Refracción de la luz

Cuando llega la onda de la luz a la frontera de dos medios, una parte de ella se refleja y la otra se transmite. La características más llamativa de esta que es transmitida al otro lado de la superficie de la frontera, es que sus rayos no consevan la misma dirección que los de la nda incidente. este fenómeno en el que se presenta la flexión de los rayos en la transmisión de ondas se denomina refracción.

Para describir de forma geométrica la refracción de la luz, es conveniente definir los siguientes elementos como los que se ilustran en la fig: 

1.  El rayo incidente es el rayo que llega o incide en la frontera de los medios.
2. El rayo refractado es el rayo que se transmirte por el segundo medio, una vez llega a la frontera.
3. La normal es la recta perpendicular a la línea que divide los dos medios, es decir, la superficie del segundo medio.
4. ángulo de incidencia es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal, de denota con la letra i.
5. ángulo de refracción es el ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, se identifica con r'.

• La ley de la refracción

La experiencia muestra que los rayos incidentes y refractados cumplen las siguientes leyes:

• Cada rayo de onda incidente y el correspondiente rayo de la onda transmitida forman un plano que contiene a la recta normal a la superficie de separación de los dos medios.

• La relación entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción es una relaciónconstante e igual al cociente entre la velocidad con que se propaga la luz en el primer medio y la velocidad con que se propaga en el segundo medio.

Un fenomeno que tiene mucha relación con la reflexión total es el de los espejismos. Estos producen cuando el índice de refracción de un medio cambia cierta dirección, dando origen a una refracción continua de los rayos luminosos y, por tanto, a una desviación de la trayectoria rectilínea inicial. Así, en los días calurosos, el aire que se encuentra justo encima de la superficie terrestre presenta  un menor índice de refracción que el aire de las capas superiores, por lo que la impresión de la existencia de agua en el suelo y de comportarse de manera similar a un espejo.

• Algunas aplicaciones de la refracción 

1. Fibra óptica  

La propiedad de reflexión total es el principio de la fibra óptica y equivale a entubar la luz de un lugar a otro, a través, de una fibra de vidrio o en barras de plástico que están revertidas por una sustancia cuyo índice de refracción es menor. Cuando la luz penetra en el núcleo del tubo se dirige hacia el límite de las dos sustancias, en donde se produce  una reflexión total que al volver a chocar contra el límite entre los medios, vuelve a reflejarse totalmente siguiendo una trayectoria en zigzag.

En la comunicación, la fibra óptica ha óptica ha desplazado a los gruesos, voluminosos y costosos alambres de cobre porque a diferencia de la electricidad, la luz no se afecta mucho con los cambios de temperatura y las flutuaciones de los campos eléctricos vecions, por lo que la señal es más clara.

 2. El prisma óptico

Un prisma es un medio transparente limitado por dos caras no paralelas, el cual refleja el 100% de la luz que incide sobre él , contrariamente a los espejos plateados o aluminados que sólo reflejan el 90%. Esta es la razón por la que en muchos instrumentos ópticos se usan los primas en lugar de los espejos.

En la siguiente image, se representa la incidencia de un rayo de luz sobre un prisma. La parte a de la figura, muestra que la dirección del rayo reflejado que emerge, sufre una desviación de 180º  con respecto al rayo incidente, mientras en la parte b se observaque no cambia la dirección del rayo. Sin embargo la dirección de la imagen es distinta a la del objeto. 

Los prismas ópticos se utilizan en aparatos como los binoculares, en donde se usan pares de prismas para alargar el recorrido de la luz y así obtener una buena imagen derecha.

• Dispersión De La Luz.

1. Descomposición De La Luz

cuando un rayo de luz solar, llamada luz visible, atraviesa un medio transparente que no sea el vacío, aparece una serie de colores. Este fenómeno llamó atención de Newton que intento determinar el por qué de la aparición de dichas franjas de colores en las lentes utilizadas en los telescopios, defecto denominado aberración cromática.

Después de varios experimentos, Newton hizo pasar un rayo de luz blanca por un prisma óptico y consiguió una banda de colores que iba desde color rojo hasta el violeta a la que llamó espectro. se hacia pasar uno de estos colores por otro primas obtendría luz del mismo color; pero se colocaba el prisma invertido y hacía pasar por él todos los colores a la vez obtendría de nuevo una luz blanca.

El fenómeno que permite descomponer la luz blanca en luces de distintos  colores se denomina dispersión de la luz. Debido a que la luz está conformada por un conjunto de radiaciones, cada una de ellas con una longitud de onda diferente, su velocidad de propagación es diferente para cada medio trasparente cuyo índice de refrasión es diferente para cada color.

2. El Arco iris 

El arco iris es un fenómeno natural que se forma por causa de la dispersión de la luz. para observarlo, el sol debe iluminar una parte del cielo, las nubes deben tener gotas de agua o deben estar cayendo en la parte contraria del cielo iluminado. Cada una de las gotas esféricas de agua actúan como primas produciendo de esta manera la dispersión de la luz.

Cuando la luz incide en la gota, una parte se refleja y la otra se refracta al atravesarla. el rayo que se refracta, incide con la pared de la gota reflejándose de nuevo de trasmitiéndose, al aire, mientras el rayo que se refleja provoca una inversión. Por esta razón en ocasiones se observa un segundo arco iris con los colores invertidos, denominado arco iris secundario.