Optica

Naturaleza de la luz
Física 2

Contenido
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Velocidad de la luz
Óptica geométrica
Ley de reflexión
Ley de refracción
Principio de Huygens
Dispersión y prismas
Reflexión total interna

Velocidad de la luz
En 1675 Ole Roemer, midió la velocidad de la luz mediante el periodo del
satélite Io de Júpiter. Valor 2.3 x 108 m/s.
En 1848 Fiseau midió la velocidad utilizando un aparato como elde la
figura
A un espejo distante

C = 2.9979 x 108 m/s

Naturaleza de la luz
La luz es una clase de radiación electromagnética.

Espectro electromagnético visible

Aproximación del rayo
La óptica geométrica estudia la propagación de la luz, con la suposición de que
la luz viaja en una dirección fija en línea recta y cambia de dirección al encintrar
una superficie diferente.

La aproximacióndel rayo supone que éstos son líneas perpendiculares a los
frentes de onda.
Frentes de onda

Rayos

Propagación de la luz
La luz se propaga en línea recta

Dispersión de la luz

d

<< d
~ d

>> d

Reflexión

Reflexión especular

Reflexión difusa

Ley de reflexión
El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.

Normal
Rayo incidente

Rayo reflejado

1

1’

Ejemplo
Reflexión enespejos perpendiculares

Imágenes en espejos planos
C

P

D

Punto
luminoso

A

Imagen

B

Refracción
La luz cambia de dirección al pasar de un medio a otro.

Ley de refracción
Normal
Rayo incidente

Rayo reflejado

1 ’

1
Aire

v1

Vidrio

v2

2
Rayo refreactado

1 > 2

sen 2 v2
 constante
sen1 v1

Donde v1 es la velocidad de la
luz en el medio 1 y v2 es la
velocidad de la luz en elmedio 2.

Normal
Rayo reflejado

1
Vidrio

v1

Aire

v2

2

2 > 1

Índice de refracción
Definimos el índice de refracción de un medio como:
n=

Rapidez de la luz en el vacío
Rapidez de la luz en el medio

=

c
v

A medida que la luz viaja de un medio a otro, su frecuencia no cambia pero su
longitud de onda si.
v1 = f  1 y

v2 = f 2

Ya que v1 ≠ v2 se concluye que 1 ≠ 2.
1

1 v1 c / n1n2
 

2 v2 c / n2 n1
n1sen 1 = n2sen 2

1n1= 2n2

n1
v1

2

v2
n2

Índices de refracción
Sustancia

Índice de
refracción

Sólidos a 20°

Sustancia

Índice de
refracción

Líquidos a 20°C

Circona cúbica

2.20

Benceno

1.1501

Diamante (C)

2.419

Disulfuro de carbono

1.628

Fluorita (CaF2)

1.434

Tetracloruro de carbono

1.461

Vidrio de cuarso (SiO2)

1.458

Alcohol etílico

1.361Fosfuro de galio

3.5

Glicerina

1.575

Vidrio óptico

1.52

Agua

1.333

Cristal

1.66

Hielo

1.309

Gases a 0°C 1 atm

Poliestireno

1.49

Aire

1.000293

Dioxido de carbono

1.00045

Cloruro de sodio (NaCL) 1.544

Ejemplo
El láser de un reproductor de discos compactos genera una luz que tiene una longitud
de onda de 780 nm en aire. A) encuentre la rapidez de esta luz una vez que entra en elplástico de un disco compacto (n = 1.55). B) ¿cuál es la longitud de onda de esta luz
en el plástico? C) encuentre la frecuencia en el aire y en el plástico.

Tarea
Encuentre la dirección del rayo reflejado en el siguiente sistema de espejos

70°

135°

Ejemplo
Un rayo luminoso de 589 nm de l viaja a través del aire e incide en una placa de
vidrio (n = 1.52) con un ángulo de 30° con la normal,Determine el ángulo de
refracción.

30°

Ejemplo
Mostrar que 1 = 3

1

2

2

3
d

Ejemplo
El láser de un disco compacto genera una luz que tiene una
longitud de onda de 780 nm en el aire. A) encuentre la rapidez de
esta luz una vez que entra en el plástico de un disco compacto (n
= 1.55). B) ¿Cuál es la longitud de onda de la luz en el plástico?

Principio de Huygens
Todo punto alcanzado porun frente de ondas actúa como fuente de nuevas ondas

Frente de
onda viejo

Frente de
onda nuevo

ct

Ley de Reflexión
A’C = AD
1

2

3

A’

D

A’ D
A

B

C

A' C
sen1 
AC
AD
sen 2 
AC

A

1

sen 1 = sen 2
1 = 2

2 C

Ley de Refracción
A’

1

v1t
C

1
A
v2t
2

B

v1t
AC
v t
sen 2  2
AC
sen1 

2

sen1 v1 c / n1 n2
 

sen 2 v2 c / n2 n1

Tarea
Un buzo ve al sol bajo...