SINTESIS

La óptica es la parte de la física dedicada al estudio de la luz, su comportamiento, sus leyes, y todo aquello que se refiere a los fenómenos luminosos.   

 Y esta la podemos clasificar principalmente como Óptica física ya que estudia los fenómenos producidos por la velocidad y naturaleza de la luz; óptica fisiológica, que trata de los fenómenos visuales en relación con la anatomía del ojo humano y su vinculación con los centros nerviosos cerebrales y óptica geométrica que trata de los fenómenos que origina la Propagación rectilínea de la luz.

 Y pues principalmente para entrar el tema  de las lentes  es necesario que dejemos establecido ¿qué es la luz?

La definición física de la luz, nos dice que: es una forma de energía universal, un fenómeno de orden físico gracias al cual podemos contactarnos con el medio que nos rodea a través de fenómenos o sensaciones luminosas.

Se identifica el término “luz” con el conjunto de fotones (cuantos de energía) que son emitidos por un cuerpo -es el caso de las estrellas- y que, al desplazarse por el espacio a gran velocidad, generan ondas electromagnéticas de longitud entre 0.7 y 0.4 diezmilésimas de milímetro, susceptibles de impresionar nuestros órganos visuales produciendo en nuestro cerebro la sensación de claridad.

El desplazamiento de la luz, en un medio homogéneo (medio que conserva la densidad), se produce en forma rectilínea y a una velocidad de 300.000 km/seg.

Y de aquí ahora si hablemos de lo que son las lentes  

LAS LENTES

y que son las lentes?

 Pues principalmente por definición, una lente es un “medio” transparente, de vidrio, de cristal, etc., generalmente de contorno circular, limitado por caras curvas o, por una plana y otra curva.

Las caras curvas de una lente, pueden ser esféricas, cilíndricas,  parabólicas, etc

LENTES CONVERGENTES:

Estas lentes reciben este nombre porque al ser atravesadas por un haz de rayos paralelos los hacen “converger” en un punto determinado y dan una imagen “real”, excepto el caso en que el objeto se encuentre entre el foco y la lente.

La imagen aumentada de un objeto que se ve utilizando una lente corriente de aumento es siempre “virtual”, porque el objeto está ubicado detrás de la lente y de su foco, no obstante ello nosotros podemos verlo gracias a que el cristalino de nuestro ojo la convierte en imagen “real” en nuestra retina.

Y sus elementos principales son:

·         Eje principal: Es la recta que une los centros de las superficies esféricas a las cuales pertenecen las caras de la lente.

·         Centro óptico: Es un punto perteneciente al eje principal y que tiene como propiedad que todo rayo de luz que pasa por el no se desvía al atravesar la lente.

·         Eje secundario: Es toda recta que pasa por el centro óptico, siendo distinta del eje principal.

·         Foco principal: Es el punto, perteneciente al eje principal, por donde pasan todos los rayos refractados que inciden en la lente en forma paralela al eje principal.

Trayectoria de los rayos de luz en una lente convergente:

·         1° Todos los rayos que sean paralelos al eje principal se refractan pasando por el foco imagen. La distancia entre la lente y el foco es la llamada distancia focal.

·         2° Cualquier rayo que pase por el foco objeto, al atravesar la lente refracta paralelamente al eje principal.

·         3° Los rayos de luz que pasan por el centro óptico, al atravesar la lente, no se desvían.

LENTES DIVERGENTES:

·         Estas lentes se caracterizan porque al ser atravesadas por un haz de rayos luminosos, provocan que el haz se disperse -los rayos se separan entre sí-. Por este motivo, tanto las imágenes que se obtienen como los focos de las lentes son virtuales.

·         El hecho de generar focos virtuales hace que las lentes divergentes sean también conocidas como “lentes negativas”.

·         El ojo humano:

Es el órgano de la visión.

El ojo propiamente dicho, incluye también elementos protectores (párpados, cejas, etc.). Nos interesa, básicamente, el aspecto óptico del ojo humano. En este aspecto, el “globo ocular” esta formado por membranas que encierran medios transparentes: las “lentes” naturales del hombre. La retina es la membrana mas interna del ojo y se la reconoce como una prolongación del nervio óptico, esta formada por fibras nerviosas que la hacen sensible a la luz. Las terminaciones nerviosas de la retina son los “conos” y “bastoncillos” que, junto con la púrpura retiniana, reciben y transmiten al nervio óptico la sensación luminosa que este lleva al cerebro. La cornea es, también, una membrana transparente, de espesor variable y con un índice de refracción de 1,376. El cristalino es una verdadera lente convergente con un índice de refracción de 1,4085 y la capacidad de cambiar de forma según los estímulos exteriores que recibe. El iris, actúa como diafragma regulando la cantidad de luz que penetra en el ojo.

·         La lupa (lente de aumento):

Es una sencilla lente convergente biconvexa o plana convexa, generalmente montada sobre una armadura que permite sostenerla en la mano o en un pie especial. Comúnmente se utiliza para examinar detalles de objetos, para leer impresos con caracteres de letra muy pequeños, etc. La imagen lograda con una lupa es virtual, mayor y de igual sentido que el objeto observado. En la lupa simple, disminuye la distancia focal y, por lo tanto, la amplificación aumenta, pero también aumentan las aberraciones (distorsiones) esféricas, por lo cual siempre debe restringirse el campo.

·         El microscopio:

Es un instrumento óptico formado básicamente por dos lentes convergentes: el ocular y el objetivo. El objetivo tiene distancia focal pequeña y esta ubicado próximo al objeto que se observa.

El ocular tiene mayor distancia focal y esta ubicado al lado del ojo del observador. Las dos lentes están ubicadas de forma que sus ejes coincidan.

La imagen que se obtiene con un microscopio es virtual, mayor y de sentido contrario al objeto observado.

En la actualidad existen muy diversos tipos de microscopios, cada uno de ellos con distintas tecnologías de avanzada y que incluyen las ultimas mejoras que, día a día, los científicos van descubriendo.

·         El anteojo de Galileo (telescopio simple):

Este fue el primer instrumento para realizar observaciones a distancia. En forma similar al microscopio, también consta de dos lentes pero, en este caso, una es divergente (el ocular) y la otra es convergente (el objetivo). La imagen que se obtiene, es virtual.

ESPEJOS ESFERICOS

Los espejos: Por definición, espejo es el nombre que recibe toda superficie o lamina de cristal azogado por la parte posterior, o de metal bruñido, para que se reflejen en ella los objetos. Por extensión se denomina “espejo” a toda superficie que produce reflexión de los objetos, por ej. : la superficie del agua.

Son tema de este trabajo los llamados “espejos esféricos”, por lo tanto, y a partir de la definición que hemos establecido previamente, extendemos el concepto: un espejo esférico esta formado por una superficie pulida correspondiente a un casquete esférico.

ESPEJOS

La luz tropieza con la superficie de un cuerpo cualquiera, es difundida parcial o totalmente en todas las direcciones posibles. No ocurre lo mismo cuando la superficie del cuerpo está totalmente pulimentada. Entonces, la superficie devuelve el luminoso en una dirección única que depende de la posición rayo con respecto a está superficie: se dice que el rayo se ha reflejado, y que la superficie reflectora es un espejo. La forma sencilla de los espejos es de un plano. La naturaleza nos ofrece un ejemplo en la superficie de los lagos o de las aguas tranquilas, y el hombre, desde la épocas más remotas, ha construido espejos de metal pulimentado. Mucho más tarde se fabricaron espejos de vidrio o de cristal, que reflejaban la luz mediante una a de amalgama de estaño (estaño disuelto en el mercurio, estaño de los espejos) y solamente hace menos de un siglo se ha reemplazado el estaño por una capa delgada de plata depositada por vía química.

PROPIEDADES DE LOS ESPEJOS PLANOS

Los rayos reflejados por los espejos planos parecen proceder de imágenes- situadas detrás de dichos espejos: las imágenes carecen de existencia real, y se dice que son virtuales.

Consideremos ahora un rayo incidente RIA ´ dirigido hacia A ´ es detenido por el espejo en I y reflejado según IA de forma que A puede también considerarse como una imagen, esta vez real, del objeto virtual A.

El hecho que la luz pueda circular a lo largo de los rayos luminosos, en ambos sentidos, sin que se cambie de trayecto, es muy importante y constituye lo que se denomina principio del retorno inverso de la luz.

Se verá más adelante que un sistema óptico cualquiera, una imagen y su objeto son conjugados, es decir, que si se coloca un objeto. Si rayos luminosos que convergen en el mismo punto son detenidos por un espejo plano, convergerán después de reflejados, formando un verdadero punto luminoso, que es entonces una imagen real.

Las imágenes producidas por loe espejos planos tienen las mismas dimensiones que los objetos correspondientes, pero de ellos no se deduce que sean iguales. El objeto y la imagen no pueden superponerse, pero son simétricos con respecto a un plano como lo son la mano derecha y la mano izquierda; como se sabe, no es posible introducir la mano derecha en un guante izquierdo, ni inversamente. Resulta, pues, que un texto escrito o impreso no puede leerse mediante reflexión en un espejo; pero si los rayos luminosos se reflejan nuevamente en un segundo espejo, la imagen sufre una segunda inversión; así, un texto se hace legible mediante dos reflexiones.

CAMPO DE ESPEJO

Un espejo no da solamente la imagen de una parte restringida del espacio situado ante él; la experiencia muestra que esta porción, visible por reflexión, denominada campo del espejo,depende a la vez de la posición del observador y de las dimensiones del espejo. En efecto, los únicos rayos incidentes que penetran en el ojo O del observador, previa reflexión, son evidentemente los dirigidos hacia O ´, imagen de O en el espejo. Los únicos objetos visibles en el campo del espejo son, pues, los que están situados en el interior del tronco de cono o de pirámide, de vértice O ´, circunscrito al espejo. (Fig.. 3).

Fig. 3

ESPEJOS PARALELOS

Consideremos que dos espejos planos M₁ y M₂ exactamente paralelos, cuyas caras reflectoras están orientadas hacia el objeto situado entre ambos. El observador situado hacia A ve un número imágenes tantos mayores cuantos más largos son los espejos. (Fig. 4).

Fig. 4

En efecto, un rayo luminoso como el R₁ es reflejado por el espejo M₁ como si procediera de la imagen O ´ ₁ simétrica de O con respecto al plano M₁ después encuentra el segundo espejo M sobre el cual se refleja de nuevo como si procediera de la imagen O ´ ₁ producida por M₂ es decir, de O ´ _1/2 en el espejo M₁ y, por consiguiente, de O_1,2,1; una nueva reflexión puede producirse sobre M₂, etc., pero existe otra segunda serie. En efecto, un rayo como R₂ que incidiera primeramente sobre el espejo M₂ se alejaría como si procediera de la imagen O" _2.1.2 etc.

sintesis

SINTESIS

ELECTROMAGNETISMO

Tubo origen en el invento de la pila eléctrica realizado por el italiano Alessandro volta  en 1800.

20 años más tarde  se hiso otro importante descubrimiento  con has Christian oersted mientras impartía una clase de física empujo en forma occidental una brújula que se encontraba bajo un alambre conectado a una pila el cual conducía una corriente eléctrica continua o directa, observo con asombro como la aguja realizaba un giro de 90°  para colocarse perpendicularmente al alambre.

 Con ello se demostraba que este además de conducir electricidad generaba asu alrededor una fuerza  parecida a la de un imán                                                                              El conocimiento científico de la relación entre electricidad y magnetismo dio lugar, inmediatamente, a aplicaciones tecnológicas importantes. Éstas se detallan en los capítulos VII – X e incluyen al telégrafo, con el que el hombre pudo comunicarse por medios eléctricos, y a las máquinas eléctricas, o sea, motores eléctricos y generadores de electricidad. De esta forma, el hombre tuvo a su disposición fuentes de corriente eléctrica de gran intensidad, hecho que cambió drásticamente la vida, dando lugar a un revolución en la forma de vida de la humanidad, cuyas consecuencias fueron la iluminación eléctrica y el teléfono, entre otras.

El Escocés James Clerk Maxwell (1837-1879), alumno de Faraday, fue posiblemente el más imaginativo de los físicos del siglo XIX. En 1873 publicó la monumental obra tratado de electricidad y magnetismo, en la que presentó una síntesis e los conocimientos de este tema. Maxwell formuló matemáticamente la ley de Faraday. La síntesis fue hecha en términos de un conjunto de ecuaciones, conocidas como las ecuaciones de Maxwell, que contenía como fondo físico los descubrimientos de Oersted, Ampére, Faraday y otros científicos que describimos en capítulos anteriores.

Maxwell estudió con mucho detenimiento los trabajos que sus predecesores habían hecho sobre electricidad y magnetismo. En particular analizó muy incisivamente la ley de Ampére y su formulación matemática, y llego a la conclusión de que contenía una contradicción. Revisemos la ley Ampére.

Maxwell generalizo la formulación de la ley de Ampére al decir que cuando se habla de corriente se debe incluir la corriente convencional (llamada la conducción), que es la que había considerado Ampére, y además, la corriente de desplazamiento. Por lo tanto, esta generalización incluye casos en que las corrientes varían con el tiempo. Podemos decir que la formulación original que hizo Ampére sólo es correcta para el caso en que la corriente que se estudia no varíe con el tiempo

CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE

El campo magnético es una región de espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como                           al campo B.                                                                                                                La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.   
                                                                                                                                            Una corriente que circula por un conductor genera un campo magnético alrededor del mismo. La dirección y el sentido del campo magnético alrededor de un conductor se determinan por la regla del tirabuzón. La misma consiste en imaginar un tirabuzón que avanza representando a la corriente. Para hacerlo debe moverse girando en un determinado sentido. Ese es el sentido del campo magnético alrededor del conductor.

FUERZAS SOBRE CARGAS EN MOVIMIENTO

Sobre una carga eléctrica en movimiento que atraviese un campo magnético aparece una fuerza denominada Fuerza Magnética. Ésta modifica la dirección de la velocidad, sin modificar su módulo. El sentido se calcula por la regla de la mano derecha (índice = velocidad, mayor = campo, pulgar = fuerza, formando 90 grados entre cada uno de los tres dedos). El sentido de la fuerza es para cargas positivas. Si las cargas son negativas el sentido es el opuesto al obtenido con la regla de la mano derecha.

FUERZA MAGNÉTICA
La fuerza magnética es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorenz que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo.

Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen micros corrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo.

Fuerza magnética sobre un conductor

Un conductor es un hilo o alambre por el cual circula una corriente eléctrica. Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento. Ya que un campo magnético ejerce una fuerza lateral sobre una carga en movimiento, es de esperar que la resultante de las fuerza sobre cada carga resulte en una fuerza lateral sobre un alambre por el que circula una corriente eléctrica.
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

DEFINICION

 La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría en el mundo del electromagnetismo. Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teoría electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las telecomunicaciones.

APLICACIÓN                                                                                                                                                                 Antes del descubrimiento de la inducción electromagnética , la única fuente de energía era la pila de Volta o la de Daniell, que producían energía cara y en pequeñas cantidades.

Gracias a la inducción electromagnética, una gran cantidad de trabajo mecánico puede transformarse en energía eléctrica de forma rápida y económica, induciendo una corriente en un circuito.

Algunos fenómenos basados en la inducción electromagnética son el funcionamiento de generadores y motores eléctricos.

La energía eléctrica es la forma de energía más consumida, pues se puede producir y distribuir de forma económica y es muy versátil. Es transportada y distribuida en la instalación eléctrica para su utilización.

Los alternadores transforman grandes cantidades de trabajo mecánico en electricidad y los transformadores permiten la distribución eficaz de esta electricidad. Ambos dispositivos son aplicaciones directas de la inducción electromagnética, pero también lo son las dinamos, los micrófonos…, e incluso las guitarras eléctricas.

Aplicaciones de la inducción electromagnética

Un generador eléctrico es un dispositivo de una instalación eléctrica que transforma una determinada forma de energía en energía eléctrica. Si el generador produce corriente eléctrica continua suele recibir el nombre de dinamo y, si produce corriente alterna, se le llama alternador.

En las centrales eléctricas se produce energía eléctrica a gran escala utilizando una fuerza electromotriz para mover una turbina unida a un generador eléctrico (alternador). La fuerza que mueve las turbinas puede provenir del agua, el vapor, el viento, etc. Según la fuente de energía primaria que se transforma en energía eléctrica, existen distintos tipos de centrales:                                                      Hidroeléctricas: Las turbinas son movidas por el agua que cae por un desnivel. La energía primaria es energía mecánica (energía potencial del agua).                                       Térmicas: Las turbinas son movidas por vapor. El calor necesario para obtener vapor procede de la combustión de materiales fósiles, como carbón, petróleo o gas natural.                                                                                                                           Nucleares: Las turbinas son movidas por vapor, que se obtiene de la fisión nuclear en un reactor, (energía nuclear).                                                                                     También existen centrales que utilizan otras fuentes de energía: eólica (viento), mareomotriz (las olas del mar), geotérmica (el interior de la Tierra)…