LEYES DE LA REFRACCIÓN DE LA LUZ
miércoles, 27 de agosto de 2014
LEYES DE LA REFRACCIÓN DE LA LUZ
Primera ley
Eslaleyseilu3traenlafigural.11 (o). En ella puedes observar el
rayo incidente LB, ol rayo refractado BC y la normal en el punto
de incidencia 8. Estas tres rectas se encuentran en el mismo
plano (el de la figura); osa es la Primera Ley.
Segunda ley
Comprenderás a qué se refiero esta ley si rolóos ol experimento
de la figura 1.10. Ahí también hubo una modificación de di-
rección y sa debió al cambio de velocidad del móvil. En el caso
de la luz, debes recordar que ésta se propaga en el aire a una
velocidad cercana a 300 000 knVs. ¿Se propaga con la misma
velocidad on ol agua y en un cuerpo transparente? No, en eslos
últimos avanza con menor velocidad. En el agua la velocidad
es aproximadamonto 3/4 de la velocidad que llova en el aire y en
el vidrio es de 2/3 de la velocidad on ol airo. Esa dilorencia de
velocidades es lo que ocasiona la refracción de la luz.
Al entrar la luz del aire al agua so dosvfa, acercándose a la
normal, y lo hace aún más al penetrar al vidrio, porque la velo-
cidad en éste ta menor que en el agua. El ángulo que forma el
rayo incidente con la normal se llama ángulo do incidencia. El
ángulo que forma d rayo refractado (dentro del agua o dentro
del vidrio) con la normal se denomina ángulo de retracción.
La Segunda Loy do la Refracción relaciona esos dos ángulos
con las volocidados do la luz en el aire y en el agua (o el vidrio).
El enunciado completo de esta ley de la luz roquloro ol conoci-
miento de ciertos conceptos matemáticos quo no corresponden
a este curso, sino al tercer grado de la educación media básica,
razón por la cual no es conveniente incluirlo en este libro.
LENTES
Definición y claalflcaclón
Se llama Ionio a un pedazo de cristal transparente limitado por
dos superficies osfórlcas o por una esférica y una plana.
Nota. En óptica so llaman cristales a ciertos vidrios de pro-
piedades especíalos En cambio, al estudiar la constitución de
la materia en química, mineralogía y otras ciencias, la palabra
cristal tiene una acepción diferente y mucho mas precisa.
En la figura 1.12 sa ilustran las diversas ciases do lentes, que
se pueden clasificar por la forma de sus superficies y por la ma-
nera en que desvian los rayos paralelos que inciden sobre ellas.
Notarás que las tres primeras lentes tienen los bordes más del-
gados que el centro, mientras que las tres de abajo tienen los
Dordes más gruesos que el centro.
Las tres primeras so llaman lentes convergentes porque ha-
cen converger un haz de rayos paralelos que les llega en la
forma indicada en la figura. Esos cambios de dirección se de-
ben a la refracción producida por el vidrio de las lentes. Las
tres lentes restantes se llaman divergentes porque los rayos pa-
ralelos que les llegan pasan al otro lado divergiendo, esto es,
abriéndose, como los dedos de tu mano extendida. Esos cam-
bios de dirección lambién se producen por la refracción de la
luz, primero al entrar a la lente y después al salir de ella.
Formación de imágenes
Los siguientes experimentos te darán el punto de partida para
las innumerables aplicaciones de las lentes.
Experimentos
10. Con una lupa o lente de aumento puedes efectuar un experimento
muy sencillo para determinar la posición del foco de una lente conver-
gente. Basta recibir los rayos solares y acercar o alejar la lente nasta
que se forma la imagen real más pequeña posible sobre un papel. Si
el papel es muy delgado se quemará al concentrarse en un punto los
rayos caloríficos. Puedes medir la distancia de ese punto a la lento,
quo se llama distancia focal (figura 1.13).
11. En la figura 1,14 so ha representado la construcción geométrica
para obtener la imagen de un objeto que se coloca lejos de una lente
convergente (más allá de su loco).
Puedes comprobarlo experimentalmente en un salón semioscuro al
colocar una vela encendida en AB y una pantalla de papel al otro lado,
acercándola o alejándola como convenga, hasta obtener una imagen
nítida que es real y está invenida con respecto al objeto.
12. En la figura 1.15 se representa la formación de una imagen vir-
tual. Tú la puedes obtener fácilmente al usar una lupa como lento de
aumento, en la forma que todos conocen En este caso tu ojo sufre
la ilusión de que hay un objeto A E más grande que el que tú estás
viendo. Por oso la imagen se llama virtual y no se puede recibir en una
pantalla. *
Lentos divergentes
En las lentes divergentes hay un solo caso de formación de
imágenes. Sí ves un objeto a través de una de esas lentes lo
notarás de tamaño reducido, como se ilustra en la figura 1.16.
Las lentes divergentes se combinan con las convergentes en va-
rios aparatos ópticos.
Las lentes convergentes refractan la luz acercando ios ra-
yos luminosos hacia el eje, las lentes divergentes hacen
que la luz refractada se separe del eje.
cavo que forma una imagen real det aslio.
La imagen real se observa con una lente de aumento (ocular).
Estañóse forma como en la (¡gura 1.19 sino que los rayos lumi-
nosos incidentes se desvian a fin de que la imagen se ubique en
un sitio fácil de obsorvar, como se ve en los esquemas a y b de la
figura, en la cual no se han trazado los rayos que dan la imagen
virtual que ve el observador. Por otra parte, es común que no
se haga observación visual, sino que se registre la imagen real
colocando una película fotográfica on ol sitio en quo so forma.
Actividades
1. Haz una ftgura en la que expliques como se desvía la luz al pasar del
aire al aguo o al vidrio.
2. ¿En dóndo avanza la luz con mayor rapidez, en el aire o en el vidrio?
3. En tu cuaderno dibuja un rayo luminoso que entra del aire al agua
con ángulo de 45° con la normal. En forma aproximada traza el rayo
refractado en el agua
4. Imagina que hay un pequeño foco dentro del agua y que manda mu-
chos rayos a la superficie De estos rayos escoge el que forma un
ángulo de 45* con la aúpentele del agua. Dibuja en forma aproxi-
mada la direcoon del rayo correspondiente que safe al aire.
5. En la actMdad 3. ¿como apfcas la Primera Ley de la Refracción?
6. Consulta en una enctdopecBa el sigrritcado de refringencia y de Indk»
de refracción.
7. Ya sabes que el foco de una lente convergente es ei punto donde se
cortan los rayos lefiactados después de pasar por la lento Entonces,
si se pone una tuonte luminosa on ol loco do osa lomo, ¿cómo saldrán
los rayos al otro lado de la lento? Haz una figura en tu libreta de
apuntes.
8. ¿En qué instrumento de época se obtiene una imagen virtual? ¿Para
qué se usa ese instrumento? Haz una figura en tu cuaderno.
9. ¿En qué instrumentos da Opaca se usan lentas para dar imágenes
reales? Haz lguras para comparar la dJerencia ana* «ese caso y el
de la actvidad 8
10. ¿Qué so moranza y qué diferencia hay entre una cámara oscura y una
cámara toteo/ética'» Haz las figuras ccínwponoientes. indicando los
cambios de dirección que sufren los rayos luminosos
11. Consuta en una e-cc'opeoa algunos deteles de la cámara fotográ-
fica y de la fotografía on general. En un resumen explico qué es enfo-
car, diafragmar y pruebas negativa y positiva Si el tema te interesa,
también puodos consular los diversos fenómenos químicos del reve-
lado fotográfico
12. Haciendo referencia a la flgura 1.18. descriie cómo se forma una
imagen real sobre la pantalla Como dato complemenurlo debes sa-
ber que detrás de la fuente luminosa ordinariamente hay un espejo
cóncavo en cuyo foco está la fuente luminosa ¿Cual eraos que sea
su objeto?
13 Consulta algunos delates sobre b proyección de petoulas (en mow
míenlo) y elabora un resumen.
14. En corrillo comenta qué aplicaciones denMcas Uenen la cámara to-
lográSca y el cinematógrafo Elabora en equipo un resumen do aque-
llos fenómenos que no podrían ser estudiados sin esos auxiliares.
15. Comparando los esquemas do un talóse opio refractor y uno reflector
observa cuál es la dlfeiencia fundamental entre eloe.
16. En corrillo contorna ia ayuda que ha proporcionado ol uso do ios te-
lescopios para ol conocmiento dei universo Hodacta on equipo las
conclusiones a que lleguen
Primera ley
Eslaleyseilu3traenlafigural.11 (o). En ella puedes observar elrayo incidente LB, ol rayo refractado BC y la normal en el punto
de incidencia 8. Estas tres rectas se encuentran en el mismo
plano (el de la figura); osa es la Primera Ley.
Segunda ley
Comprenderás a qué se refiero esta ley si rolóos ol experimento
de la figura 1.10. Ahí también hubo una modificación de di-
rección y sa debió al cambio de velocidad del móvil. En el caso
de la luz, debes recordar que ésta se propaga en el aire a una
velocidad cercana a 300 000 knVs. ¿Se propaga con la misma
velocidad on ol agua y en un cuerpo transparente? No, en eslos
últimos avanza con menor velocidad. En el agua la velocidad
es aproximadamonto 3/4 de la velocidad que llova en el aire y en
el vidrio es de 2/3 de la velocidad on ol airo. Esa dilorencia de
velocidades es lo que ocasiona la refracción de la luz.
Al entrar la luz del aire al agua so dosvfa, acercándose a la
normal, y lo hace aún más al penetrar al vidrio, porque la velo-
cidad en éste ta menor que en el agua. El ángulo que forma el
rayo incidente con la normal se llama ángulo do incidencia. El
ángulo que forma d rayo refractado (dentro del agua o dentro
del vidrio) con la normal se denomina ángulo de retracción.
La Segunda Loy do la Refracción relaciona esos dos ángulos
con las volocidados do la luz en el aire y en el agua (o el vidrio).
El enunciado completo de esta ley de la luz roquloro ol conoci-
miento de ciertos conceptos matemáticos quo no corresponden
a este curso, sino al tercer grado de la educación media básica,
razón por la cual no es conveniente incluirlo en este libro.
LENTES
Definición y claalflcaclón
Se llama Ionio a un pedazo de cristal transparente limitado por
dos superficies osfórlcas o por una esférica y una plana.
Nota. En óptica so llaman cristales a ciertos vidrios de pro-
piedades especíalos En cambio, al estudiar la constitución de
la materia en química, mineralogía y otras ciencias, la palabra
cristal tiene una acepción diferente y mucho mas precisa.
En la figura 1.12 sa ilustran las diversas ciases do lentes, que
se pueden clasificar por la forma de sus superficies y por la ma-
nera en que desvian los rayos paralelos que inciden sobre ellas.
Notarás que las tres primeras lentes tienen los bordes más del-
gados que el centro, mientras que las tres de abajo tienen los
Dordes más gruesos que el centro.
Las tres primeras so llaman lentes convergentes porque ha-
cen converger un haz de rayos paralelos que les llega en la
forma indicada en la figura. Esos cambios de dirección se de-
ben a la refracción producida por el vidrio de las lentes. Las
tres lentes restantes se llaman divergentes porque los rayos pa-
ralelos que les llegan pasan al otro lado divergiendo, esto es,
abriéndose, como los dedos de tu mano extendida. Esos cam-
bios de dirección lambién se producen por la refracción de la
luz, primero al entrar a la lente y después al salir de ella.
Formación de imágenes
Los siguientes experimentos te darán el punto de partida para
las innumerables aplicaciones de las lentes.
Experimentos
10. Con una lupa o lente de aumento puedes efectuar un experimento
muy sencillo para determinar la posición del foco de una lente conver-
gente. Basta recibir los rayos solares y acercar o alejar la lente nasta
que se forma la imagen real más pequeña posible sobre un papel. Si
el papel es muy delgado se quemará al concentrarse en un punto los
rayos caloríficos. Puedes medir la distancia de ese punto a la lento,
quo se llama distancia focal (figura 1.13).
11. En la figura 1,14 so ha representado la construcción geométrica
para obtener la imagen de un objeto que se coloca lejos de una lente
convergente (más allá de su loco).
Puedes comprobarlo experimentalmente en un salón semioscuro al
colocar una vela encendida en AB y una pantalla de papel al otro lado,
acercándola o alejándola como convenga, hasta obtener una imagen
nítida que es real y está invenida con respecto al objeto.
12. En la figura 1.15 se representa la formación de una imagen vir-
tual. Tú la puedes obtener fácilmente al usar una lupa como lento de
aumento, en la forma que todos conocen En este caso tu ojo sufre
la ilusión de que hay un objeto A E más grande que el que tú estás
viendo. Por oso la imagen se llama virtual y no se puede recibir en una
pantalla. *
Lentos divergentes
En las lentes divergentes hay un solo caso de formación de
imágenes. Sí ves un objeto a través de una de esas lentes lo
notarás de tamaño reducido, como se ilustra en la figura 1.16.
Las lentes divergentes se combinan con las convergentes en va-
rios aparatos ópticos.
Las lentes convergentes refractan la luz acercando ios ra-
yos luminosos hacia el eje, las lentes divergentes hacen
que la luz refractada se separe del eje.
Figura 1.13. Foco de una lente convergente.
Figura 1.14. Imagen real producida por una lente
vergente.
Figura 1.15. Imagen virtual producida por una lente
convergente.
dad es ol tetlector (figura 1 20). Consla de un gran espejo cón-cavo que forma una imagen real det aslio.
La imagen real se observa con una lente de aumento (ocular).
Estañóse forma como en la (¡gura 1.19 sino que los rayos lumi-
nosos incidentes se desvian a fin de que la imagen se ubique en
un sitio fácil de obsorvar, como se ve en los esquemas a y b de la
figura, en la cual no se han trazado los rayos que dan la imagen
virtual que ve el observador. Por otra parte, es común que no
se haga observación visual, sino que se registre la imagen real
colocando una película fotográfica on ol sitio en quo so forma.
Actividades
1. Haz una ftgura en la que expliques como se desvía la luz al pasar del
aire al aguo o al vidrio.
2. ¿En dóndo avanza la luz con mayor rapidez, en el aire o en el vidrio?
3. En tu cuaderno dibuja un rayo luminoso que entra del aire al agua
con ángulo de 45° con la normal. En forma aproximada traza el rayo
refractado en el agua
4. Imagina que hay un pequeño foco dentro del agua y que manda mu-
chos rayos a la superficie De estos rayos escoge el que forma un
ángulo de 45* con la aúpentele del agua. Dibuja en forma aproxi-
mada la direcoon del rayo correspondiente que safe al aire.
5. En la actMdad 3. ¿como apfcas la Primera Ley de la Refracción?
6. Consulta en una enctdopecBa el sigrritcado de refringencia y de Indk»
de refracción.
7. Ya sabes que el foco de una lente convergente es ei punto donde se
cortan los rayos lefiactados después de pasar por la lento Entonces,
si se pone una tuonte luminosa on ol loco do osa lomo, ¿cómo saldrán
los rayos al otro lado de la lento? Haz una figura en tu libreta de
apuntes.
8. ¿En qué instrumento de época se obtiene una imagen virtual? ¿Para
qué se usa ese instrumento? Haz una figura en tu cuaderno.
9. ¿En qué instrumentos da Opaca se usan lentas para dar imágenes
reales? Haz lguras para comparar la dJerencia ana* «ese caso y el
de la actvidad 8
10. ¿Qué so moranza y qué diferencia hay entre una cámara oscura y una
cámara toteo/ética'» Haz las figuras ccínwponoientes. indicando los
cambios de dirección que sufren los rayos luminosos
11. Consuta en una e-cc'opeoa algunos deteles de la cámara fotográ-
fica y de la fotografía on general. En un resumen explico qué es enfo-
car, diafragmar y pruebas negativa y positiva Si el tema te interesa,
también puodos consular los diversos fenómenos químicos del reve-
lado fotográfico
12. Haciendo referencia a la flgura 1.18. descriie cómo se forma una
imagen real sobre la pantalla Como dato complemenurlo debes sa-
ber que detrás de la fuente luminosa ordinariamente hay un espejo
cóncavo en cuyo foco está la fuente luminosa ¿Cual eraos que sea
su objeto?
13 Consulta algunos delates sobre b proyección de petoulas (en mow
míenlo) y elabora un resumen.
14. En corrillo comenta qué aplicaciones denMcas Uenen la cámara to-
lográSca y el cinematógrafo Elabora en equipo un resumen do aque-
llos fenómenos que no podrían ser estudiados sin esos auxiliares.
15. Comparando los esquemas do un talóse opio refractor y uno reflector
observa cuál es la dlfeiencia fundamental entre eloe.
16. En corrillo contorna ia ayuda que ha proporcionado ol uso do ios te-
lescopios para ol conocmiento dei universo Hodacta on equipo las
conclusiones a que lleguen
Figura 1.20. En el telescopio reflector un espejo cónca-
vo forma una imagen real de un astro y ésta se observa
mediante una lente de aumento.
Vocabulario
Lente convergente. Lente gruesa por el
centro y delgada en los bordes.
Lente divergente. Lente delgada por el
centro y gruesa en los bordes.
Medio de propagación de la luz. Cual-
quier cosa que permite el paso de la luz, por
ejemplo el aire, el vacío, el vidrio, el agua.
Refracción de la luz. Cambio de dirección
que experimenta la luz al atravesar la super-
ficie de separación de dos medios en que se
propaga con distinta velocidad.
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