Óptica geométrica

La física es una ciencia muy amplia que incluye diferentes tipos de ciencias. Una de éstas es la óptima geométrica, una rama que se encarga de hacer estudios y análisis utilizando las diferentes leyes geométricas simples que ya existen sobre los tipos de cambios que se presentan en la dirección que experimentan los rayos de la luz cuando se dan los procesos de refracción y de reflexión.

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Óptica física

¿Qué es la óptica geométrica?

La óptica geométrica es una ciencia que realiza estudios sobre la forma en la que los rayos de luz pueden desplazarse, en otras palabras, estudia la dirección que éstos toman cuando se presenta la reflexión o refracción de la luz.

Definición de óptica geométrica

La óptica geométrica es una ciencia que se fundamenta sobre todo en varios principios fundamentales de los cuales se puede llegar a entender cómo se comportan los instrumentos ópticos que se utilizan en la vida diaria como por ejemplo los lentes de visión, las cámaras de fotos, espejos e incluso el órgano de la vista, el ojo. Estudia todas las imágenes que son generadas gracias a los procesos de reflexión y refracción de la luz y entre sus principales funciones se encuentran analizar la trayectoria que tienen los rayos de luz, los movimientos ondulatorios de los mismos y las interferencias.

Que estudia

Esta ciencia se encarga de hacer estudios sobre la naturaleza de la luz en sí. Además, realiza investigaciones y análisis sobre las leyes que rigen a todos los efectos luminosos que existen así como la forma en la que la luz puede llegar a relacionarse y a interactuar con una sustancia determinada.

Aplicaciones

Existen varias áreas en las que la óptica geométrica puede ser aplicada, éstas son:

Instrumentación óptica

En este campo se incluye todo lo relacionado con el estudio y con el diseño de los sistemas que son usados para poder recolectar imágenes, por ejemplo, lentes, prismas, microscopios, telescopios.

Comunicaciones

En el área de la comunicación se usa como un medio de llevar información y los sistemas ópticos participan de forma directa en la transmisión y en la recepción de las señales. Se puede usar en detectores, luces láseres, en el procesamiento de las señales y en la holografía. Quizá una de las aplicaciones de mayor importancia en este aspecto sea la fibra óptica pues es gracias a ella que es posible tener y utilizar el internet.

Metrología óptica

En este campo se utiliza para poder monitorear los diferentes parámetros físicos que existen y los métodos para medir utilizando únicamente la luz. Es común verla en el procesamiento de las imágenes, en la emisión de la luz y en los diferentes sistemas ópticos.

Óptica de frontera

Este término se refiere a las investigaciones que se realizan con respecto a la radiación luminosa de potencia alta. Ayuda también a detectar de manera veloz la información y al mismo tiempo la transmite por medo de materiales ópticos, fuentes de radiación y detección de luz.

Características de la óptica geométrica

Una de sus principales características es que cuenta con un objeto, en este caso será la fuente de la cual los rayos se originan y puede ser por medio de luz propia o cuando ésta se refleja. Los objetos de la óptica geométrica son puntuales o no puntuales. Cuenta también con un dioptrio el cual es la superficie que se encarga de separar los medios que tienen diferente índice de refracción. Utiliza una serie de representaciones geométricas para expresar los cambios en la dirección de los rayos de luz y además, depende de los fenómenos de reflexión y refracción.

Leyes

Las leyes de la óptica geométrica son las siguientes:

Propagación rectilínea de la luz

Esta ley nos dice que los rayos de luz se propagan siempre como una línea recta y que además tienen igual velocidad en todas las direcciones. Para que se cumpla esta ley es preciso que las dimensiones que tengan los objetos sean más grandes que la longitud de la onda la luz para que se evite la formación de la difracción y que además, el medio de propagación sea homogéneo.

Independencia de los rayos

Nos explica que cada rayo es independiente a los demás y que por esta razón no interfieren entre ellos.

Reflexión y refracción

Estas son también dos leyes que son utilizadas para poder prever los posibles cambios que se dan en la dirección que llevan los rayos.

Reversibilidad

Es conocida también con el nombre de ley de reciprocidad y establece que la trayectoria que tiene un rayo que sale de A para llegar a B por medio de una reflexión es igual a la que tiene un rayo que parte en sentido contrario y se refleja.

Formulas

En cuanto a las fórmulas existen muchas de ellas, a continuación mencionamos algunas de las más importantes.

• Microscopio: A=ALobj⋅Aaoc=−df’obj⋅xpf’oc
• Telescopio: Aa=αfαi=−f’objf’oc
• La Cámara Fotográfica: E.=log2(N2t) =3.32⋅log(N2t)
• El Ojo Humano: 1s’−1s=1f’=−1f
• Espejo plano: s’=−s
• Dioptrio plano: n’s’=ns

Experimentos

Un experimento que se puede hacer para comprobar la óptica geométrica es utilizando un celular como un tipo de fuente para reproducir hologramas. También se puede crear un espectrómetro casero el cual tiene como objetivo el poder proyectar los colores del arcoiris de forma llamativa para demostrar la importancia de la luz en los diferentes fenómenos físicos, mostrando al mismo tiempo la refracción y la reflexión de la luz.

Instrumentos

Algunos instrumentos de uso común que utilizan el principio de la optima geométrica son los siguientes:

• Telescopio: instrumento que permite la observación de objetos que se encuentran a grandes distancia con mejor detalle ya que capta la radiación electromagnética de la luz.
• Microscopio: por medio de la óptica geométrica se puede observar objetos diminutos que no podrían ser vistos a simple vista.
• Lupa: consiste en una lente convergente que ayuda a obtener una visión más amplia sobre un objeto de pequeño tamaño.

Importancia de la óptica geométrica

Uno de los aspectos de mayor importancia es que el ojo del ser humano está formado por un sistema óptico geométrico y gracias a él, es posible poder crear una imagen de un objeto sobre la superficie interna que se encuentra en el ojo. Otro aspecto importante de esta ciencia es su uso en la tecnología pues gracias a esto, la comunicación e incluso muchos medios de diagnóstico hoy son posibles de fabricar con más precisión. Es una ciencia que participa además en varios aspectos de la vidia diaria como en las investigaciones científicas y en aplicaciones militares.

Ejemplos

La óptica geométrica puede y es utilizada como un tipo de herramienta básico para el diseño de los sistemas ópticos, ya sea que produzcan o no imágenes. Se puede ver en la construcción de gafas, lentes de contacto, cámaras, microscopios, telescopios y en muchos productos relacionados con la producción de televisión y cine. Además, es la encargada de brindar la posibilidad de disfrutar de una amplia red para hacer posible que las señales de internet y de telefonía moderna estén disponibles en prácticamente todo el mundo.

Libros

Algunos libros importantes que explica la óptica geométrica son:

• Fundamentos de óptica de Bruno Rossi
• Óptica geométrica de Lilia Colonato Courrol y André Oliveira Preto
• Óptica geométrica: teoría y cuestiones de Hernández, Domenech, Vázquez e Illueca
• Prácticas de óptica geométrica y radiométrica de Pascual Villalobos, Hernández Poveda, Fimia Gil y Mateos Álvarez