Espejos esféricos y lentes esféricas.
Los objetos reflejantes más estudiados son los espejos esféricos y los objetos refractantes más estudiados son las lentes con ambas caras esféricas llamadas simplemente lentes esféricas.
Un espejo esférico es una superficie reflectante que podría formarse como una sección de una esfera separada del resto por un plano. Hay dos tipos de espejos esféricos: los cóncavos y los convexos. El eje (o eje de simetría) de un espejo esférico se define como la línea que pasa por el centro de curvatura y por el vértice. La siguiente escena muestra dos espejos esféricos, uno cóncavo y uno convexo, ambos con su eje de simetría. En ambos el centro C está indicado por un punto negro.
Visto de frente un espejo esférico sería una circunferencia cuyo centro es el vértice del espejo. (El lector puede arrastrar las figuras para moverlas.)
Una lente esférica es un cuerpo transparente formado por dos caras esféricas. Hay tres tipos de lentes esféricas: las convexas, las cóncavas y las concavo-convexas. El eje de una lente es la línea recta que pasa por los centros de curvatura de las dos caras esféricas de la lente. La siguiente escena muestra tres lentes, una de cada tipo, con sus respectivos ejes de simetría.
Cuando los rayos de luz provenientes de un mismo punto inciden sobre un espejo esférico, se reflejan cumpliendo la ley de reflexión, es decir, el rayo incidente y el reflejado forman el mismo ángulo con la normal a la superficie en el punto donde se realiza la reflexión. La siguiente escena presenta un espejo esférico cóncavo y una flecha de cuya punta parten tres rayos de luz: uno verde, uno rojo y uno azul y en ella se dibujan los rayos reflejados exactos, sin hacer ninguna simplificación.
El rayo verde pasa por el centro C y se refleja en el espejo volviendo a pasar por C. EL rayo incidente y el reflejado en este caso coinciden con la normal, es decir, el ángulo de incidencia y el de reflexión son ambos cero.
El rayo rojo es horizontal y se refleja en el espejo en el punto P de manera que el rayo reflejado forma con el radio CP el mismo ángulo que el formado por el rayo incidente y CP.
El rayo azul incide en el espejo en el punto V y el correspondiente rayo reflejado forma el mismo ángulo que el incidente con el radio CV.
En la escena se muestran tres imágenes teóricas que son las definidas por las intersecciones de estos tres rayos. La imagen en la realidad es siempre un poco difusa y es el producto de la convergencia parcial de todos los rayos. El fenómeno que hace que en la práctica los espejos esféricos produzcan imágenes apreciables se debe a que cuando el objeto que se va a reflejar es pequeño, es decir, cuando los ángulos de incidencia son todos pequeños, todos los rayos reflejados pasan muy cerca de un mismo punto. Esto produce una imagen más o menos nítida que es la que vemos y que según si el objeto está más cerca o más lejos que el radio del espejo, se trata de una amplificación o una reducción.
El alumno puede mover la flecha arrastrando el punto rojo y comprobar así que si la flecha es muy pequeña los tres rayos reflejados se cortan casi en el mismo punto produciendo una imagen nítida. Esto ocurre tanto si el objeto se coloca a la izquierda o a la derecha del centro del espejo. Si la flecha se coloca muy cerca del epejo puede verse que se produce una imagen "virtual". Así se llaman a la imágenes aparentes que se ven detrás de los espejos y que aparecen cuando los rayos reflejados en el espejo parecen provenir de un mismo punto. También la imagen virtual puede ser nítida o difusa. El alumno también puede cambiar el radio del espejo esférico arrastrando el punto C.
Cuando varios rayos de luz parten de un objeto e inciden sobre una lente, se refractan (cambian su dirección) en ambas caras de la lente siguiendo la ley de refracción de Snell que dice que el seno del ángulo de incidencia entre el seno del ángulo de refracción es igual a una constante n que se llama el índice de refracción de la le lente. La siguiente escena muestra una lente convexa, un objeto (una flecha) y varios rayos que parten de la punta de la flecha, inciden sobre la lente, se refractan en ella, la cruzan, salen de la lente volviéndose a refractar y aparentemente se cruzan en un mismo punto al otro lado de la lente que es la punta de la flecha-imagen. Igual que en el espejo, si sólo consideramos rayos que viajan cerca del eje de la lente, la imagen es nítida mientras que si se toman rayos alejados del eje, se produce el fenómeno de aberración y la imagen es difusa.
La óptica geométrica tiene métodos para calcular aproximadamente la localización de las imágenes de objetos cuando éstas son nítidas, es decir, en el caso límite cuando todos los rayos reflejados o refractados coinciden.
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Autor: José Luis Abreu León