Optica geometrica

ÓPTICA GEOMÉTRICA

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ÓPTICA GEOMÉTRICA
Generalidades
La óptica geométrica es una técnica que se basa en el modelo corpuscular de Newton, que reconoce que la luz se comporta como un fluido formado por corpúsculos luminosos de tamaño despreciable frente a la de los objetos involucrados en los fenómenos estudiados1. Esos corpúsculos portadores del efecto luminoso, brotan de las fuentessiguiendo trayectorias rectas hasta que interactúan con la materia con las mismas leyes de la mecánica que las partículas materiales. Así la reflexión es equivalente a un choque elástico de las partículas contra una superficie (sin pérdida de energía), la absorción equivale a un choque inelástico con la materia (con pérdida de energía), la transmisión equivale a la penetración en el medio, que puedeocurrir con o sin refracción (cambio de dirección en la trayectoria por efecto del medio) y con o sin absorción (dependiendo de la transparencia del medio). Para la mayoría de las aplicaciones de óptica importa saber trazar la marcha de estas trayectorias, llamadas rayos, desde la fuente a la imagen. La fuente de los rayos es en general un objeto iluminado o con luz propia desde donde se comienza elestudio de la trayectoria, y la imagen es el lugar donde se reúnen los rayos en algún punto de su camino, (imagen real) , o el lugar desde donde parecen provenir (imagen virtual).

Reversibilidad de los caminos ópticos
Al igual que para partículas materiales, las trayectorias que siguen los rayos luminosos pueden estudiarse prescindiendo de su sentido, es decir que la trayectoria es la mismasi la luz va o viene2. Por esta razón se dice que los caminos ópticos son reversibles, y serán los mismos si permuta1

Si los objetos son muy pequeños, por ejemplo del orden del micrometro, comienzan a aparecer fenómenos explicables con la teoría ondulatoria de la luz a través de los modelos conocidos como “óptica física” 2 En el estudio del movimiento de partículas, la variable tiempo, de la quedependen las sucesivas posiciones de las partículas, puede variarse en ambos sentidos fin que por eso varíe la forma de la trayectoria. No todos los procesos admiten este principio de reversibilidad en el estudio de sus evoluciones. Las evoluciones de sistemas reales en general exigen que se los estudie con un sentido único de avance en la variable tiempo (Ver el capítulo de Termodinámica).

55ÓPTICA GEOMÉTRICA 56 mos el origen de los rayos (la fuente o el objeto) por su destino (generalmente una imagen real).

REFLEXIÓN DE LA LUZ
Así como una bola de billar en su carrera rectilínea rebota sobre la banda lisa de la mesa, la luz se refleja en superficies pulidas3, siguiendo las siguientes dos leyes:
O P

Q

I P’
Objeto O e imagen I en un espejo plano

Q’
Representaciónen el plano de reflexión Σ

1. El rayo incidente I, la normal n al plano de reflexión Π en el punto de incidencia P y el rayo reflejado R, los tres están en un mismo plano S 2. El ángulo α que forma la normal n con el rayo incidente I (ángulo de incidencia) es igual al que forma la normal n con el rayo reflejado R (ángulo de reflexión). Estas dos leyes permiten predecir el camino de los rayos enla reflexión de la luz.

Espejos planos
Si la superficie reflectora es un plano, por reflexión de un objeto se obtiene una imagen virtual y simétrica con respecto al espejo. Por ejemplo, en la figura se ve que el rayo reflejado R que sale de la fuente F, parece provenir desde un punto F’ detrás del espejo. Ese punto F’ se llama “imagen de la fuente F” , y para el observador se comporta comootra fuente que está “del otro lado del espejo”. Es una imagen virtual porque no es accesible al observador. Veremos luego que en otro tipo de espejos y en ciertas condi-

Superficies pulidas significa que poseen irregularidades menores que el tamaño de las partículas luminosas. Considerando que el tamaño de las partículas luminosas de Newton tienen que ver con la longitud de onda de la radiación...