La refracción de la luz


1. ¿Está rota la cuchara? Concepto de refracción.

2. Leyes de refracción.

Vídeo. Refracción de la luz.

3. El prisma de Newton y la difracción de la luz.




1. ¿Está rota la cuchara? Concepto de refracción.

Seguramente hayan visto alguna vez una cuchara metida en un vaso con agua (como en la imagen) y nos da la sensación de que está rota. El suceso ante el que nos encontramos se llama refracción.

La refracción se define como el cambio de dirección de una onda cuando pasa de un medio a otro. En el contexto de óptica dicha onda es la luz.

De hecho en el ejemplo anterior existe un cambio de dirección de la luz; si no lo hubiera, veríamos la cuchara como si nada, sin embargo, la vemos deformada. De acuerdo a la definición la luz ha debido de pasar de un medio a otro: sí, pasó del aire al agua.

Supón ahora, que estamos debajo del mar con ese vaso y esa cuchara, ¿la veríamos ahora deformada? Que va, ahora no puede haber refracción pues la luz no ha pasado de un medio a otro.


2. Leyes de refracción.

Cuando la luz pasa de un medio a otro su frecuencia no varía (su color), sin embargo, sí que cambian su velocidad de propagación y su longitud de onda. Fíjate por qué no cambia la frecuencia:
-si la onda se mueve más rápido (velocidad de propagación), la frecuencia será mayor pues habrá más oscilaciones por unidad de tiempo;
-al ser mayor la longitud de onda (consulta el
glosario) la onda al ser más "larga" tarda más en completar una oscilación
Por una lado se desplaza más rápido y por otro lado tarda más en completar una oscilación; estas dos ideas se contrarrestan de forma que la frecuencia se mantiene constante.

En óptica, cada medio: aire, agua, aceite,... tiene asociado un número, llamado índice de refracción (n). El índice de refracción de un medio se calcula dividiendo la velocidad de la luz en el vacío (c), redondeando unos 300.000 km/s, y la velocidad de la luz en el medio en cuestión (v):

La primera de las leyes de refracción dice lo siguiente:

El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están siempre en un mismo plano.

¿Te preguntas qué es la normal? ¿No te "sitúas"? Pulsa en esta imagen para ampliarla.

La segunda ley de la refracción es la Ley de Snell, que dice lo siguiente:

Ley de Snell:
"Dados dos medios cualesquiera y un rayo de luz cualquiera que pasa del uno al otro, siempre se tiene que: el producto del seno del ángulo de incidencia por el índice de refracción de dicho medio es igual al producto del seno del ángulo de refracción por el índice de refracción del segundo medio".

Matemáticamente (donde alfa es el ángulo de incidencia, n1 es el índice de refracción del primer medio, beta es el ángulo de refracción y n2 es el índice de refracción del segundo medio):

Pulsa en la imagen anterior para observar qué es eso del ángulo de incidencia y el ángulo de refracción.





En este video con un sencillo experimento se muestra claramente como la refracción afecta únicamente a los rayos de luz (u ondas en general) que inciden de forma oblicua. En el caso de que incidan perpendicularmente (los dos primeros ejemplos que se nos muestran) Se produce un cambio de velocidad ya que los dos medios (el aire y el interior del prisma) tienen distinto indice refracción, pero al incidir perpendicularmente el rayo no se desvia y por tanto, tampoco hay refracción.



3. El prisma de Newton y la difracción de la luz.