Sistemes òptics

És la part de la física que estudia la interacció de la llum amb sistemes òptics. En el nostre cas seran els miralls i les lents. D’aquests sistemes n’estudiarem reflexió, refracció i veure’n la propagació rectilínia de la llum en els medis homogenis. També estudiarem quina és la lògica que governa la trajectòria de la llum i com això afecta la formació d’imatges.

Tipus d’objectes:

Miralls plans:

Reflecteixen la imatge amb la mateixa mida que l’objecte reflectit, inverteixen la profunditat (canvien de dreta a esquerra i vice-versa). Són virtuals, és a dir, no hi ha cap raig allà on creiem veure’n (els raigs de llum no són simètrics, només ho sembla). Com es pot veure totes les distancies són idèntiques.

Lens:

Formades per materials transparents, estan delimitades per dues superfícies almenys una de les quals és corba. Aquesta corba els atorga el seu tret característic, la refracció de la llum. En desvien la trajectòria i formen imatges segons tipus de lent i angle de incidència. Hi han multiples tipus, convergents i divergents:

1. Convergents: Una o més cares convexes, en el cas de tenir una cara concava aquesta té un efecte menor que la cara convexa.
2. Divergents: Una o dues cares concaves, en el cas de tenir una cara convexa aquesta té un angle menor que la concava.

L’estudi de les lents que durem a terme sera restringit a lents primes, és a dir, amb un radi de curvatura relativament gran. Per norma general estaran sempre construïdes amb un índex de refracció més gran que el medi que les envolta, de manera que d’acord amb la llei de Snell:

$$\frac{sin({ϵ}_2)}{sin({ϵ}_1)}=\frac{n_1}{n_1}\Rightarrow {ϵ}_2<{ϵ}_1$$

Tipus de lents:

Abans de classificar els tipus de lents cal situar multiples paràmetres: focus ($F$), focus imatge ($F^{\prime }$), Distancia focal ($f$) i potència de lent ($P$)

Focus:

Punt ($F$) on els raigs que en surten i passen per la lent surten en paral·lel (la lent anul·la l’angle amb el que entren).

Focus imatge:

Els raigs que entren paral·lels a la lent en surten passant per $F^{\prime }$.

Distancia focal ($f$):

Distancia entre el vèrtex de la lent i el punt $F^{\prime }$

Vèrtex ($V$):

Punt central de la lent, a partir del qual mesurem la distancia.

Potència de lent:

Valor invers a la distancia focal:

$$P=\frac{1}{f}$$

Per tant com més curta la distancia focal més alta la potència, per exemple, una lent 8 D té una distancia focal de 0,125m.

Lent biconvexa:

Anomenades també convergents perquè els raigs de llum que provenen d’un punt a l’infinit (entren en paral·lel) convergeixen en $F^{\prime }$. Tots els termes que hem vist fins aquest moment es comporten com s’han explicat (en altres lents s’inverteixen). Per tant:

1. El raig central: Entra pel vèrtex i (donat que és una lent prima) podem considerar que no hi ha cap desviació.
2. El raigs paral·lels: Entren en paral·lel i es troben tots en el punt $V$.
3. Els raigs focals: Passen per $F$ abans d’entrar i surten en paral·lel a l’eix.

La intersecció d’aquests raigs sera on trobarem la imatge i només ens calen dos per trobar-la. Segons la distancia entre l’objecte i la lent podem considerar tres situacions:

1. $D(0,V)>2D(F,V)$ La imatge resultant és més petita, real i invertida.
2. $D(F,V)<D(0,V)<2(F,V)$ La imatge serà més gran, real i invertida.
3. $D(0,V)<D(F,V)$ La imatge està dreta, és més gran i és virtual.

Que vol dir real? Que es forma completament la imatge a l’altre banda de la lent, si és virtual no la podrem veure per l’altre banda.