REFRACCIÓN

Definición Índice de refracción
Leyes de la refracción
Ángulo límite
Aplicación interactiva

Animación de la demostración de la ley de Snell


DEFINICIÓN

Es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio.

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ÁNGULO DE INCIDENCIA Y ÁNGULO DE REFRACCIÓN

Se llama ángulo de incidencia -i-  el 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 refracción -r'-  es el formado por el rayo refractado y la normal.

ÍNDICE 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, es una constante característica de cada medio: n = c/v.

Se puede establecer una relación entre los índices de los dos medios n2 y n1. En el applet de esta práctica se manejan estas relaciones:

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

material aire vapor de agua agua dulce agua de mar aluminio
Velocidad del sonido (m/s) 331 401 1493 1513 5104

REFRACCIÓN: LEYES

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 un mismo plano.

Ver una animación con la demostración

Snell

2.- Se cumple la ley de Snell:

L_Snell

y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta:

n1sen i = n2 sen r.

Cuando la luz se refracta cambia de dirección 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, lo que cambia es 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 = v / n

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

Aplicación interactiva

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 muestra la figura de inicio de esta página.

En el caso contrario, es decir, si el rayo de luz pasa del medio 2 (agua) al medio 1 (aire) se aleja de la normal.

Cuando el rayo de luz pasa de un medio más lento a otro más rápido se aleja de la normal.

 

Ángulo límite

 

A un determinado ángulo de incidencia le corresponde un ángulo de refracción de 90º y el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie de separación de ambos medios.

Este ángulo de incidencia se llama ángulo límite o ángulo crítico.

 

Para ángulos de incidencia mayores que él, el ángulo de refracción será mayor de 90º y el rayo no será refractado, ya que no pasa de un medio a otro: se produce una reflexión total interna.

Al incidir un rayo sobre una superficie transparente parte de él se refleja.

SIEMPRE QUE SE PRODUCE REFRACCIÓN TAMBIÉN SE PRODUCE REFLEXIÓN

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Una parte del rayo incidente se refleja y la 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, una parte de ella es absorbida por el medio (no se transmite toda).

Practica con esta aplicación

En la fibra óptica la luz se propaga por reflexión total interna. En las múltiples reflexiones siempre supera el ángulo límite y el rayo se mantiene dentro de la fibra. Pulsa en este enlace para ver una animación.