Óptica geométrica: reflexión y refracción

Este cuestionario de Física de 2º de Bachillerato desarrolla la óptica geométrica, bloque que cierra habitualmente el temario de PAU (Selectividad) tras el estudio de las ondas, aplicando los mismos conceptos ondulatorios a la luz visible.

Se parte de la ley de Snell, n₁sin(θ₁)=n₂sin(θ₂), resolviendo un problema completo de refracción (rayo del aire a un medio de índice 1,50) y calculando el ángulo crítico para la reflexión total interna entre agua y aire —fenómeno que requiere pasar de un medio más denso ópticamente a uno menos denso y superar dicho ángulo, aplicación directa en fibra óptica—.

El bloque de lentes delgadas trabaja la ecuación fundamental 1/f=1/s'-1/s con su convención de signos, resolviendo un problema de formación de imagen para una lente convergente. Se estudian las propiedades cualitativas de lentes convergentes y divergentes: una lente divergente siempre forma imágenes virtuales, derechas y menores, mientras que una convergente puede formar tanto imágenes reales (objeto más allá del foco) como virtuales (objeto dentro de la distancia focal, como en una lupa) —una distinción que se corrige explícitamente en este cuestionario tras una revisión del material original—. La potencia de una lente, P=1/f en dioptrías con f en metros, se presenta como definición general válida para cualquier lente, positiva para convergentes y negativa para divergentes.

Se resuelven problemas numéricos de aplicación directa: cálculo de la distancia focal a partir de la potencia en dioptrías, y determinación de las características de la imagen (real/virtual, mayor/menor, derecha/invertida) según la posición del objeto respecto al foco y al doble de la distancia focal.

Se completa el bloque con espejos: un espejo convexo siempre produce imágenes virtuales, derechas y menores, independientemente de la posición del objeto; y un caso conceptual de espejos planos donde se analiza la velocidad relativa entre un objeto que se acerca y su imagen. Finalmente, se insiste en que la frecuencia de la luz es una propiedad de la fuente que no cambia al atravesar distintos medios —lo que sí varía es la velocidad de propagación y, en consecuencia, la longitud de onda—.

Las 12 preguntas combinan problemas numéricos completos (ley de Snell, ecuación de lentes, ángulo crítico, potencia) con preguntas conceptuales sobre las propiedades de lentes y espejos. Las 12 flashcards resumen todas las fórmulas del bloque para el repaso final.

• Aplicar la ley de Snell para calcular ángulos de refracción y el ángulo crítico de reflexión total interna
• Resolver problemas de formación de imágenes con la ecuación fundamental de las lentes delgadas y su convención de signos
• Distinguir las propiedades de las imágenes formadas por lentes convergentes y divergentes, incluyendo cuándo una convergente forma una imagen virtual
• Calcular la distancia focal de una lente a partir de su potencia en dioptrías y viceversa
• Explicar por qué la frecuencia de la luz permanece constante al cambiar de medio mientras que la longitud de onda varía

"Una lente delgada convergente tiene una distancia focal de f=20 cm. Si colocamos un objeto a 30 cm de la lente, aplicando 1/f=1/s'-1/s con s=-30, obtenemos 1/s'=1/20-1/30=1/60, por tanto s'=60 cm. Una lente divergente siempre forma imágenes virtuales; una lente convergente puede formar imágenes reales o virtuales según la posición del objeto."