Refracción
Keywords: Refracción, Espejismo, Ley de Snell, Longitud de onda, Onda, Principio de Fermat, Velocidad (física), Wikipedia
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Introducción
Refracción es el cambio de dirección de una onda debido al cambio de velocidad. Esto ocurre cuando las ondas pasan de un medio con un índice de refracción dado a un medio con otro índice de refracción.
Un ejemplo de este fenómeno lo vemos cuando introducimos un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado (como dato, el origen de la palabra "refracción" es la palabra latina fractum, el mismo que el de la palabra "quebrado").
También ocurre este fenómeno cuando la luz pasa por una capa de aire sobre una superficie caliente, produciendo un espejismo. La refracción de la luz sobre la superficie de un medio es explicada por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios inhomogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico más corto.
Desarrollo
La refracción se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente y sufre un cambio de velocidad y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie.
La refracción es el cambio brusco de dirección que experimenta un rayo luminoso en su propagación al cruzar con cierto ángulo de incidencia la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta densidad como consecuencia de la distinta velocidad de propagación de la luz en cada uno de estos medios.
Leyes de Snell sobre la refracción:
Ley nº 1 – El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
Ley nº 2 – La relación existente entre el seno del ángulo de incidencia ( i ) y el de refracción ( r ) es constante y es numéricamente igual al cociente entre las respectivas velocidades de propagación de la luz en los medios considerados.
n1 · sen i = n2 · sen r
La mayor o menor desviación o aproximación a la normal que sufre un rayo incidente al atravesar un medio transparente depende de:
La densidad óptica; a mayor densidad mayor desplazamiento.
El ángulo de incidencia.
La longitud de onda del rayo incidente.
La densidad óptica relativa de un medio determinado respecto al vacío se expresa mediante el índice de refracción de ese medio que es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio. No puede ser inferior a 1 ni superior a 2.
Respecto al ángulo de incidencia, según sea el ángulo de incidencia así se producirá mayor o menor refracción. Hay cuatro variantes diferentes, aunque antes hay que explicar el concepto de “ángulo crítico”.
Ángulo Crítico: es el ángulo de incidencia al que corresponde un ángulo de refracción de 90º.
-Cuando el rayo incidente llega perpendicular a la superficie del medio no hay refracción.
-Cuanto mayor sea el ángulo de incidencia, mayor será el grado de desviación.
-Cuando un rayo incidente atraviesa otro medio con un ángulo de incidencia igual al ángulo crítico, al emerger lo hará a lo largo de la superficie del medio, produciéndose la llamada “emergencia de roce”.
-Un rayo que incida con un ángulo superior al crítico no se refracta sino que se refleja, produciéndose el fenómeno de reflexión total de la luz.
La velocidad de propagación de la luz está en relación con la longitud de la onda. Cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada longitud de onda sufre una ligera desviación; este fenómeno es conocido como “dispersión”. Por ejemplo, al llegar a un medio más denso, las ondas más cortas pierden velocidad sobre las largas (ej: cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta 4 veces más dispersadas que las largas (por eso el cielo se ve azulado ya que la luz se topa con polvo, humo etc. que la dispersa).