REFRACCIÓN DE LA LUZ Y LEY DE SNELL

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda, cuando pasa de un medio a otro.

Índice de refracción

Como se ha dicho la rapidez de propagación de la luz cambia según el medio por el que viaja. El índice de refracción relaciona la velocidad de la luz en el vacío con la velocidad de la luz en el medio.

En la ecuación

c= es la velocidad de la luz en el vacío

v= velocidad de la luz en el medio

n= Índice de refracción

El valor del índice de refracción permite diferenciar medios más o menos refringentes. Así un medio con un valor pequeño de n es menos refringente, mientras mayor es

Ley de Snell

Imágenes de estudio

Refracción y reflexión

Imagen que muestra la refracción y reflexión de la luz al llegar a un medio, la cantidad de luz reflejada y refractada generalmente es de un 50%, sin embargo, existen recubrimientos (películas delgadas) que pueden hacer variar estos porcentajes.

Dispersión de la luz

Imagen que muestra la dispersión de la luz blanca, si nos damos cuenta cada una de las ondas debe experimentar la misma velocidad, recordemos que la frecuencia de una onda nunca cambia al pasar de un medio a otro, por ejemplo si viene una onda de luz blanca del aire al prisma tendremos: una disminución en la longitud de onda que se traduce en una disminución en su velocidad de propagación (velocidad de grupo), por lo tanto el índice de refracción para este estudio básico de la óptica no depende de la frecuencia de la luz. El color rojo tiene una mayor longitud de onda que el violeta, por ende al ingresar al prisma experimenta una disminución en su longitud de onda. Cada color tiene su propia velocidad de propagación dentro del prisma.

REFLEXIÓN TOTAL INTERNA

En la reflexión total interna, se produce cuando el rayo refractado desde un medio de mayor índice de refracción a uno menor, sale rasante a la superficie, por lo que decimos que el ángulo de refracción vale 90° con respecto a la norma y el valor que adquiere el ángulo de incidencia para lo cual ocurre se llama ángulo crítico

Ejercicio1

1. Calcule la velocidad de la luz en un aceite que tiene un índice de refracción de 1,4. Dato: velocidad de la luz en el vacío = 300 000 km/s.

Para obtener el valor solicitado, debemos utilizar la sencilla fórmula de:

$n=\frac{c}{v}$

Donde $n$ es el índice de refracción, $c$ es la velocidad de la luz en el vacío y $v$ es la velocidad de la luz en el medio que se está estudiando. De esta forma:

$n=\frac{c}{v}$
$1,4=\frac{300 ~ 000 ~ 000 \frac{m}{s} }{v}$
$v=\frac{300 ~ 000 ~ 000 \frac{m}{s} }{n}$
$v=214 ~ 285 ~ 714 m/s$

Ejercicio2

Un haz de luz pasa del aire a un medio, donde se propaga a $1,5\cdot 10^{8}\frac{m}{s}$ , con un ángulo de incidencia de 60º. Calcule el ángulo de refracción. Haga el esquema correspondiente.

En primer lugar, debemos calcular el valor del índice de refracción del medio, puesto que ya conocemos el valor del índice de refracción del aire (vale n=1). Para ello, aplicamos:

$n=\frac{c}{v}$
$n=\frac{300 ~ 000 ~ 000 \frac{m}{s}}{ 1,5\cdot 10^{8}\frac{m}{s} }$
$n=2$

Una vez obtenido el valor de n=2, hagamos el esquema correspondiente:

Ley de Snell y Refracción. — Esquema de la Actividad 2.

Como vemos, el ángulo de incidencia es $\alpha = 60^\circ$ . $n_{1}=1$ y $n_{2}=2$ . Para hallar el ángulo de refracción debemos aplicar la Ley de Snell, que nos dice: