Este documento describe la naturaleza de la luz y las leyes de la óptica. Explica las primeras teorías corpusculares y ondulatorias de la luz propuestas por Newton y otros. También describe las leyes de la reflexión, refracción y óptica geométrica, incluida la ley de Snell. Finalmente, presenta varias fórmulas ópticas importantes relacionadas con espejos, lentes y microscopios.

1. LA NATURALEZA DE LA LUZ Y
LAS LEYES DE LA OPTICA
CHRISTIAN DAVID ALCOSER PINDA
FISICA FUNDAMENTAL
NRC: 7839

2. La naturaleza de la luz
 Los fenómenos luminosos y la naturaleza de la
luz fueron desde siempre un misterio apasionante
que acaparó la atención de los pensadores más
antiguos. La historia de la ciencia nos proporciona
sucesivas hipótesis que intentan dar una
explicación a tales hechos. La principal
controversia se centró, durante mucho tiempo, en
si la luz era una onda o una partícula
(corpúsculo).

3. Primeras teorías
 Teoría corpuscular: En 1671 Newton expuso
que La reflexión de la luz consiste en la
incidencia de dichos corpúsculos en forma
oblicua en una superficie espejada, de manera
que al llegar a ella varía de dirección pero
siempre en el mismo medio.

4. Con esta Teoria se puede explicar que :
 la propagación rectilínea de la luz en un medio, consecuencia de las trayectorias
rectilíneas de los corpúsculos, que se ponía de manifiesto en la existencia de las
sombras nítidas de los objetos
 la reflexión, suponiendo un choque perfectamente elástico de los corpúsculos
luminosos con la superficie del objeto opaco iluminado

5. Explicación corpuscular de reflexión y
refracción
 Newton explicaba la reflexión y la refracción de la luz a
partir de la cantidad de movimiento 𝑝 de las partículas.
En la figura 1 podemos ver las componentes tangencial
𝑝𝑡 y normal 𝑝 𝑛 en distintos momentos de la reflexión y
la refracción. En el caso de la refracción, la componente
normal 𝑝 𝑛 '' aumenta su valor, al ser acelerada por el
agua según Newton. Esto conduciría a que:
 𝑝′′ > 𝑝′ y por tanto 𝑣′′𝑙𝑢𝑧 > 𝑣𝑙𝑢𝑧

6. Teoría ondulatoria
 Todos los puntos de un frente de ondas eran centros emisores de ondas secundarias
 De todo centro emisor se propagaban ondas en todas direcciones del espacio con
velocidad distinta en cada medio.
 Como la luz se propagaba en el vacío y necesitaba un material perfecto sin
rozamiento, se supuso que todo el espacio estaba ocupado por éter, que hacía de
soporte de las ondas

7. Formulas naturaleza de la luz
 índice de refracción absoluta
 𝑛 =
𝑣0
𝑣
 Índice de refracción relativo
 𝑛 𝟐,𝟏 =
𝑛2
𝑛 𝟏
=
𝑣2
𝑣 𝟏
=
𝜆2
𝜆 𝟏
 Reflexión: Angulo incidente y reflejado
 𝑖 = 𝑟

8.  Ley de Snell de refracción de la luz

sin 𝑖
sin 𝑟
=
𝑛1
𝑛2
 Angulo critico
 𝜃𝒄 = sin−1 𝑛2
𝑛1
 Dispersión de la luz
 𝑉 =
𝑛 𝐷−1
𝑛 𝐹−𝑛 𝑐

9. OPTICA GEOMETRICA
 La óptica geométrica estudia el
comportamiento de la luz al reflejarse o
refractarse en objetos de un tamaño
mucho mayor que la longitud de onda de
la luz.

10. Ley de Reflexión de la Luz
 Esta ley dice que cuando un rayo de luz incide
sobre una superficie reflejante plana el ángulo
de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Se
llama ángulo de incidencia al que forma el rayo
incidente con la (recta) normal al plano reflejante
y se llama ángulo de reflexión al que forma el
rayo reflejado con la normal al plano reflejante.

11. Leyes de óptica geométrica
 1ª Ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se
encuentran en un mismo plano. El ángulo que forma el rayo
refractado con la normal se denomina ángulo de refracción.
 2ª Ley: el seno del ángulo de incidencia es inversamente
proporcional al índice de refracción del medio incidente y el
seno del ángulo de refracción es inversamente proporcional al
índice de re refracción del medio en que se refracta. Esto se
conoce como Ley de Snell.

12. PRISMA DE REFLEXIÓN TOTAL
 Un trozo de paralelepípedo rectangular
de vidrio trasparente, constituye un
prisma de reflexión total. Un rayo que
incide normalmente sobre alguno de sus
catetos, se refleja totalmente

13. Formulas ópticas
 Espejos
 𝐴 =
𝑌′
𝑌
=
𝑆′
𝑆′

1
𝑆′
+
1
𝑆
=
1
𝑓
 𝑆 = 𝑠𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑎 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎
 𝑌 = 𝑠𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑎

14.  Ecuación fundamental dioptrio esférico


𝑛
`𝑠′ −
𝑛
𝑠
=
𝑛′−𝑛
𝑅
 Ecuación focal espejo esférico


1
𝑠′
+
1
𝑠
=
1
𝑓
=
2
𝑅
 Ecuación fundamental lente delgada


𝑛
𝑠′
−
𝑛
𝑠
= 𝑛′ − 𝑛
1
𝑅1
−
1
𝑅2
 Potencia óptica de una lente

 𝑃 =
1
𝑓′

15.  Distancia focal imagen de varias lentes delgadas unidas


1
𝑓′
=
1
𝑓′1
+
1
𝑓′2
+ ⋯ +
1
𝑓′
𝑛

 Formula de Gauss de las lentes delgadas


1
𝑠′
+
1
𝑠
=
1
𝑓′
= −
1
𝑓
 Aumento del microscopio
 𝐴 = 𝐴 𝑜𝑏𝑗 ∗ 𝐴𝑎 𝑜𝑐 =
𝑑
𝑓′ 𝑜𝑏𝑗
∗
𝑥𝑝
𝑓′ 𝑜𝑐

16.  Numero de imágenes sistema de espejos planos

 𝑁 =
360
𝜃
− 1
 Distancia focal espejo plano
 𝑓 = ∞

 Aumento lateral lente delgada
 𝐴𝑙 =
𝑦′
𝑦
=
𝑠′
𝑠