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.
Indice 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= Indice 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
| Material | Índice de refracción |
|---|---|
| Vacío | 1 |
| Aire (*) | 1,0002926 |
| Agua | 1,3330 |
| Acetaldehído | 1,35 |
| Solución de azúcar (30%) | 1,38 |
| 1-butanol (a 20 °C) | 1,399 |
| Glicerina | 1,473 |
| Heptanol (a 25 °C) | 1,423 |
| Solución de azúcar (80%) | 1,52 |
| Benceno (a 20 °C) | 1,501 |
| Metanol (a 20 °C) | 1,329 |
| Cuarzo | 1,544 |
| Vidrio (corriente) | 1,52 |
| Disulfuro de carbono | 1,6295 |
| Cloruro de sodio | 1,544 |
| Diamante | 2,42 |
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(*) en condiciones normales de presión y temperatura (1 bar y 0 °C) Datos tomados de wikipedia |
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Aplicación
Problema I: Un rayo incide sobre un vaso que contiene bebida sprite. Un estudiante de primero medio decide aplicar sus conocimiento y quiere saber el índice derrefracción de la bebida y también la rapidez de la luz en su interior. Para ello seconsigue un transportador, lo pega en el vaso y hace incidir con láser de color rojo (λ=650 nm en el aire) detectando que el ángulo de incidencia es de 30° y el de refracción 23°. Conteste:
a) ¿ A qué índice de refracción llegó el estudiante?
b) ¿Qué longitud de onda tiene el rayo láser en la bebida?
c) ¿Cuál es la frecuencia de la luz?
d) ¿Qué velocidad lleva la luz láser en la bebida?
e) ¿Cuál sería el ángulo crítico para la interfaz sprite - aire?
Solución a) 1,28 indice de la sprite b) 508 nm en la bebida c) 4,6 x 10¹⁴ Hz d) 2,34 x 10⁸ m/s) e) 51,37° ángulo crítico
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.
Presentaciones usadas en clases
Imágenes de estudio
Refracción y reflexión
Imágen 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 (peliculas delgadas) que pueden hacer variar estos porcentajes.
Dispersión de la luz
Imágen 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
Videos para aprender