Optica

3.1 OPTICA
Parte de la física que estudia las leyes y fenómenos de la luz. Se divide en dos partes.
3.2 OPTICA GEOMETRICA
Se ocupa de los fenómenos de radiación luminosa en medios homogéneos sin considerar su naturaleza u origen, los principios de las leyes de la óptica geométrica son:
1. propagación de la luz. En un medio homogéneo la luz se propaga en línea recta, cumpliendo así suprincipio de Fermat, que dice que el camino de dos puntos es una línea recta.
2. Independencia reciproca. Dado un haz de rayos luminosos, si se intercepta una parte con un cuerpo opaco los rayos restantes no interceptados no sufren variación.
3. Ley de reflexión. Fenómeno de reflexión.
4. Ley de refracción. Fenómeno de refracción.
3.3 OPTICA FISICA
Estudia la naturaleza (objeto luminoso o iluminado)y características de la luz (intensidad, velocidad, etc.).
Reflexión. Retorno de la luz por el mismo medio al llegar a la superficie.

LEYES:
I. El rayo incidente, el rayo reflejado y lo normal están en mismo plano.
II. El ángulo de incidencia y de reflexión deben ser iguales.
Refracción. Cambio de velocidad que experimenta la luz al pasar de un medio a otro. Se manifiesta por unavariación.
I. La normal, el rayo incidente y el rayo refractado están en el mismo plano.
II. A) Si la luz pasa de un medio menos refringente a otro más refringente, se acerca a la normal.
B) Si la luz pasa de un medio más refringente a otro menos refringente, se aleja de lo normal.
ANGULO LÍMITE:
Este concepto surge cuando la luz pasa de un medio menos refringente a otro más refringente.
Es el ángulode incidencia que corresponde a una refracción de 90°.

Teoría completa del Arco Iris
La primera teoría sobre la formación del arco iris se debe a Aristóteles. Para él simplemente era una reflexión especial de la luz sobre las nubes, formando un ángulo fijo.
Roger Bacon midió por primera vez el ángulo del arco. Obtuvo 42º para el arco primario y 8º más alto el secundario. (Si tomamos elcambio total de luz sería 138º para el primario y 130º para el secundario).


Ángulos del arcoiris
Teodorico de Freiberg, monje alemán, propone que cada gota es responsable de la formación del arco iris. Esta teoría es corroborada por Descartes tres siglos después.
El arco primario se forma gracias a que la luz se refracta al entrar en la gota y sale tras reflejarse en la cara interna. El arcosecundario sufre dos reflexiones. Al haber dos reflexiones en el arco iris secundario, pierde luz respecto al primario, por eso es más débil y más raro de ver en la Naturaleza.
Para una sóla dirección, tanto Teodorico como Descartes se dieron cuenta que dentro del margen de ángulos del arco iris, se veía un sólo color. Había que modificar la posición del observador para observar los otros ángulosde dispersión (y por tanto los colores). Ambos llegaron a la conclusión de que se observan todos los colores en la Naturaleza ya que las gotas de lluvia son muchas y para un observador, se dispersa la luz en toda la gama del espectro.


Visión de las gotas por un observador
Los procesos básicos que forman el arco iris son la reflexión y la refracción, o sea, el cambio de dirección en lapropagación de la luz debido al cambio del medio material.
El parámetro básico para determinar el cambio de dirección (ángulos de incidencia y salida -ley de Snell-) es el índice de refracción n. Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío ( aproximadamente) y la velocidad de la misma en el medio.

Se puede realizar un preanálisis sobre el arco iris aplicando sólo las leyes de lareflexión y la refracción. Admitiendo la esfericidad de las gotas, puedo estudiar el sistema en dos dimensiones admitiendo la simetría de revolución para los resultados. La dirección del rayo de luz solar es la horizontal y el único parámetro a tener en cuenta es la distancia al eje diametral de la circunferencia del rayo (llamado parámetro de impacto).

De la imagen de la derecha se desprende...