¿Qué es un prisma? – Definición y refracción

¿Qué es un prisma?

¿Alguna vez te has preguntado por qué hay arcoíris? ¿Alguna vez viste un prisma funcionar y te preguntaste por qué un prisma parece crear arcoíris? Bueno, en esta lección aprenderá sobre prismas, cómo funcionan, por qué funcionan y qué aplicaciones pueden tener para los fenómenos cotidianos.

Un prisma es un objeto hecho de un material transparente, como vidrio o plástico, que tiene al menos dos superficies planas que forman un ángulo agudo (menos de 90 grados). La luz blanca está compuesta por todos los colores del arco iris. Cuando la luz blanca pasa a través de un prisma, los colores del arco iris emergen del prisma como en la figura de aquí. Aprenderemos más sobre por qué un prisma difunde luz blanca sobre los colores del arco iris.

Definición de refracción

¿Alguna vez has notado que las personas que están en una piscina siempre parecen más bajas de lo que realmente son o que una cuchara en un vaso de agua parece estar doblada? La razón por la que ocurren estos fenómenos se debe al concepto de refracción , que es simplemente la curvatura de una onda de luz. Para comprender mejor qué es la refracción y por qué ocurre, debemos observar qué le sucede a la luz cuando pasa de un medio a otro (como del aire al agua o del vacío al aire).

Índice de refracción

La velocidad de la luz en el vacío se indica con la letra c y tiene un valor de 300.000.000 metros por segundo (m / s). Cuando la luz pasa del vacío a otro medio, la luz se ralentiza. Cuánto se ralentiza depende de algo llamado índice de refracción , que se indica con la letra n . El índice de refracción es una propiedad de un material (o medio). Cuando la luz entra en un medio más denso, se ralentiza más. Cuanto más denso sea el material, más lenta viajará la luz a través de ese medio. La velocidad de la luz en un material, denotada por v , cambia de acuerdo con la siguiente fórmula:

La tabla aquí es una muestra de diferentes materiales y su correspondiente índice de refracción:

Según el índice de refracción, la velocidad de la luz es más rápida en el vacío y más lenta en el diamante. La razón por la que la luz se ralentiza es porque se dobla a medida que pasa de un medio a otro. La figura aquí ilustra un rayo de luz incidente que entra en el agua (rayo de luz roja) y se refracta a medida que pasa del aire al agua (rayo de luz azul).

La ley de Snell

La ley que gobierna la curvatura de la luz a medida que pasa de un medio a otro se llama Ley de Snell y viene dada por la ecuación aquí:

Todos los ángulos de la ley de Snell se miden a partir de la normal (la línea vertical discontinua imaginaria que se muestra aquí).

Cuando la luz pasa de un medio con un índice de refracción más pequeño a uno con un índice de refracción más grande, el ángulo se vuelve más pequeño (se inclina hacia lo normal). Un ejemplo sería cuando la luz pasa del aire al agua, y otro ejemplo sería del aire al vidrio. Cuando la luz pasa de un medio con un índice de refracción más grande a un medio con un índice de refracción más pequeño, como del agua al aire, el ángulo se hace más grande (o se aleja de lo normal).

La refracción explica por qué la luz se dobla en un prisma, pero ¿también explica por qué los colores del arco iris emergen de un prisma? Sí lo hace. Pero para explicar por qué surgen los colores, necesitamos observar dos propiedades más de las ondas de luz.

Propiedades de las ondas

Cada onda tiene dos propiedades importantes, una longitud de onda y una frecuencia. La longitud de onda es la distancia sobre la que se repite la forma de una onda. La figura aquí ilustra el concepto de longitud de onda.

La frecuencia de una onda se define como el número de oscilaciones, o longitudes de onda completas, por segundo. La velocidad de cualquier onda, incluidas las ondas de luz, se puede escribir como un producto de la longitud de onda y la frecuencia.

Cuando una onda de luz pasa de un medio a otro, la frecuencia de la onda permanece sin cambios. Sin embargo, la longitud de onda cambia, lo que hace que la onda cambie de velocidad a medida que se mueve de un medio a otro. La tabla aquí muestra las longitudes de onda de la luz visible:

Dado que la luz blanca se compone de todos los colores enumerados en la tabla, cuando la luz blanca entra en un prisma y la luz se dobla, la luz blanca se extiende a los diferentes colores del arco iris. Este proceso se llama dispersión . Las longitudes de onda más grandes tienen una velocidad mayor (rojo y naranja) y las longitudes de onda más pequeñas tienen una velocidad más baja (azul y violeta). Dado que tienen diferentes velocidades a través del prisma, se doblan en diferentes cantidades a medida que salen del prisma.

El ejemplo más espectacular de dispersión es el arcoíris. Hay dos cosas principales que deben estar presentes para que ocurra un arco iris: gotas de lluvia y luz solar. Las gotas de lluvia actúan como pequeños prismas, y cuando la luz blanca del sol se encuentra con las gotas de lluvia, la luz blanca se difunde en los colores del arco iris. Hay muchas gotitas en el cielo, lo que hace que el efecto se magnifique en lo que vemos como el arco iris.

Resumen de la lección

La luz blanca es la combinación de todos los colores del espectro visible de luz (que tienen diferentes longitudes de onda). Un prisma es un dispositivo triangular transparente hecho de plástico o vidrio (o cualquier material transparente). Cuando la luz blanca atraviesa un prisma, la luz se dobla debido al fenómeno llamado refracción. La refracción es el proceso de desviar la luz cuando la luz pasa de un medio (como el aire) a otro medio (como el agua o el vidrio).

La flexión ocurre porque la luz cambia de velocidad a medida que pasa de un medio a otro. Las ondas tienen una longitud de onda (la distancia sobre la que se repite la forma de una onda) y una frecuencia (el número de oscilaciones o longitudes de onda completas por segundo). Y cuando la luz se refracta, la frecuencia permanece constante pero la longitud de onda cambia. Dado que la luz blanca se compone de una variedad de diferentes longitudes de onda, la luz se dispersa a través del prisma, que separa la luz en diferentes longitudes de onda (o colores). Entonces, cuando la luz blanca pasa a través de un prisma, un arco iris emerge del otro lado.

Puntos clave

La luz blanca entra en un prisma y emerge como un arco iris

• La luz blanca es la luz que incluye todos los colores del espectro.
• La refracción es el proceso de desviar la luz blanca a medida que viaja entre medios debido al cambio de velocidad.
• Los prismas funcionan refractando la luz blanca, que separa los colores, provocando un arco iris

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado con esta lección, debería poder:

• Explica qué es un prisma y cómo refracta la luz blanca.
• Recuerde la ley de Snell y cómo se usa
• Recite por qué la luz se refracta cuando se mueve entre dos medios.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador