REFLEXION

                                        REFLEXION
 
En la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz y la reflexión y refracción. Dos filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica: Empédocles y Euclides.
Ya en la Edad Moderna Rene Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de un medio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partículas en el medio.
La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat anunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción. George Hatsian es el rey de óptico.

La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.

                             Reflexión de la luz y sus leyes

Es el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Reflexión interna total

Reflexión interna total de la luz.

Cuando en la refracción el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico ocurre lo que se conoce como reflexión interna total. Cálculo del ángulo crítico:

o.r. es el angulo medido

en fórmula:

: ángulo crítico;

: índice de refracción. 

Interpretación cuántica

Todas las interacciones entre fotones y materia se describen como una serie de absorciones y emisiones de fotones. Cuando un fotón que llega golpea una molécula en la superficie de la materia, es absorbido y casi de inmediato vuelto a emitir. El "nuevo" fotón puede emitirse en cualquier dirección; esto causaría una reflexión difusa

La reflexión especular (siguiendo la ley de la reflexión equi-angular de Herón) es un efecto de la mecánica cuántica, explicado como la suma de los caminos más probables tomados por los fotones. La interacción con materia liviana es un tópico de la electrodinámica cuántica, descrita por Richard Feynman en su libro QED:La extraña teoría de la luz y la materia. La energía de un fotón que llega a una molécula puede que concuerde con la energía requerida para cambiar el estado de la molécula, causando una transición en el estado cinético, rotacional, electrónica o vibracional de la energía. Cuando esto ocurre, puede que el fotón absorbido no se reemita o puede que se reemita con pérdida de energía. Estos efectos son conocidos como Raman, Brillouin.

Leyes de la reflexión

El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en un mismo plano, el cual es perpendicular a la superficie reflectora.

El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Espejos esféricos

Un espejo esférico está caracterizado por su radio de curvatura R. En el caso de los espejos esféricos solo existe un punto focal F=F´=R/2 cuya posición coincide con el punto medio entre el centro del espejo y el vértice del mismo. Se encontrará a la izquierda del vértice para los espejos cóncavos y a la derecha para los espejos convexos.

El aumento del espejo será A =y´/y y dependerá de la curvatura del espejo y de la posición del objeto.

Formación de imágenes

La construcción de imágenes es muy sencilla si se utilizan los rayos principales:

• Rayo paralelo: Rayo paralelo al eje óptico que parte de la parte superior del objeto. Después de refractarse pasa por el foco imagen.
• Rayo focal: Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco objeto, con lo cual se refracta de manera que sale paralelo . Después de refractarse pasa por el foco imagen.
• Rayo radial: Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Este rayo no se refracta y continúa en la mismas dirección ya que el ángulo de incidencia es igual a cero.

Hay que distinguir entre los espejos cóncavos y los convexos:

Espejos cóncavos:

1.      Objeto situado a la izquierda del centro de curvatura. La imagen es real, invertida y situada entre el centro y el foco. Su tamaño es menor que el objeto.

2.     Objeto situado en el centro de curvatura. La imagen es real, invertida y situada en el mismo punto. Su tamaño igual que el objeto.

3.     Objeto situado entre el centro de curvatura y el foco. La imagen es real, invertida y situada a la izquierda del centro de curvatura. Su tamaño es mayor que el objeto.

4.     Objeto situado en el foco del espejo. Los rayos reflejados son paralelos y la imagen se forma en el infinito.

5.     Objeto situado a la derecha del foco. La imagen es virtual,  y conserva su orientación. Su tamaño es mayor que el objeto.

OPTICA

ÓPTICA

Es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz

Características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión , refracción ,las interferencias ,la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz como materia.

Es la parte de la física que se encarga del estudio  de loa fenómenos lumínicos.

La luz se propaga en línea recta, de ello se derivan las sombras  y las penumbras  de los objetos proyectados hacia la pared o el piso.

La luz se propaga con una velocidad de :

C :300.000km/seg :3* 10m/s

Lo fundamentos de la luz :

Los objetos se ven porque la luz o bien es reflejada o es emitida por ellos , las lámparas fluorescentes, las pantallas de televisión , los pequeños LED , las llamas , las chispas todas emiten una luz . Nuestra mayor fuente de luz es el sol la luz no solo se refleja en los espejos también en la luna , en los arboles y aun en las ropas oscuras . En realidad es muy difícil encontrar  algún objeto que no refleje algo de luz.

 QUE ES LA LUZ

Se llama luz a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible. El conocimiento del mundo que nos rodea lo obtenemos a través de los sentidos de la vista y el oído.
Estos son estimulados por medio de ondas que componen el espectro electromagnético.

Para que la visión sea posible se necesitan tres elementos:

-un cuerpo que emita luz (fuente luminosa)
-un cuerpo que refleje la luz (cuerpo iluminado)
-y un cuerpo que la perciba (sentido de la vista o cámara fotográfica.

FUENTES LUMINOSAS

Son los cuerpos que emiten luz.

Pueden hacerlo debido a que transforman algún tipo de energía (tales como la nuclear, química, eléctrica) en energía lumínica.

Se clasifican en naturales (como el Sol y las estrellas) o artificiales (lámpara eléctrica, vela, tubo fluorescente, antorchas, fogatas), también pueden ser puntuales o extensas, esto depende  de la distancia a la que nos encontremos.    

Las fuentes extensas producen sombras más complicadas que las fuentes puntuales, con una zona de penumbra a la que no llegan rayos de toda la fuente.

    

CUERPOS  LUMINOSOS

Son aquellos que reflejan la luz que incide sobre ellos.
Cuando observamos un objeto, podemos verlo debido a la luz que incide sobre él.
Esta luz proviene de una fuente luminosa y sigue una trayectoria determinada. Propagación rectilínea de la luz

La línea recta de propagación de la luz se denomina rayo luminoso. Se utilizan líneas rectas para representar las ondas luminosas y explicar la existencia de sombras, penumbras y eclipses.

Si colocamos delante de un foco luminoso extenso  un cuerpo opaco, observamos que detrás de él aparecen:

· Zonas donde no llega ningún rayo de luz (zona de sombra).

· Otras donde llegan solamente algunos rayos de luz (zona de penumbra).

· Otras donde llegan todos los rayos de luz (zona iluminada).

INTERFERENCIA DE LA LUZ 

Un objeto material como, por ejemplo, una piedra, no comparte con otra piedra el espacio que ocupa. Pero puede existir más de una vibración u onda en el mismo espacio al mismo tiempo. Si arrojas dos piedras al agua, las ondas que produce cada una pueden superponerse y formar un patrón de interferencia. En este patrón los efectos de las ondas se pueden incrementar, reducir o neutralizar.

Cuando la cresta de una onda se superpone a la cresta de otra, los efectos individuales se suman. El resultado es una onda de mayor amplitud. A este fenómeno se le llama interferencia constructiva, o refuerzo, en donde se dice que las ondas están en fase. Cuando la cresta de una onda se superpone al valle de otra, los efectos individuales se reducen. La parte alta de una onda llena simplemente la parte baja de la otra. A esto se le llama interferencia destructiva, o cancelación, donde decimos que las ondas están fuera de fase.
La interferencia es un fenómeno característico de todo movimiento ondulatorio, trátese de ondas en el agua, ondas sonoras u ondas de luz.

VELOCIDAD DE LA LUZ

La velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s2 3 (suele aproximarse a 3·108m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz.

 

Se simboliza con la letra c, proveniente del latín celéritās (en español celeridad o rapidez), y también es conocida como la constante de Einstein.

El valor de la velocidad de la luz en el vacío fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, pasando así el metro a ser una unidad derivada de esta constante.

La rapidez a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su permitividad eléctrica, de su permeabilidad magnética, y otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta velocidad es inferior a "c" y queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la velocidad de la luz depende de la densidad de energía de ese vacío.

LA FOTOMETRIA

La Fotometría es la ciencia que se encarga de la medida de la luz, como el brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la capacidad que tiene la radiación electromagnética de estimular el sistema visual. No debe confundirse con la radiometria, encargada de la medida de la luz en términos de potencia absoluta.

Relación con la Radiometría 

Considérese, por ejemplo, la magnitud radiométrica de la energía radiante, Qe, que describe la energía total medida por un detector "físico" ante la presencia de radiación eletromagnética. Interesa obtener una medida de la energía que sería percibida por un ojo humano: cantidad de luz, Qv. Para ello, habría que conocer la energía radiante correspondiente a cada longitud de onda, multiplicar por los valores correspondientes de la función de luminosidad e integrar a todas las longitudes de onda:

 

La energía radiante espectral, Qv(&), se mide en el SI en unidades de J/m. En cambio, Qv se mide en lm·s. La constante K toma el valor de 683 lm/W en condiciones fotópicas y de 1700 lm/W para condiciones escotópicas.

EFICACIA  LUMINOSA

La eficacia luminosa de una radiación se define como el cociente entre una magnitud fotométrica, por ejemplo Qe, y la correspondiente magnitud radiométrica, en este caso Qv. Así:

Por ejemplo, la eficacia luminosa de un láser infrarrojo sería igual a 0 lm/W, mientras que la de luz monocromática a 555 nm sería de 683 lm/W (para este caso, Kr=K).

PRINCIPALES MAGNITUDES FOTOMETRICAS

La siguiente tabla recoge las principales magnitudes fotométricas, su unidad de medida y la magnitud radiométrica asociada:

Magnitud fotométrica		Unidad	Abreviatura	Magnitud radiométrica asociada
Cantidad de luz o energía luminosa		lumen·segundo	lm·s	Energía radiante
Flujo luminoso o potencia luminosa		lumen (= cd·sr)	lm	Flujo radiante o potencia radiante
Intensidad luminosa		candela	cd	Intensidad radiante
Luminancia		candela /metro2	cd /m2	Radiancia
Iluminancia		lux	lx	Irradiancia
Emitancia luminosa		lux	lx	Emitancia