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Óptica: reflexión, refracción, lentes y espejos
Naturaleza de la luz
La luz es una onda electromagnética transversal. En el vacío se propaga a c = 3*108 m/s.
Índice de refracción: n = c/v, donde v es la velocidad de la luz en el medio.
Leyes de la reflexión
- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano.
- El ángulo de incidencia es igual al de reflexión: θi = θr.
Ley de Snell (refracción)
n1 * sen(θ1) = n2 * sen(θ2)
Ángulo límite y reflexión total
Cuando la luz pasa de un medio más denso a uno menos denso (n1 > n2), existe un ángulo límite θL tal que para θ > θL se produce reflexión total:
sen(θL) = n2/n1
Espejos esféricos
Ecuación del espejo:
1/s + 1/s' = 1/f = 2/R
Donde s es la distancia del objeto, s' la de la imagen, f la focal y R el radio de curvatura.
Aumento lateral: m = -s'/s
Lentes delgadas
Ecuación de la lente:
1/s' - 1/s = 1/f'
Potencia: P = 1/f' (en dioptrías si f' está en metros).
Aumento lateral: m = s'/s
Recuerda
Convenio de signos:
- Lentes convergentes: f' > 0. Lentes divergentes: f' < 0.
- Espejo cóncavo: f < 0. Espejo convexo: f > 0 (normas DIN, las mismas que en las lentes: distancias negativas a la izquierda).
- La imagen es real si s' > 0 en las lentes o si s' < 0 en los espejos; en caso contrario es virtual.
Ejemplo resuelto
Un objeto de 3 cm se coloca a 30 cm de una lente convergente de focal 20 cm. Calcular la posición y tamaño de la imagen.
1/s' - 1/(-30) = 1/20 (el objeto esta a la izquierda: s = -30 cm)
1/s' + 1/30 = 1/20
1/s' = 1/20 - 1/30 = (3-2)/60 = 1/60
s' = 60 cm (imagen real, al otro lado de la lente)
m = s'/s = 60/(-30) = -2
Tamaño imagen = |m|*3 = 6 cm (imagen invertida)
Ejercicio tipo EVAU
Problema 1 (EVAU): Un rayo de luz pasa del agua (n=1.33) al aire (n=1). Calcula el angulo limite para la reflexión total interna. Si el rayo incide con un angulo de 45 grados, ¿se refracta o se refleja totalmente?
Problema 2 (EVAU): Un espejo cóncavo tiene un radio de curvatura de 40 cm. Un objeto se sitúa a 30 cm del espejo. Calcula la posición de la imagen, el aumento y describe las características de la imagen (real/virtual, derecha/invertida).
✏️ Actividad de repasoRepasa los conceptos principales de esta lección. Intenta explicar con tus propias palabras lo que has aprendido sobre Reflexión, refracción, lentes y espejos.
- Lee de nuevo las secciones que no hayas entendido bien.
- Escribe un resumen de 3-5 líneas con las ideas principales.
- Si hay ejercicios, intenta resolverlos sin mirar las soluciones.