E1 Propagación de la Luz y Óptica Geométrica Básica

Tópico

La luz que sale de un objeto viaja, dentro de un medio homogéneo —un medio cuyas propiedades ópticas son las mismas en todos sus puntos—, en línea recta, siguiendo lo que este modelo llama un rayo óptico. Cada punto del objeto emite muchos rayos ópticos en distintas direcciones a la vez, y mientras esos rayos ópticos permanezcan dentro del mismo medio homogéneo, siguen viajando en línea recta sin desviarse, sin importar qué tan lejos recorran.

Un rayo óptico deja de viajar en línea recta sin desviarse cuando llega a una interfaz: el límite donde un medio homogéneo termina y empieza otro medio homogéneo distinto, con un índice de refracción diferente. El índice de refracción de un medio homogéneo describe qué tanto ese medio homogéneo frena a la luz que viaja dentro de él, en comparación con la velocidad que tendría esa misma luz en el vacío; cuanto mayor es el índice de refracción de un medio homogéneo, más lento viaja la luz dentro de ese medio homogéneo. El ángulo con el que un rayo óptico llega a una interfaz, medido respecto a la línea perpendicular a esa interfaz en el punto de llegada, se llama el ángulo de incidencia.

Cuando un rayo óptico cruza una interfaz hacia un medio homogéneo con un índice de refracción distinto al del medio homogéneo del que viene, el rayo óptico cambia de dirección justo en el punto donde cruza la interfaz, un cambio de dirección al que se le llama refracción. Cuanto mayor es la diferencia entre el índice de refracción del medio homogéneo de origen y el índice de refracción del medio homogéneo de destino, mayor es el cambio de dirección que sufre el rayo óptico al refractarse; si un rayo óptico pasa hacia un medio homogéneo con un índice de refracción más alto, se dobla acercándose a la línea perpendicular a la interfaz, y si pasa hacia un medio homogéneo con un índice de refracción más bajo, se dobla alejándose de esa misma línea perpendicular.

En cada interfaz, un rayo óptico no se refracta por completo hacia el nuevo medio homogéneo: una parte del rayo óptico se refleja de vuelta hacia el medio homogéneo de origen, sin cruzar la interfaz, un fenómeno al que se le llama reflexión, mientras que el resto del rayo óptico sí cruza la interfaz, refractándose hacia el nuevo medio homogéneo, un fenómeno al que se le llama transmisión. Cuanto mayor es la diferencia entre el índice de refracción de los dos medios homogéneos que se encuentran en una interfaz, mayor es la parte del rayo óptico que se refleja en esa interfaz, y menor es la parte del rayo óptico que se transmite hacia el otro lado.

Cuando la luz que sale de un objeto atraviesa varias interfaces seguidas, como las que forman la córnea y el cristalino antes de llegar a la retina, la refracción que sufre cada rayo óptico en cada interfaz determina, en conjunto, hacia dónde termina apuntando ese rayo óptico, y es la combinación de todos los rayos ópticos que salieron del mismo punto del objeto, refractados de la misma manera en cada interfaz, la que determina si esos rayos ópticos vuelven a converger en un único punto sobre la retina o no. Por eso este modelo de rayo óptico, refracción, reflexión y transmisión es la base de todos los cálculos posteriores sobre cómo se forma una imagen y cómo debe estar construido un lente para que esa imagen se forme exactamente donde se necesita.

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