Ondas Electromagnéticas (OEM)

Las OEM son transversales y consisten en la propagación, sin necesidad de soporte material alguno, de un campo eléctrico y de un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.

Sus principales características son:

• Son originadas por cargas eléctricas aceleradas.
• Consisten en la variación periódica del estado electromagnético del espacio. Un campo eléctrico variable produce un campo magnético variable, éste a su vez origina un campo eléctrico y así sucesivamente, ambos se propagan por el espacio.
• No necesitan soporte material para propagarse.
• En ellas los vectores de los campos eléctrico y magnético, E y B, varían sinusoidalmente con el tiempo y la posición, por lo que les son aplicables las ecuaciones dadas para las ondas armónicas.

E= Eo sen(wt-kx) B= Bosen(wt-kx)

• Los módulos de los vectores E y B en una posición y en un tiempo determinados, cumplen: E/B=c (c= velocidad de la onda)
• La velocidad de las ondas electromagnéticas depende del medio de propagación. Su valor en el vacío viene dado por la expresión: c=1/√εoμo donde εo= 8,85·10^-12 C²·n^-1·m^-2 y μo= 4π10^-7 Tm A^-1
• Las ondas electromagnéticas también cumplen las relaciones entre velocidad, longitud de onda y frecuencia. λ=C·T ; λ= C/f

Refracción

Cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar oblicuamente de un medio a otro en el que se propagan con diferente velocidad.

1. Los rayos incidentes y refractado y la normal son coplanarios.
2. sen i / sen r = n₁ / n₂ = v₁ / v₂ // n = λ_o(vacío) / λ(medio) n₂₁ (índice de refracción relativo) = n₂ / n₁ = v₁ / v₂ = sen α / sen β.

Reflexión

Es el fenómeno que tiene lugar cuando un rayo luminoso avanza por un medio homogéneo y choca contra un obstáculo que lo hace retroceder cambiando de dirección y sentido.

1. Los rayos incidentes y reflejado y la normal son coplanarios.
2. Los ángulos de incidencia (α) y de reflexión (β) son iguales.

Reflexión Total

Es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz, atravesando un medio de índice de refracción n₂ menor que el índice de refracción n₁ en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente.

Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor límite, α_L. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción.

El ángulo límite también es el ángulo mínimo de incidencia a partir del cual se produce la reflexión total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la normal de la separación de los medios. El ángulo límite viene dado por: α_L= ARCSEN(n₂/n₁)

Polarización de la Luz

Decimos que un haz luminoso está polarizado linealmente si las oscilaciones del campo eléctrico tienen lugar siempre en la misma dirección.

El plano de propagación de una onda electromagnética polarizada linealmente es el determinado por la dirección de propagación y la dirección del vector E.

La luz natural no está polarizada, ya que está formada por un gran número de trenes de ondas diferentes en los que el campo eléctrico oscila en un plano distinto.

Para lograr luz polarizada linealmente, se deben eliminar todas las vibraciones del campo eléctrico excepto las que tienen lugar en una dirección determinada.

Una forma sencilla de polarización es lo que se llama polarización por reflexión, en la que una luz natural incide sobre una superficie pulimentada de vidrio y la luz reflejada sale total o parcialmente polarizada, dependiendo del ángulo de incidencia.

Decimos que la polarización es total, cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del medio en que tienen lugar la refracción (Ley de Brewster).

n = tg (ángulo incidente)

Lentes

Para construir la imagen basta con trazar dos de los rayos siguientes a partir del punto objeto A.

• El rayo paralelo: incide paralelamente al eje óptico y una vez refractado, pasa por el foco imagen.
• El rayo focal: Pasa por el foco objeto F y después de la refracción, emerge paralelamente al eje óptico.
• El rayo radial: pasa por el centro de curvatura C y no experimenta desviación alguna, puesto que es paralelo a la normal del dioptrio.
• El rayo del centro óptico: pasa por el vértice y no sufre desviación alguna.

Un dioptrio esférico es una superficie esférica que separa dos medios de diferente índice de refracción. Decimos que es convexo si su radio de curvatura es positivo y en caso contrario, es cóncavo. Un dioptrio plano es toda superficie plana que separa dos medios transparentes de distinto índice de refracción. Es un caso particular del dioptrio esférico, en que el radio de curvatura es infinito.

Espejos

Llamamos espejo a toda superficie lisa y pulimentada capaz de reflejar los rayos luminosos. Puede ser plano o esférico.

En los espejos el índice de refracción es el mismo, aunque lo tomamos con signo opuesto ya que el rayo viaja en sentido contrario, por tanto: n=-n y la ley de Snell sería de la forma:

• n sen i = n sen r –> i = -r

Los espejos esféricos se clasifican según el signo de su radio de curvatura en cóncavos (R<0) y convexos (R>0), y la superficie reflectante es la cara interna del espejo o la externa respectivamente.

Construcción de la Imagen

Espejos Cóncavos

1. El objeto está entre el foco y el espejo: imagen virtual, derecha y de mayor tamaño.
2. El objeto está entre C y F: imagen real, invertida y de mayor tamaño.
3. El objeto se encuentra en C: imagen real, invertida y de igual tamaño.
4. El objeto está a una distancia del espejo mayor que R: imagen real, invertida y de menor tamaño.

En el caso de que el objeto estuviera en el foco, no formaría imagen porque los rayos saldrían paralelos.

Espejos Convexos

En todos los casos la imagen es virtual, derecha y de menor tamaño.

Lentes Convergentes

Una lente convergente es un tipo de lente que es más gruesa por su parte central que en los extremos. Según su forma pueden ser biconvexas, planoconvexas o meniscoconvergentes. Esquemáticamente se representan por una línea acabada en puntas de flecha.

Lentes Divergentes

Una lente divergente es un tipo de lente que es más gruesa en sus extremos que en la parte central. Según su forma pueden ser bicóncavas, planocóncavas o meniscodivergentes. Esquemáticamente se representan por una línea recta acabada en puntas de flecha invertidas.

Llamamos potencia de una lente a la inversa de su distancia focal, se mide en Dioptrías (D) 1D=1m^-1 P=1/f’.

Defectos de la Visión

Un ojo normal (ojo emétrope) consigue enfocar correctamente (hace converger los rayos de luz para formar la imagen sobre la retina). Si por un defecto de la anatomía del ojo, éste enfoca los rayos de luz detrás o delante de la retina, la visión se vuelve borrosa.

• Si enfoca detrás de la retina, se habla de hipermetropía, y se corrige usando una lente convergente.
• Si enfoca por delante de la retina, se habla de miopía, y se corrige usando lentes divergentes.

El astigmatismo consiste en un defecto en la esfericidad del cristalino, lo que hace que el enfoque varíe según la dirección en la que llegan los rayos. De este modo los rayos convergen en puntos distintos, haciendo la imagen borrosa.