Este programa corresponde al curso temático de óptica física y geométrica; la óptica física conteniendo las teorías acerca de la luz y las magnitudes asociadas a las ondas; y la óptica geométrica con el fenómeno de la reflexión en espejos planos y esféricos y la refracción en dioptrios planos, esféricos, lentes y prismas. Los contenidos incluyen enlaces a clases en video y a simulaciones interactivas.
1) Las ondas mecánicas y electromagnéticas
Óptica física: introducción a ondas, ondas mecánicas. Las ondas transversales en un cuerda. Las ondas longitudinales, el sonido. La luz es una onda electromagnética. La velocidad de la luz en el vacío: constantes eléctrica y magnética. Las ondas en un líquido con el simulador PhET. Las ondas de presión del sonido con el simulador PhET. Las ondas luminosas con el simulador PhET. Principales magnitudes asociadas a las ondas: periodo, frecuencia, velocidad de propagación y longitud de onda λ. Relación matemática entre ellas. El espectro electromagnético: distintos tipos de ondas electromagnéticas. Los colores primarios aditivos (Rojo, Verde y Azul). Los colores primarios sustractivos (Cian, Magenta, Amarillo).
2) Las teorías acerca de la luz
Primera teoría científica de la luz: la teoría corpuscular de Newton. Experimento de Newton: dispersión de la luz blanca con un prisma óptico. El prisma de Newton y el arco iris con simuladores interactivos. Teoría ondulatoria de la luz: Principio de Huygens (teoría y simulación). La interferencia de la luz: experimento de la doble rendija de Young. Difracción de la luz, experimento con una sola rendija de Fraunhofer, patrones de difracción. Teoría electromagnética de Maxwell, experimento de la polarización de la luz. La teoría cuántica de la luz de Planck y Einstein, el fotón de luz. La emisión de la luz: teoría cuántica. Espectros de emisión de distintos cuerpos. La absorción de la luz por un cuerpo. Espectros de absorción. Teoría actual de la luz: Dualidad onda-partícula de De Broglie, la vuelta a la teoría corpuscular con Einstein y Planck.
3) Reflexión, Leyes. Espejos planos y esféricos
Óptica geométrica: la reflexión de la luz en espejos, sus leyes, demostración. Reflexión en espejo plano: imagen, inversión lateral. Espacios virtuales. Espejos esféricos cóncavos y convexos. Fórmula de Descartes para imagen en espejo cóncavo, demostración de fórmulas. Foco y distancia focal. Reglas para el trazado de rayos en espejos cóncavos. Aumento lateral m en espejos esféricos, demostración. Convenciones de signos de distancia objeto, imagen y focal. Simulador: todas las imágenes posibles en espejos cóncavos. Espejos convexos o divergentes. Imágenes en espejos convexos, reglas para trazar rayos. Uso del espejo convexo en seguridad y vigilancia. ¿Por qué un espejo convexo tiene más campo visual que un espejo plano?
4) Refracción en dioptrio plano
La refracción: el índice de refracción n, definición y tabla de valores típicos. Variación del índice de refracción con la longitud de onda de la luz. Índice de refracción relativo. Leyes de la refracción: demostración de la ley de Snell en dioptrio plano. Reflexión parcial. Ángulo límite para la reflexión interna total. Prisma de reflexión total. El prisma de Porro. Reflexión total en el doble prisma de Porro (binoculares prismáticos) y en fibra óptica: experimento de Colladon. Refracción en medios no homogéneos: el espejismo. Profundidad aparente: imagen en un dioptrio plano. Efecto de la varilla quebrada.
5) Refracción en dioptrio esférico. Lentes
Refracción en un dioptrio esférico: demostración de la fórmula de la imagen. Aumento lateral m en un dioptrio esférico. Dioptrio plano equivale a dioptrio esférico de radio infinito. Lentes delgadas: demostración de la fórmula del constructor de lentes. Ecuación de Gauss o de los focos conjugados. Lentes convergentes y divergentes. Potencia de una lente. Convenciones a utilizar en lentes y dioptrios esféricos de distancias objeto, imagen y focal. Convención de signos de los radios de curvatura en dioptrios y espejos esféricos. Tipos de lentes: Convergentes (biconvexa, plano-convexa y menisco convergente) y Divergentes (bicóncava, plano-cóncava y menisco divergente). Reglas para el trazado de rayos en lentes. Simulador: Tipos de lentes. Aumento lateral m en una lente. Imágenes en lentes convergentes: distintos tipos. Imágenes en lentes divergentes. Dos lentes adosadas. Dos lentes asociadas: el microscopio compuesto.
6) Refracción en dos caras planas no paralelas: Prisma Óptico