigue siendo buena.

Puede corregirse con el uso de lentes oftálmicas, que realizan el trabajo de convergencia de las imágenes tal como lo hacían antes los ojos. Cuando existe otro problema de visión añadido, como la miopía, pueden utilizarse lentes bifocales o multifocales que permiten ver de manera correcta a diferentes distancias, por ejemplo para ver bien un monitor y un texto que está más próximo.

Daltonismo

El daltonismo es un defecto del ojo. La persona que lo padece, presenta dificultad para distinguir el rojo y el verde, aunque hay casos en que también es difícil diferenciar otros colores. Cuando el defecto consiste en la imposibilidad de distinguir todos los colores, no es daltonismo sino otro trastorno más grave que se llama acromatopsia.

El daltonismo es mucho más corriente en el hombre que en la mujer y es hereditario. No suele causar otros trastornos, aunque constituye un problema en algunas profesiones que exigen una correcta visión de los colores.

Catarata

 

Puede observarse una catarata que se caracteriza por la pérdida de transparencia del cristalino

La catarata es una opacidad del cristalino (la lente del ojo) que pierde su transparencia habitual. Como consecuencia la luz penetra con dificultad en el ojo, lo cual ocasiona pérdida de visión progresiva, que puede llegar a ser total, si no se realiza el tratamiento adecuado. Este consiste en una intervención quirúrgica mediante la cual se extirpa el cristalino y se coloca en su lugar una lente intraocular.

La catarata es generalmente degenerativa y aparece muy frecuentemente en personas de más de 50 años, aunque existen formas más raras que son congénitas (presentes en el nacimiento), algunas de las cuales se deben a que la madre sufrió una rubéola durante el embarazo, en este caso se denomina catarata rubeólica.

Según los datos de la Organización Mundial de la Salud, la catarata es la responsable del 48% de los casos de ceguera en todo el mundo, lo cual supone 18 millones de personas.

Conjuntivitis

 

Conjuntivitis es la inflamación de la conjuntiva (membrana mucosa que recubre el interior de los párpados de los vertebrados y se extiende a la parte anterior del ojo). Puede estar originada por muchas causas, entre las cuales la más frecuente es la infecciosa; pueden estar involucrados diferentes virus y bacterias. También existen conjuntivitis de origen alérgico, tóxicas por sustancias irritantes y actínicas por exposición a la luz o radiación ultravioleta.

Todos los casos presentan unas manifestaciones comunes: enrojecimiento, fotofobia y lagrimeo. Sin embargo otros síntomas dependen de la causa, secreciones matutinas en las bacterianas, ganglios aumentados de tamaño en las víricas, prurito estacional en las alérgicas, etc. La duración del cuadro es variable según el origen.

En general se trata de procesos benignos, aunque algunas formas pueden conducir a complicaciones como la queratitis (inflamación de la córnea) que a veces son graves.

Glaucoma

El glaucoma es una enfermedad ocular causada por la elevación de la presión intraocular del ojo. La presión intraocular está determinada por el equilibrio entre la producción y reabsorción del humor acuoso. Si el canal por donde se drena el humor acuoso se obstruye, el líquido no se elimina y la presión intraocular aumenta en exceso.

El glaucoma es una afección que puede ser grave. Si no se trata a tiempo, puede generar la pérdida de la visión. Hay muchos medicamentos contraindicados cuando se padece glaucoma.

PARA MAS INFORMACION ENTRA EN LOS SIGUIENTES ENLACES:

Explicacion de espejos: www.youtube.com/watch?v=4ywUIlWC4qs&feature=youtu.be

Espejos y lentes: https://www.youtube.com/watch?v=lBA17ThP8f4&feature=youtu.be