Resumen Física d

7/23/2019 Resumen Física d

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RESUMEN FÍSICA DLa naturaleza de la luz y las leyes

de la Óptica geo!trica

Realizado por" CARLOSVALVERDE

• La naturaleza de la luz• Refexión• Reracción• El principio de Huygens

• Refexión otal !nterna



La Naturaleza de la

Luz

Antes de iniciar el siglo "!" se considera#a $ue la luz era una

corriente de part%culas& teor%a propuesta por !saac 'e(ton)Sin e*#argo +a#%a otra teor%a de $ue la luz pod%a ser cierto tipo de*o,i*iento Ondulatorio )Varios cient%-cos tra#a.aron con la naturaleza de la luz&de*ostrando $ue la luz se co*porta en ocasiones co*o ondas y enotras co*o part%culas& lo $ue les lle,ó a decir $ue la luz tiene

naturaleza DUAL#

La Re$e%i&nCuando un rayo de luz $ue ,ia.a encuentra una rontera& $ueconduce a un segundo *edio& se refe.a)



La refexión $ue se +ace so#re super-cies lisas se lla*a re$e%i&nespecular& y las $ue se +ace so#re super-cies rugosas se lla*are$e%i&n di'usa /,0ase -g) 12#

Cada rayo $ue llega a lasuper-cie lisa llega con uncierto 3ngulo de incidencia41 con respecto a la

nor*al de la super-cie yse refe.a con un 3ngulo415 $ue de#e ser igual al

3ngulo incidente) A estose le conoce co*o la Leyde la Re$e%i&n /,0ase-g) 62)

Fig#(

Fig#)

41 7 415



LaRe'racci&nCuando un rayo de luz ,ia.a a tra,0s de un *edio transparente yencuentra una rontera $ue lo lle,a a otro *edio transparente& parte

del rayo se refe.a y parte del rayo se Re'racta /,0ase -g) 82#

Fig#*

El +ngulo de re'racci&n depende de laspropiedades de los 6 *edios y del 3ngulode incidencia& *ediante la relación "

Donde ,1 y ,6 son la rapidez de la luz

en los *edios 1 y 6 respecti,a*ente)



ÍNDICE DEREFRACCIÓNLa rapidez de la luz en cual$uier *aterial es *enor $ue su rapidez enel ,ac%o) El %ndice de reracción η es igual a:

n = c / v

Donde:• c : la velocidad de la luz en el vacío• v : velocidad de la luz en el medio cuyo índice se calcula (agua, vidrio, etc.).

También se lo uede obtener a artir de las longitudes de ondas con la relaci!n:

n = λ / λn

Donde:• λ: "ongitud de onda en el vacío

• λn: "ongitud de onda en el medio n

"as longitudes de ondas se las obtiene a artir de : v = # λ $ donde # es la

#recuencia, v es la raidez y λ la longitud de onda.

% artir de la LEY DE SNELL también odemos obtener los n:

Donde &' y & son los ngulos incidente y re#ractado resectivamente.



El ,rincipio de -uygensEl principio de -uygens es un *0todo de an3lisis aplicado a los

pro#le*as de propagación de ondas) A-r*a $ue todo punto de unrente de onda inicial puede considerarse co*o una uente deondas es0ricas secundarias $ue se extienden en todas lasdirecciones con la *is*a ,elocidad& recuencia y longitud de onda$ue el rente de onda del $ue proceden)Esta ,isión de la propagación de las ondas ayuda a entender

*e.or una ,ariedad de enó*enos de onda& tales co*o ladiracción) La Ley de Snell ta*#i0n puede ser explicada seg9neste principio /,0ase -g) :2)

Fig#.



e$e%i&n /otal InternaSe deno*ina re$e%i&n interna total al enó*eno $ue se produce

cuando un rayo de luz& atra,esando un *edio de %ndice de reracción*3s grande $ue el %ndice de reracción en el $ue este se encuentra& sereracta de tal *odo $ue no es capaz de atra,esar la super-cie entrea*#os *edios refe.3ndose co*pleta*ente /,0ase -g) ;2)

Fig#0

Ángulo crítico*l ángulo crítico también es el ngulomínimo de incidencia en el cual se

roduce la re#le+i!n interna total. *l

ngulo de incidencia se mide resecto a

la normal de la searaci!n de los medios.

*l ngulo crítico viene dado or:

donde n' y n

son los índices de re#racci!n de los medios con n

n

'.

*sta ecuaci!n es una simle alicaci!n de la ley de -nell donde el

ngulo de re#racci!n es 0.



Óptica 1eo!trica• !*3genes <or*adas por espe.os =lanos• !*3genes <or*adas por super-cies es0ricas

• !*3genes <or*adas por lentes delgadas• !*3genes por reracción

I+genes Foradas por

Espe2os ,lanos>n espe.o plano es una super-cie plana *uy puli*entada $ue puederefe.ar la luz $ue le llega con una capacidad refectora de laintensidad de la luz incidente del ?;@ /o superior2 ) Los espe.os planosse utilizan con *uc+a recuencia)>na i*agen en un espe.o se ,e co*o si el o#.eto estu,iera detr3s y norente a 0ste ni en la super-cie)



La i*agen or*ada es /,0ase -g) 2BSi!trica& por$ue aparente*ente est3 a la *is*a distanciadel espe.o)3irtual& por$ue se ,e co*o si estu,iera dentro del espe.o& no

se puede or*ar so#re una pantalla pero puede ser ,istacuando la enoca*os con los o.os)Del iso taa4o $ue el o#.eto)Derec5a& por$ue conser,a la *is*a orientación $ue elo#.eto)

Fig#6



I+genes 'oradas porEspe2os Es'!ricos

Los espe.os es0ricos tienen or*a de cas$uete /una parte de unaesera +ueca2B=ueden ser cónca,os o con,exos)El espe.o es cónca,o si la parte plateada /puli*entada2 es lainterior del cas$uete y es con,exo si la parte plateada/puli*entada2 es la exterior del cas$uete)

Fig#7 Fig#8



Fig#9 Fig#(:

Fig# Fig#



F&rula de los espe2os"

donde es la distancia ocal de la lente o e i son las distanciasdesde el o#.eto y la i*agen +asta la lente respecti,a*ente)

La distancia ocal de la lente con,ergente es *ayor $ue cero / F2y de la lente di,ergente es *enor $ue cero / G F2)

Auento lateral de la lente" donde o e i son las distancias o#.eto y i*agen respecti,a*ente)



I+genes Foradas porLentes Delgadas>na lente es un *edio transparente li*itado por dos super-cies cur,as)>na onda incidente sure dos reracciones al pasar a tra,0s de la lente)

Hay dos tipos de lentesB con;ergentes y di;ergentes#

Las lentes con;ergentes son *3s gruesas por el centro $ue por losextre*os& *ientras $ue las di;ergentes son *3s gruesas por losextre*os $ue por el centro)

Se de-ne ade*3s la potencia de una lente co*o la in,ersa de sudistancia ocal i*agen =71I y *ide la *ayor o *enor con,ergencia de

los rayos e*ergentes& a *ayor potencia *ayor con,ergencia de losrayos) La unidad de potencia de una lente es la dioptr%a& $ue se de-neco*o la potencia de una lente cuya distancia ocal es de un *etro)



Fig#

(*

Fig#(6Fig#(0

Fig#

(.



Fig#(8

Fig#(7



I+genes porRe'racci&nConsidere*os el rayo $ue incide en el punto =& a una altura l so#re

el e.e óptico) El radio de cur,atura es r y C es el centro de

cur,atura) El lugar donde se or*a la i*agen es ! localizado a unadistancia si del ,0rtice de la super-cie) Los 3ngulos a&# & y $ son los$ue or*an el rayo incidente& la nor*al y el reractado con el e.eóptico)J 7 1So

K 7 1r4 7 1Si

Si aplica*os la ley de SnellBn1 sen i 7 n6 sen r

y teniendo en cuenta la aproxi*ación paraxialBn1)i 7 n6)r

En el tri3ngulo O=C se o#ser,a $ue a # /1MF N i2 7 1MF y portanto i 7 a #En el tri3ngulo =C! se o#ser,a $ue r $ /1MF N #2 7 1MF y pro

tanto r 7 # N $



Si sustitui*os tene*os $ue n1 /a #2 7 n6 /# N $2

sustituyendo los ,alores de los 3ngulos pode*os escri#irBn1)/1So 1r2 7 n6)/1r N 1Si2

Expresión de la $ue se deduce la conocida expresión deldioptrio es0rico

n(<So = n)<Si > ?n) @ n(<r

Fig#(9



Bndas Electroagn!ticas

>na onda electroagn!tica es la or*a de propagación de laradiación electro*agn0tica a tra,0s del espacio& y sus aspectosteóricos est3n relacionados con la solución en or*a de onda $uead*iten las ecuaciones de Pax(ell)

• Conceptos y ecuaciones de Pax(ell• Vector de =oynting

Conceptos y Ecuacionesde Ma%ell



Las ecuaciones anteriores descri#en una onda con actores deatenuación dependientes de Q $ue se propaga a una ,elocidad)

Cuando la onda se propaga en el ,ac%o Q 7 F y la ecuación se reduce ala ecuación de ondas co*9nB



3ector de ,oyntingEl ;ector de ,oynting es un ,ector cuyo *ódulo representa la intensidad

instant3nea de energ%a electro*agn0tica y cuya dirección y sentido son losde propagación de la onda electro*agn0tica) De una *anera *3s general el,ector de =oynting puede de-nirse co*o el producto ,ectorial del ca*poel0ctrico y el ca*po *agn0tico) Reci#e su no*#re del %sico ingl0s o+nHenry =oynting y se expresa *ediante el s%*#olo: .

reresenta el camo eléctrico y intensidad del camo magnético y el #lu1o de

camo magnético, siendo 2 la ermeabilidad magnética del medio.

Dado 3ue los camos eléctrico y magnético de una onda electromagnética oscilancon la #recuencia de la onda, la magnitud del vector de 4oynting cambia en el

tiemo. *l romedio del vector de 4oynting sobre un eriodo de tiemo muy

suerior al eriodo de la onda es llamado irradiancia, I :

"a irradiancia reresenta el #lu1o de energía asociado a la radiaci!nelectromagnética en la direcci!n erendicular a su direcci!n de roagaci!n

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