Definiciones :

Vamos a definir la reflexión y la refracción, a estudiar algunos parámetros y a ver como se refleja y como se refracta un rayo de luz que se transmite a través de medios densos, yendo de uno al otro (aire a agua, etc). Vamos a comprobar también como varían la reflexión y la refracción según el valor del ángulo de incidencia y según los medios materiales en los que se propaga.

ÁNGULO DE INCIDENCIA Y ÁNGULO DE REFRACCIÓN

Se llama ángulo de incidencia -i- al formado por el rayo incidente y la normal. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo.

El ángulo de reflexión -r- será el formado por el rayo reflejado y la normal.

El ángulo de refracción -r'- es el formado por el rayo refractado y la normal.

REFLEXIÓN: LEYES

Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión" :
1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, que se llama ángulo reflejado.
2.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano. (Si el rayo incidente se acerca al 2º medio en el plano del papel, el reflejado estará en ese plano y no se irá ni hacia adelante ni hacia atrás).

Pulsa aquí para ver una película de la reflexión de un rayo láser en una superficie metálica

La luz se refleja tambien en las superficies que no son lisas pero lo hace originando rayos que no son paralelos entre sí. Cada rayo del haz cumple las leyes de la reflexión, pero como la superficie es irregular las normales no son paralelas entre sí y, en consecuencia, los rayos reflejados no rebotan paralelos entre sí y la luz sale difusa. Gracias a que la luz que se refleja en nuestra cara es difusa se nos puede ver, si no deslumbraríamos :-)

Aplicación interactiva

INDICE DE REFRACCIÓN

Se llama índice de refracción absoluto "n" de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío "c" y la velocidad que tiene la luz en ese medio "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad y es una constante característica de cada medio: n=c/v.

Se puede establecer una relación entre los índices de los dos medios n₂ y n_1. En el applet de esta práctica se manejan estas relaciones.

Luz (onda electromagnética ):

Substancias	Aire	Agua	Plexiglás	Diamante
Indices de refracción	1.00029	1.333	1.51	2.417

Ondas de Sonido :

material	Aire	vapor de agua	Agua dulce	Agua de mar	Aluminio
Velocidad del sonido (m/s)	331	401	1493	1513	5104

REFRACCIÓN: LEYES

Se dice que un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes:

1.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.

2.- Se cumple la ley de Snell: sen i / senr=v1 / v 2 y teniendo en cuenta los índices de refracción: n1 sen i=n2 sen r.

La luz se refracta porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de la vibración no varía al pasar de un medio a otro, cambia la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad. La onda al refractarse cambia su longitud de onda. e=v·t que equivale a l=v·T ; l =v / n

Un rayo incidente cambia más o menos de dirección según el ángulo con el que incide y según la relación de los índices de refracción de los medios por los que se mueve.

Aplicación interactiva

Pulsa aquí para ver la película que muestra la refracción en las caras de un prisma

Con un sencillo punteo láser y un prisma de cristal dentro de un recipiente que tiene agua con unas pocas gotas de leche, puedes ver la trayectoria de rayo de luz dentro del agua al reflejarse y refractarse. Observa que siempre que hay reflexión hay refracción.

ÁNGULO LÍMITE

 

Si n₂ es mayor que n₁, como en el caso de la luz cuando pasa desde el aire (n ₁ ) al vidrio o al agua (n₂ ), el rayo refractado se curva y se acerca a la normal tal como indica la figura anterior. En caso contrario, es decir, si el rayo de luz pasara del medio 2 (agua) al medio 1 (aire) se alejaría de la normal.

Cuando el rayo de luz pasa de un medio por donde viaja más lento a otro en que viaja más rápido, se aleja de la normal, ....

pero puede llegar un momento en que a un determinado ángulo de incidencia le corresponde uno de refracción de 90º y entonces el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie de separación de ambos medios. Este ángulo de incidencia es el llamado ángulo límite o ángulo crítico. Para ángulos de incidencia mayores a él, el ángulo de refracción será mayor de 90º y el rayo no será refractado, puesto que no pasa de un medio a otro, produciéndose una reflexión total interna.

Pulsa aquí para ver una película que muestra la reflexión interna para un rayo incidente con ángulo superior al ángulo límite (un puntero láser lanza un rayo desde debajo de la superficie de agua con unas gotas de leche que nos permite ver su trayectoria. En realidad iluminamos desde el aire, primero el rayo pasa del aire al cristal de la pared del recipiente de este al agua y después rebota en la superficie del agua y se refleja hacia el interior).

 

SIEMPRE QUE SE PRODUCE REFRACCIÓN SE PRODUCE REFLEXIÓN

Practica con esta aplicación

Una parte del rayo incidente se refleja y otra se refracta. Cuando un rayo se refleja sin penetrar en el otro medio, parte de él es absorbido por la interacción con los átomos. Siempre que la radiación atraviesa un medio parte de ella es absorbida por el medio (no se transmite toda).