12. Refracción en las lentes


Corresponde a la sesión de GA 4.12 ¡CÁMARA!... ¡ACCIÓN!

Otro fenómeno que se produce al transmitirse la luz es la refracción, la cual consiste en un cambio de velocidad de la luz al pasar de un medio a otro; éste puede ser aire - agua - aire o aire - vidrio - aire. Por ejemplo, si se mete un popote a un vaso con agua, se observa que el popote, aparentemente, se dobla. Esto se debe a que la luz pasa de una sustancia menos densa a otra más densa.

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La refracción de la luz se presenta siempre que un rayo atraviesa la superficie de separación de dos medios transparentes distintos.

La refracción de la luz está sujeta a dos leyes:

1a. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en un mismo plano.

2a. La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción dan una constante llamada índice de refracción, que puede expresarse algebráicamente como:

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Al igual que otras constantes físicas, el índice de refracción puede ser considerado para determinar la pureza de una sustancia, esta constante es usada frecuentemente para señalar la pureza del diamante. A continuación se presenta un cuadro en donde se observan los índices de refracción de diferentes sustancias.

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Cuando el rayo incidente pasa de una sustancia menos densa (aire) a otra más densa (vidrio) se acerca a la normal; es decir, el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo de refracción.

Cuando el rayo incidente pasa de una sustancia más densa (vidrio) a otra menos densa (aire) se aleja de la normal; es decir, el ángulo de incidencia es menor que el ángulo de refracción.

Sin embargo, existe un ángulo límite en donde ya no se produce refracción, sino reflexión.

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Cuando la luz pasa a través de un prisma se efectúa doble refracción; la primera, cuando entra al prisma y el rayo incidente se acerca a la normal y, la segunda, cuando sale y se aleja de la normal.

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Antiguamente se sabía que la luz solar, al pasar por cristales transparentes o joyas, como el brillante, producía luces de colores. Fue Newton quien demostró que la luz blanca, al pasar por un prisma, se descompone en diferentes colores y que la función de éste es separar la luz, refractándola en diferentes colores.

A este fenómeno de esparcimiento angular de todos los colores se le llama dispersión de la luz, y a los colores producidos espectro.

Cuando los medios en donde se produce la refracción tienen sus superficies curvas se llaman lentes, las cuales son utilizadas para la construcción de diferentes aparatos ópticos, tales como microscopios, telescopios, cámaras fotográficas o proyectores de cine; o bien los simples pero importantes lentes para corregir los defectos de la vista de los seres humanos.

Las lentes se clasifican en cóncavas o divergentes y convexas o convergentes.

Las lupas son las lentes convergentes más conocidas, cuando los rayos de luz se refractan, inciden en un punto llamado foco principal, dentro de las lentes convergentes existen algunos elementos importantes para la formación de imágenes, y son el eje principal, el centro óptico y los ejes secundarios; cuando los rayos se refractan, se interceptan en un punto; dando origen a la imagen que puede ser real o virtual.

La imagen real es aquélla que puede ser proyectada en una pantalla, y la virtual es la que se forma del mismo lado del objeto. Un ejemplo de imagen real es la que se obtiene al proyectarse una película en pantalla, y el de una virtual es la que se observa con una lupa.

En la formación de imágenes en las lentes convergentes se consideran tres casos de imágenes reales: la primera, cuando el tamaño está en relación con la distancia que se coloca el objeto con respecto al foco y la doble distancia focal. Un caso de imagen virtual es, cuando el objeto está entre el foco y la lente, y un tercer caso, en el cual no existe formación de imágenes, ya que los rayos se refractan en forma paralela; en estas lentes el foco es real.

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En las lentes divergentes existen los mismos elementos que en las convergentes, y el tipo de imagen que se forma es virtual, siempre de menor tamaño, lo mismo sucede con el foco, que es virtual.

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El ojo humano es el órgano de la visión y se comporta como una cámara oscura en donde el cristalino tiene forma de lente bicóncava. Los medios refringentes del ojo se comportan como una lente convergente y, cuando los objetos están más allá del centro de curvatura del cristalino, se producen imágenes reales en la retina, invertidas y de menor tamaño; la imagen se procesa en los centros nerviosos del cerebro.

Cuando la imagen no se forma en la retina, se pueden presentar la miopía, la presbicia y el astigmatismo. En la miopía, la imagen se forma frente a la retina y se corrige usando lentes divergentes. En la presbicia y el astigmatismo, la imagen se forma atrás de la retina y deben usarse lentes cilíndricos.


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