Iniciar sesión Empieza a estudiar
La app de estudio todo en uno
4.8 • +11 mil reviews
Más de 3 millones de descargas
Free
|
|

All-in-one learning app

  • Flashcards
  • NotesNotes
  • ExplanationsExplanations
  • Study Planner
  • Textbook solutions
Start studying

Óptica Geométrica

Want to get better grades?

Nope, I’m not ready yet

Get free, full access to:

  • Flashcards
  • Notes
  • Explanations
  • Study Planner
  • Textbook solutions
Óptica Geométrica

La luz es uno de los objetos más explorados por la física. Hasta el siglo XX se estudió como un fenómeno ondulatorio, que permitió caracterizar lo que conocemos como el espectro electromagnético. También, establecer relaciones entre los campos eléctrico, magnético y la luz que es, realmente, una manifestación del campo electromagnético.

Además, tiene multitud de aplicaciones en nuestro mundo, desde el cine y el ocio hasta las mediciones de la física avanzada, como las que midieron las primeras perturbaciones de ondas gravitacionales que utilizaron la interferencia de haces de luz. Debido a ello, es conveniente estudiar el comportamiento de la luz para poder manipularla y utilizarla en distintos escenarios, así como predecir su comportamiento en otros.

La óptica geométrica es el estudio del funcionamiento de los sistemas ópticos sencillos que afectan a haces de luz para producir distintos efectos. Se basa en la descripción ondulatoria de la luz (y no en la descripción corpuscular o cuántica, que se desarrolló a lo largo del siglo XX).

Espejos y lentes perfectos en física

Los sistemas ópticos de los que se ocupa la óptica geométrica se suelen basar en varios fenómenos fundamentales de la óptica ondulatoria y, en casos sencillos, en la asunción de que los elementos que conforman el sistema son ideales. Entendamos primero cuáles son los elementos habituales que se usan en los sistemas ópticos y bajo qué aproximaciones se estudia su comportamiento.

Refracción óptica y lentes delgadas

La refracción es el proceso físico-óptico por el cual los haces de luz modifican su trayectoria al pasar de un medio a otro.

En general, cuando un haz de luz llega al límite que separa dos medios distintos, una fracción cambia de medio (se refracta) mientras que otra fracción permanece en el mismo medio (se reflecta).

El ejemplo más sencillo de refracción es ver cómo varía la imagen de una pajita en un vaso de agua: cuando los rayos de luz pasan del aire al agua (o viceversa) modifican su dirección y la imagen que nos llega se distorsiona.

Una lente es el objeto óptico de un sistema óptico que implementa procesos de refracción. Una lente delgada es una lente que no presenta reflexión (es perfectamente transparente) y toda la fracción de luz entrante la atraviesa y es refractada.

Reflexión óptica y espejos perfectos

La reflexión es el proceso físico-óptico por el cual los haces de luz modifican su trayectoria al llegar al límite entre dos medios y permanecen en el medio del que procedían.

El ejemplo más sencillo de reflexión es la luz de la Luna. La Luna no emite luz por sí misma; pero, cuando el Sol se oculta tras la Tierra y es de noche, los rayos de luz del Sol alcanzan la superficie de la luna, que refleja parte de ellos, y llegan a la Tierra.

Un espejo es el objeto óptico de un sistema óptico que implementa procesos de reflexión. Un espejo perfecto es una lente que no presenta refracción (es perfectamente reflectante) y toda la fracción de luz entrante rebota en el espejo y es reflejada.

Fórmulas matemáticas de la óptica geométrica

En su forma más sencilla, la óptica geométrica estudia el comportamiento de la luz, a través de sistemas ópticos formados por lentes delgadas y espejos perfectos.

La formulación matemática de las leyes que obedecen los haces de luz es muy sencilla y quedan recogidas en las leyes de las lentes delgadas y las leyes de los espejos perfectos.

En el nivel simplificado en el que nos encontramos, el comportamiento de la luz se estudia haciendo uso de diagramas de rayos. Estos recogen una representación diagramática de los rayos de luz en sistemas ópticos, obedeciendo ciertas reglas dictadas por las leyes de las lentes y los espejos. Estudiarás estos diagramas en las explicaciones correspondientes.

Leyes de las lentes delgadas

Tanto las lentes delgadas como los espejos perfectos se definen a través de una cantidad asociada llamada foco, que es una distancia característica desde el centro matemático de la lente o espejo. En el caso de las lentes, el foco se define como la longitud horizontal medida desde la lente hasta el punto hacia el que se desvían los rayos que proceden del infinito.

La formulación exacta de las leyes y su estudio en detalle se dejará para otras explicaciones, pero aquí mencionaremos brevemente la fenomenología básica. Para ello, es útil establecer los dos tipos básicos de lentes que existen: lentes convergentes y divergentes.

Leyes de las lentes delgadas convergentes

Las lentes convergentes son lentes que concentran los rayos que inciden hacia un punto o región espacial. Cuando son lentes delgadas, los rayos se concentran siempre hacia el plano sobre el cual se sitúa el foco.

  • Si un objeto está a una distancia mayor del doble del foco de la lente, se forma una imagen invertida al otro lado de la lente de menor tamaño.
  • Si un objeto está a una distancia entre el doble del foco y el foco de la lente, se forma una imagen invertida al otro lado de la lente de mayor tamaño.
  • Si un objeto está a una distancia menor del foco de la lente, se forma una imagen virtual en el mismo lado de la lente del que provienen los rayos.
  • Si un objeto está en el foco, se forma una imagen real en el infinito.

Leyes de las lentes delgadas divergentes

Las lentes convergentes son lentes que, independientemente de si son delgadas o no, esparcen los rayos de luz incidentes y hacen que diverjan. Estas lentes solo son capaces de formar imágenes virtuales (en el mismo lado de la lente del que proceden los rayos de luz).

Leyes de los espejos perfectos

Las leyes de los espejos perfectos son muy parecidas a las leyes de las lentes delgadas, y obedecen también una clasificación entre dos tipos de espejos: cóncavos y convexos, que hace referencia a su forma. Las leyes de los espejos son equivalentes a las de las lentes, pero se cambia cóncavo por convergente y convexo por divergente. Aún así, el análisis es más complejo, por lo que se dejará para la explicación específica.

Sistemas ópticos y aplicaciones de la óptica geométrica

La utilidad de la óptica geométrica reside en poder calcular de forma sencilla la potencia de un cierto sistema óptico cuyo comportamiento no ideal se aproxima mediante lentes y espejos ideales.

La óptica geométrica nos ha permitido entender y mejorar el funcionamiento de los telescopios del visible desarrollados a lo largo de la historia, así como a desarrollar leyes generales para luz no visible. Los microscopios son también un gran ejemplo de una aplicación de la óptica geométrica, que nos ha permitido expandir el conocimiento del mundo a escalas nunca exploradas antes.

El funcionamiento específico de estos sistemas, así como la introducción de los defectos de los sistemas ópticos a través de las leyes básicas de la reflexión y refracción recogidas en la ley de Snell, se dejarán para futuras explicaciones. A continuación, tan solo vamos a introducir un sistema óptico cuyas características lo hacen ciertamente particular: el prisma.

Prisma

Un prisma es un instrumento óptico de forma (generalmente) triangular donde la luz sufre los efectos de la refracción y reflexión. Su peculiaridad es que la luz, al atravesar el prisma, se descompone en los colores del arcoíris.

Tal y como podrás entender cuando estudies la ley de Snell, la luz sufre los efectos de la refracción al pasar de un medio a otro; en el caso del prisma, cuando pasa del aire al cristal. Además, la inclinación de las caras del prisma también afecta al ángulo de incidencia de la luz en el objeto.

Todo esto produce que la velocidad de la luz en el interior del prisma disminuya, afectando diferente a las distintas longitudes de onda y generando distintos ángulos de salida y desdoblamientos. Este proceso ocasiona este arcoíris que observamos.

Estos prismas tienen aplicaciones en distintos ámbitos como la fotografía, por ejemplo.

Óptica Geométrica - Puntos clave

  • La óptica geométrica es la disciplina que estudia el comportamiento de los haces de luz bajo una aproximación ondulatoria.
  • Los fenómenos ópticos principales que estudia la óptica geométrica son la reflexión y la refracción. La ley básica que permite describir estos fenómenos es la ley de Snell.
  • Los objetos ópticos que implementan fenómenos de refracción en sistemas ópticos son las lentes. Cuando son ideales, se llaman lentes delgadas.
  • Los objetos ópticos que implementan fenómenos de reflexión en sistemas ópticos son los espejos. Cuando son ideales, se llaman espejos perfectos.
  • La óptica geométrica comprende la descripción de las fórmulas de las lentes delgadas y los espejos perfectos, así como la descripción diagramática de los sistemas ópticos y la luz que los atraviesa mediante diagramas que obedecen ciertas reglas.
  • El telescopio y el microscopio son ejemplos de sistemas ópticos que se pueden entender de forma sencilla utilizando la óptica geométrica.

Preguntas frecuentes sobre Óptica Geométrica

El estudio del funcionamiento de los sistemas ópticos que afectan a haces de luz, vistos como ondas, para producir distintos efectos. La óptica geométrica recibe este nombre porque, en los casos más sencillos, admite una representación diagramática con reglas geométricas simples para representar los procesos ópticos.

Los principios de la óptica geométrica son que la luz se propaga en línea recta, que las lentes no reflejan la luz, ni los espejos la refractan y que estos elementos ópticos (u otros más complejos) no tienen defectos conocidos como aberraciones, que pueden producir la distorsión de las imágenes formadas.

Los principales fenómenos que estudia la óptica geométrica son la reflexión de haces de luz producida por espejos y la refracción de haces de luz producida por lentes. Habitualmente, se trata con lentes delgadas y espejos perfectos, que tienen un comportamiento ideal y particularmente simple.

La óptica ondulatoria es la descripción de los fenómenos que involucran luz desde una perspectiva en la cual esta está formada por ondas electromagnéticas. La óptica geométrica es la disciplina de la óptica ondulatoria que ofrece una descripción de fenómenos simplificados, que admiten una representación diagramática que obedece reglas geométricas.

Cuestionario final de Óptica Geométrica

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La óptica tiene dos ramas principales: la óptica ondulatoria y la óptica corpuscular o cuántica.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La reflexión y la refracción son fenómenos ópticos.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta (para dispositivos ideales):

Mostrar respuesta

Answer

Las lentes refractan rayos de luz y los espejos los reflejan.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

Los espejos pueden ser cóncavos o convexos.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

Las lentes pueden ser divergentes o convergentes.

Show question

Pregunta

¿Qué modelo de la luz se estudiaba hasta el siglo XX?

Mostrar respuesta

Answer

El modelo ondulatorio.

Show question

Pregunta

¿Cambian los rayos de luz de medio en una refracción?

Mostrar respuesta

Answer

Sí.

Show question

Pregunta

¿Cambian los rayos de luz de medio en una reflexión?


Mostrar respuesta

Answer

No.

Show question

Pregunta

¿Cambian de dirección los rayos de luz en una refracción?

Mostrar respuesta

Answer

Sí.

Show question

Pregunta

¿Cambian de dirección los rayos de luz en una reflexión?

Mostrar respuesta

Answer

Sí.

Show question

Pregunta

¿Qué define a una lente delgada?

Mostrar respuesta

Answer

Que ninguna fracción de la luz incidente es reflejada.

Show question

Pregunta

¿Qué define a un espejo perfecto?

Mostrar respuesta

Answer

Que ninguna fracción de la luz incidente es refractada.

Show question

Pregunta

¿Pueden las lentes divergentes formar imágenes reales?

Mostrar respuesta

Answer

No.

Show question

Pregunta

¿Dónde se forma la imagen de un objeto que está en el foco de una lente delgada?

Mostrar respuesta

Answer

En el infinito.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama la ley matemática que describe la reflexión y la refracción?

Mostrar respuesta

Answer

La ley de Snell.

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de reflexión se produce cuando la luz incide sobre una superficie rugosa e irregular?

Mostrar respuesta

Answer

Reflexión por difusión.

Show question

Pregunta

Cuando los rayos de luz inciden sobre un espejo se ...

Mostrar respuesta

Answer

Reflejan y se absorben.

Show question

Pregunta

Un rayo de luz se refleja en un espejo plano con un ángulo de reflexión de \(32^{\circ}\). ¿Cuál es su ángulo de incidencia?

Mostrar respuesta

Answer

\(32^{\circ}\).

Show question

Pregunta

¿Qué superficie proporcionaría la mejor reflexión?

Mostrar respuesta

Answer

Vaso transparente.

Show question

Pregunta

Una imagen producida por un espejo plano es ...

Mostrar respuesta

Answer

Ampliada.

Show question

Pregunta

El rayo de luz que incide en el espejo se llama...

Mostrar respuesta

Answer

Rayo reflector.

Show question

Pregunta

El tamaño de la imagen formada por un espejo plano es ...

Mostrar respuesta

Answer

Depende del caso.

Show question

Pregunta

¿Qué dice la ley de la reflexión?

Mostrar respuesta

Answer

El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.

Show question

Pregunta

El tipo de reflexión cuando la luz se refleja en muchas direcciones se llama ...

Mostrar respuesta

Answer

Reflexión múltiple.

Show question

Pregunta

Un espejo plano siempre produce una imagen virtual. ¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

Los ángulos de incidencia y reflexión se miden con respecto a ...

Mostrar respuesta

Answer

La superficie del espejo.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las propiedades de una imagen producida por un espejo convexo?

Mostrar respuesta

Answer

Vertical y real.

Show question

Pregunta

¿Cuál de las siguientes imágenes puede proyectarse en una pantalla?

Mostrar respuesta

Answer

Imagen virtual.

Show question

Pregunta

En un espejo plano, la distancia de la imagen y del objeto al espejo es...

Mostrar respuesta

Answer

No se puede saber.

Show question

Pregunta

Cuando la luz se refleja en un espejo en forma de L con un ángulo de \(60^{\circ}\) desde la normal del segundo espejo. ¿Cuál es el ángulo de incidencia respecto la normal del primer espejo?

Mostrar respuesta

Answer

\(30^{\circ}\).

Show question

Pregunta

La perilla de ajuste grueso de un microscopio óptico nos permite mover la platina de forma más lenta y precisa que el ajuste fino. ¿Verdadero o falso? 

Mostrar respuesta

Answer

Falso. El ajuste grueso mueve la platina más rápido. 

Show question

Pregunta

¿Cómo podemos calcular el aumento de un objeto con un microscopio o una lupa? 

Mostrar respuesta

Answer

\[\text{Aumento}=\dfrac{\text{Altura imagen}}{\text{Altura objeto}}\]

Show question

Pregunta

¿Qué es el aumento?

Mostrar respuesta

Answer

El aumento es el número que indica la ampliación del tamaño aparente de un objeto.

Show question

Pregunta

¿Cómo se forma la imagen después de pasar por la lente del objetivo (en un microscopio compuesto)? 

Mostrar respuesta

Answer

Real e invertida.

Show question

Pregunta

¿Cómo funcionan los microscopios ópticos?

Mostrar respuesta

Answer

Manipulando la luz.

Show question

Pregunta

¿Qué nombre recibe la lente más cerca del objeto original?

Mostrar respuesta

Answer

No tiene ningún nombre en particular.

Show question

Pregunta

¿Cuántas y qué tipo de lentes bastan para tener un microscopio compuesto?

Mostrar respuesta

Answer

Dos, ambas convergentes.

Show question

Pregunta

¿Qué se conoce como longitud del tubo?

Mostrar respuesta

Answer

La distancia de la lente del objetivo a la imagen real.

Show question

Pregunta

¿Qué es la platina de un microscopio óptico? 

Mostrar respuesta

Answer

Es una lente que ayuda a iluminar el objeto. 

Show question

Pregunta

________ son las lentes en las que los rayos de luz refractados divergen hacia el infinito.

Mostrar respuesta

Answer

Divergentes.

Show question

Pregunta

¿Cuántos puntos focales tiene un objetivo? 

Mostrar respuesta

Answer

Dos: uno a cada lado.

Show question

Pregunta

La refracción es el cambio de dirección de un haz de luz cuando pasa de un medio a otro. ¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Cómo se puede definir una lente? 

Mostrar respuesta

Answer

Una lente es un dispositivo construido con dos superficies, normalmente de cristal, que hace converger o desviar un haz de luz por el fenómeno de la refracción.

Show question

Pregunta

¿Qué es un microscopio? 

Mostrar respuesta

Answer

Un microscopio es un dispositivo que nos permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser observados a simple vista. 

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de lente tiene una lupa?

Mostrar respuesta

Answer

Convergente, como una biconvexa.

Show question

Pregunta

Generalmente, el aumento en una lupa es inversamente proporcional a su tamaño. ¿Verdadero o falso? 

Mostrar respuesta

Answer

Falso, es proporcional a su tamaño. 

Show question

60%

de los usuarios no aprueban el cuestionario de Óptica Geométrica... ¿Lo conseguirás tú?

Empezar cuestionario

Scopri i migliori contenuti per le tue materie

No hay necesidad de copiar si tienes todo lo necesario para triunfar. Todo en una sola app.

Plan de estudios

Siempre preparado y a tiempo con planes de estudio individualizados.

Cuestionarios

Pon a prueba tus conocimientos con cuestionarios entretenidos.

Flashcards

Crea y encuentra fichas de repaso en tiempo récord.

Apuntes

Crea apuntes organizados más rápido que nunca.

Sets de estudio

Todos tus materiales de estudio en un solo lugar.

Documentos

Sube todos los documentos que quieras y guárdalos online.

Análisis de estudio

Identifica cuáles son tus puntos fuertes y débiles a la hora de estudiar.

Objetivos semanales

Fíjate objetivos de estudio y gana puntos al alcanzarlos.

Recordatorios

Deja de procrastinar con nuestros recordatorios de estudio.

Premios

Gana puntos, desbloquea insignias y sube de nivel mientras estudias.

Magic Marker

Cree tarjetas didácticas o flashcards de forma automática.

Formato inteligente

Crea apuntes y resúmenes organizados con nuestras plantillas.

Regístrate para poder subrayar y tomar apuntes. Es 100% gratis.