Camino óptico

INTRODUCCION

El camino óptico es la distancia recorrida, a la velocidad de la luz en el vacío, en el tiempo t empleado por la luz para recorrer la distancia l en un medio con índice de refracción n.

Una diferencia en el camino óptico entre dos rayos de luz coherentes es lo que genera diversos fenómenos ópticos, como la difracción y la interferencia. La difracción es el término usado para describir los comportamientos de un rayo de luz cuando pasa sobre el borde de un objeto opaco o a través de una ranura muy estrecha. Cuando la luz pasa por una ranura muy estrecha, el rayo central pasa sin distorsión mientras que la parte que se interseca con los bordes de la ranura se desvía en función de su longitud de onda o color. La figura de la mancha de luz es una banda central blanca con una serie de espectros a ambos lados.

MARCO TEORICO

Camino óptico.

En las sustancias homogéneas la trayectoria de propagación de la luz es una línea recta, pero al pasar la luz de una sustancia a la otra en parte se refleja y en parte se refracta en la superficie de separación de estos medios. El camino recorrido por la luz en este caso es una línea quebrada. En las sustancias homogéneas se entiende por camino óptico l el producto del camino geométrico s por el índice de refracción n de la sustancia.

l = ns.

Sustituyendo n por c/υ ( n = c/υ), se obtiene

l = ct,

donde t = s/υ.

De esta fórmula es fácil de deducir el significado físico del camino óptico. El camino óptico l de la onda luminosa en un medio dado es la distancia que recorrerá dicha onda en el vacío en un tiempo ts igual al tiempo que demora en propagarse una distancia s en ese medio.

En los medios no homogéneos, donde el índice de refracción varía continuamente de un punto a otro, los rayos de luz se refractan continuamente, formando líneas curvas (ver la figura). En este caso para determinar el camino óptico se divide el camino geométrico seguido por el rayo en una

serie de porciones ds tan pequeñas, como sea necesario, para que en cada una de ellas el índice de refracción pudiera considerarse constante. El camino óptico elemental será igual a

dl = nds,

y el camino óptico total será igual a la suma de todos los caminos ópticos elementales dl, o sea, viene expresado por la integral

Donde la integral de línea se toma a lo largo de la curva AB seguida por la luz al propagarse desde el punto A hasta el punto B.

La reflexión de la luz

La reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su propagación. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa.

La visión de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos que no sea una fuente en sí mismo, permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño.

De acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Un espejo o una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas.

En ellas un haz paralelo, al reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en direcciones diferentes. Ésta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto que una piedra, por ejemplo, sólo refleja su propia imagen.

Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las leyes que rigen el comportamiento de la luz en la reflexión regular o especular. Se denominan genéricamente leyes de la reflexión.

Si S es una superficie especular (representada por una línea recta rayada del lado en que no existe la reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al que emerge de ella como resultado de la reflexión y punto de incidencia O al punto de corte del rayo incidente con la superficie S. La recta N, perpendicular a S por el punto de incidencia, se denomina normal.

La refracción de la luz

Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.

El fenómeno de la refracción va, en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite.

Índice de refracción

El índice de refracción es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo.

En óptica se suele comparar la velocidad de la luz en un medio transparente con la velocidad de la luz en el vacío, mediante el llamado índice de refracción absoluto n del medio: se define como el cociente entre la velocidad c de la luz en el vacío y la velocidad v de la luz en el medio, es decir:

Dado que c es siempre mayor que v, n resulta siempre mayor o igual que

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