Refracción de la luz
Cómo se desvía un rayo al cambiar de medio, cuándo se refleja entero y por qué un prisma separa los colores.
Rayo de luz
97 % se refractaMedios
Ley de Snell: n₁·sen θ₁ = n₂·sen θ₂ → 1.333 · sen 35° = 1 · sen θ₂. Al pasar a un medio menos denso se aleja de la normal.
Qué es y cómo se usa
La luz va más despacio en el agua o el vidrio que en el aire. El índice de refracción, n = c/v, mide cuánto: 1,33 en el agua, 1,52 en el vidrio. Al pasar de un medio a otro con un ángulo, el rayo cambia de dirección según la ley de Snell: n₁·sen θ₁ = n₂·sen θ₂, con los ángulos medidos desde la normal.
Si la luz pasa a un medio de menor índice (del agua al aire), se aleja de la normal. A partir del ángulo límite, sen θ_L = n₂/n₁, ya no puede salir y se refleja entera: es la reflexión total, la que guía la luz por la fibra óptica y hace brillar los diamantes.
El índice también depende del color: el vidrio desvía más el violeta que el rojo. Es la dispersión, y por eso un prisma abre la luz blanca en un arcoíris. Cambia los medios, el ángulo y el prisma y mira qué pasa.
Ejemplo resuelto
Un rayo pasa del agua (n = 1,33) al aire (n = 1,00) con un ángulo de incidencia de 35°. ¿Con qué ángulo sale? ¿Cuál es el ángulo límite?
- Snell: 1,33 · sen 35° = 1,00 · sen θ₂.
- sen θ₂ = 1,33 · 0,574 = 0,763, así que θ₂ = arcsen 0,763 ≈ 49,7°.
- Ángulo límite: sen θ_L = n₂/n₁ = 1,00/1,33 = 0,752.
- θ_L = arcsen 0,752 ≈ 48,8°.
Sale a unos 49,7° de la normal; por encima de 48,8° habría reflexión total
Preguntas frecuentes
¿Por qué un lápiz parece roto dentro de un vaso de agua?
Porque la luz que sale del lápiz sumergido se desvía al pasar del agua al aire. Tu cerebro supone que la luz ha viajado en línea recta y coloca la parte sumergida en un sitio distinto del real, más arriba.
¿Cuándo hay reflexión total?
Solo cuando la luz va de un medio de mayor índice a uno de menor índice (del vidrio al aire, por ejemplo) y el ángulo de incidencia supera el ángulo límite. Del aire al agua nunca hay reflexión total.
¿Por qué el prisma separa los colores?
Porque el índice de refracción del vidrio es un poco mayor para la luz violeta que para la roja. Cada color se desvía un ángulo distinto en las dos caras y salen en direcciones separadas: es la dispersión.
¿Cambia la frecuencia de la luz al refractarse?
No. Al cambiar de medio cambian la velocidad y la longitud de onda (λ = λ₀/n), pero la frecuencia, que es la que fija el color, se mantiene.
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