Fibras ópticas...

Las fibras ópticas son una manera de transportar luz en una forma muy direccional. La luz se enfoca y se guía a través de una fibra de vidrio cilíndrica. En el interior de la fibra, la luz rebota de un lado a otro en ángulos muy abiertos contra las paredes interiores, prácticamente avanzando por su centro hasta el final de la fibra o filamento, por donde finalmente escapa. La luz no se escapa de las paredes laterales debido a la reflexión interna total.

¿Qué causa esta reflexión interna total?

La fibra consta de dos capas denominadas: núcleo y revestimiento.

La luz queda atrapada dentro del núcleo, fabricado de vidrio, a través del cual se desplaza.

El revestimiento está fabricado de un material que tiene un índice de refracción mucho menor que el del núcleo. Como la luz rebota o se refleja de la segunda capa, no puede escapar de la fibra, porque es difícil que la luz pase a través de un material de elevado índice a un material de menor índice a un ángulo de incidencia extremo.

¿Por qué es importante la fibra óptica?

Aparte de que es un conducto flexible que se utiliza para iluminar objetos microscópicos, las fibras se pueden usar también para transportar información de manera muy similar a la forma en que un hilo de cobre puede transmitir electricidad. Si bien el hilo de cobre transmite tan sólo unos cuantos millones de impulsos eléctricos por segundo, la fibra óptica puede transportar hasta 20 mil millones de impulsos de luz por segundo.

Eso significa que las empresas de teléfono, cable y computación pueden manejar enormes cantidades de transferencia de datos simultáneamente; cantidades mucho mayores que la que los cables convencionales pueden transmitir.

Imágenes formadas por espejos planos y esféricos

Las imágenes se clasifican en reales o virtuales. Una imagen real es la que se forma cuando los rayos luminosos pasan a través y divergen del punto de imagen; una imagen virtual es la que se forma cuando los rayos luminosos no pasan a través del punto de imagen si no que sólo parecen divergir de dicho punto. La imagen formada por el espejo en la (.1) es virtual. La imagen de un objeto vista en un espejo plano es siempre virtual.

Figura 3.1: Imagen formada por re?exión

Utilizando la imagen 3.2 para examinar las propiedades de las imágenes de objetos ex-tensos formadas por espejos planos. A pesar de que existe un número infinito de posibles direcciones hacia las que los rayos luminosos pueden salir de cada punto del objeto, sólo necesitamos elegir dos rayos para determinar dónde se formará la imagen. Uno de esos rayos parte de P sigue una trayectoria horizontal hasta el espejo y se refleja sobre sí mismo. El segundo rayo sigue la trayectoria oblicua PR y se re?eja como se muestra, de acuerdo con las leyes de la re?exión. Dado que los triángulos PQR y P´QR son triángulos congruentes, PQ=P´Q de donde podemos concluir que la imagen formada por un objeto colocado frente a un espejo plano está tan lejos detrás del espejo como lo está el objeto frente a él.

La geometría también revela que la altura del objeto h es igual a la altura de la imagen h´. Definamos el aumento lateral M de una imagen de la forma siguiente:

Imágenes Formadas Por Espejos Esféricos

Ahora considere una fuente de luz puntual colocada en el punto O de la (figura 3.3) donde O es cualquier punto sobre el eje principal, a la izquierda de C. En la figura se muestran dos rayos divergentes que se originan en O. Después de reflejarse en el espejo, estos rayos convergen y se cruzan en la imagen que aparece en el punto I. Después continúan divergiendo alejándose de I como si en ese punto existiera un objeto. Como resultado en el punto I tenemos una imagen real de la fuente de luz en O.

Consideremos sólo rayos que divergen del objeto formando un ángulo pequeño con el eje principal. Estos rayos se conocen como rayos paraxiales, todos los rayos paraxiales se reflejan a través del punto imagen, como se muestra en la (figura 3.3 b).

Aquellos rayos que están lejos del eje principal, como los que se muestran en la (figura 3.4) convergen en otros puntos del eje principal, produciendo una imagen borrosa, a ese efecto se le conoce como aberración esférica

La (figura 3.5) muestra dos rayos que salen de la punta de un objeto. Uno de estos rayos pasa través del centro de curvatura C del espejo e incide en el espejo perpendicularmente ala superficie del mismo reflejándose sobre sí mismo, el segundo rayo incide en el espejo en su centro (punto V) y se refleja como se muestra en concordancia con la ley de re?exión. La imagen de la punta de la flecha se localiza en el punto donde se cruzan ambos rayos. De la (figura 3.5) vemos que tan ? = h/p y tan ? = - h "/q, se introduce el signo negativo porque la imagen está invertida, como consecuencia de la ecuación 3.1 y de los resultados anteriores, vemos que la amplificación de la imagen es igual a:

Esta última ecuación se conoce como ecuación del espejo

Si p tiende la infinito, entonces 1/p ˜0 y en la ecuación 3.4 q ˜ R/2, tal como se muestra en la (. 3.6)

En este caso en especial llamamos al punto de imagen el punto focal F y a la distancia de esta última la distancia focal f, donde:

3.5

La distancia focal es un parámetro particular de un espejo dado, y por lo tanto puede ser utilizado para comparar un espejo con otro. La ecuación del espejo se puede expresar en función de la distancia focal.

3.6

Imágenes Formadas Por Espejos Convexos

También conocido como espejo divergente, la imagen de la (3.7) es virtual porque los rayos reflejados sólo dan la impresión de originarse en el punto imagen, como se indica mediante las líneas punteadas. Además, la imagen siempre está cabeza arriba y siempre es menor que el objeto. Este tipo de espejos se utiliza con frecuencia en las tiendas para desanimar a los ladrones.

No deduciremos ecuaciones para los espejos esféricos convexos porque podemos utilizarlas ecuaciones 3.2, 3.4 y 3.6 tanto para espejos cóncavos como convexos, siempre y cuando sigamos el procedimiento siguiente. Identifiquemos la región en la cual los rayos luminosos se mueven hacia el espejo como el lado delantero del mismo y el otro lado como es trasero. Por ejemplo, en las (. 3.7 y 3.5).

 

Diagrama de rayos para los Espejos

La posición y el tamaño de las imágenes por los espejos se pueden determinar convenientemente mediante diagramas de rayos. Estas construcciones graficas revelan la naturaleza de la imagen y pueden ser utilizadas para verificar resultados calculados a partir de las ecuaciones del espejo y del aumento. Para dibujar el diagrama de un rayo, es necesario que sepamos la posición del objeto y la localización del punto focal, así como el centro de curvatura del espejo.

Entonces, dibujamos tres rayos principales para localizar la imagen como se muestra en los ejemplos de la (. 3.8)

En el caso de espejos cóncavos (vea las figuras 3.8a y 3.8b), trazamos los tres rayos principales siguientes:

1-El rayo 1, desde la parte superior del objeto, paralelo al eje principal, y se refleja a través del punto focal F.

2-El rayo 2, desde la parte superior del objeto a través del punto focal y se refleja paralelamente al eje principal.

3-El rayo 3, desde la parte superior del objeto a través del centro de la curvatura C y se refleja sobre sí mismo.

En el caso de los espejos convexos (ver la figura 3.8c), trazamos los tres rayos principales siguientes:

El rayo 1, de la parte superior del objeto paralelo al eje principal y se refleja alejándose del punto focal F

El rayo 2, de la parte superior del objeto hacia el punto focal del lado posterior del espejo y se refleja paralelamente al eje principal.

El rayo 3, de la parte superior del objeto hacia el centro de curvatura C en la parte posterior del espejo y se refleja sobre sí mismo.

Regla convencional para los signos de los espejos