Refracción de la Luz: Definición, causas y ejemplos

¿Qué es la refracción de la luz?

La luz está por todas partes y permite a la gente ver las cosas. También tiene algunos efectos extraños, provocando fenómenos como arco iris en el cielo o la distorsión de objetos bajo el agua (por ejemplo, algo que parece más cerca de lo que realmente está). Esto se debe a que cuando la luz pasa de un objeto o material a otro, se ralentiza o acelera. Este proceso de cambios de velocidad a través de los límites del medio provoca un efecto conocido como refracción.

¿Qué es la luz?

La luz es una onda electromagnética. Aunque en el nombre hay «onda», la luz se comporta de manera diferente a cualquier otra onda. Las ondas normalmente requieren un medio o un material para atravesarlo. El sonido, por ejemplo, viaja a través del aire y el agua, pero no puede viajar en el espacio vacío (como el vacío). Por eso no hay sonido en el espacio exterior. Tiene que haber algo que lleve esta ola.

Aunque la luz puede viajar, y de hecho lo hace, a través de medios, también puede viajar en el vacío. La velocidad de la luz es más rápida cuando viaja en el vacío, pero se ralentiza cuando pasa a través de un medio. La velocidad a la que se desacelera depende del medio o material. Ésta es la razón por la que se produce la refracción.

La luz se compone de todos los colores del arco iris. Cada uno de estos colores, sin embargo, tiene diferentes longitudes de onda. La longitud de una onda se define como la distancia de un pico a otro. El color rojo tiene una longitud de onda muy larga, mientras que el color azul o violeta tiene la más corta. El espectro de luz define todas las diferentes longitudes de onda de la luz.

Se puede ver cómo todos los colores forman la luz y cómo cada color tiene su propia longitud de onda única.

Fenómenos y ejemplos basados ​​en la refracción:

La refracción de la luz provoca muchos fenómenos que se observan en el mundo natural. La luz se desvía cada vez que pasa de un medio a otro, provocando efectos extraños. Los arcoíris en el cielo o a través de cristales moldeados, la distorsión bajo el agua y los espejismos son causados ​​por la refracción de la luz. A medida que la luz cambia la velocidad de los medios, provoca que se produzcan estos efectos.

Formación del arco iris:

Como se mencionó anteriormente, la luz se compone de todos los colores del arco iris mezclados. Dado que la luz se compone de todos los colores y cada color tiene una longitud de onda diferente, estas longitudes de onda pueden ralentizarse a diferentes velocidades, lo que hace que se doblen en diferentes ángulos. Como el rojo tiene una longitud de onda muy larga, es el que menos se curva, mientras que el azul o el violeta son los que más se curvan.

Después de que ha llovido, la luz puede pasar a través de las gotas de agua en el aire y refractarse a medida que pasa del aire al agua y nuevamente al aire. Esto permite que los diferentes colores de luz se extiendan y se separen entre sí, dando como resultado un hermoso arco iris después de un día lluvioso. Sin embargo, esto no sucede todo el tiempo, porque la luz tiene que entrar en las gotas en un ángulo específico (ángulo de incidencia) para que se produzca este efecto.

Dispersión de la Luz:

Los arcoíris también se pueden observar a través del vidrio mediante refracción. Si la luz pasa a través de un prisma de vidrio en el ángulo correcto, los colores que componen la luz se dispersarán en su espectro debido a la refracción.

Refracción en superficies de agua:

Las cosas bajo el agua pueden verse diferentes de lo que realmente son, y esto es una consecuencia directa de la refracción. A medida que la luz sale del agua y entra al aire, se acelera. Como la luz se ha acelerado, se desvía de la línea normal y llega a la vista a un ritmo más rápido. Esto puede hacer que los objetos bajo el agua parezcan estar más cerca de lo que realmente están. Si se colocara una varilla en una piscina, podría parecer que está doblada hacia el observador incluso si la varilla en realidad está recta. Este es un resultado directo de la refracción.

Refracción atmosférica:

A medida que el aire cambia de temperatura, también cambia su densidad. A medida que la luz pasa a través de diferentes densidades, se refractará. Los espejismos ocurren debido a la refracción atmosférica, donde la luz pasa a través de bolsas de aire de diferentes temperaturas, lo que provoca que se refracte. Esto da como resultado un truco visual que permite al observador ver un charco que en realidad no está allí.

Refracción en el ojo humano:

Los ojos usan la refracción para enfocar la luz en la retina, ubicada detrás del ojo. Después de que la luz pasa a través de la superficie ligeramente curvada del ojo (la córnea), se refracta y se enfoca hacia el centro. Luego pasa a través de una lente y se refracta una vez más para enfocarse en la retina.

Lentes:

Las lentes no sólo se utilizan en los ojos, sino que también se utilizan en cámaras, telescopios, microscopios y lupas. A medida que la luz se refracta, puede parecer más cercana o más alejada dependiendo de los materiales por los que pasa. Tomemos el escenario submarino, por ejemplo, y cómo un objeto puede parecer estar más cerca de lo que realmente está debido a la forma en que la luz se desvía a medida que pasa a través de los medios. Las lentes utilizan la refracción de la misma manera, utilizando la curvatura de la luz para manipular cómo la ve un observador.

Verificación de conocimientos:

1) Si la luz pasara de un medio más denso a un medio más raro, ¿se aceleraría o disminuiría?

2) ¿Qué información es necesaria para determinar el ángulo de refracción cuando la luz pasa por un límite medio?

3) ¿Por qué los objetos bajo el agua parecen más cerca de lo que realmente están?

4) Si la luz pasa por el límite de un medio y se ralentiza, ¿el segundo medio es más denso o más raro?

5) ¿Qué es un índice de refracción?

6) La luz viaja por el aire y entra en un charco de agua en un ángulo de 45 grados. ¿Cuál es el ángulo de refracción resultante?

7) Cuando la luz pasa del agua al aire, se refracta 60 grados. ¿Cuál fue el ángulo de incidencia de la luz?

Soluciones:

1) La luz se aceleraría. Más raro significa que hay menos partículas en un área determinada, lo que permite que la luz viaje con menos interferencia. Esto permite que la luz viaje más rápido que antes.

2) El ángulo de refracción depende del ángulo de incidencia y de los índices de refracción tanto del material por el que pasa como del material por el que pasa.

3) Refracción: cuando la luz sale del agua y entra en el aire, se acelera y hace que se doble más cerca de la línea normal. Dado que la luz ha cambiado su trayectoria, un objeto bajo el agua puede parecer más cercano de lo que realmente está.

4) El segundo medio es más denso. Los medios más densos ralentizan la luz, ya que hay más interferencia con las partículas en su camino.

5) Un índice de refracción es una constante única para cada material. Cada material ralentiza la luz a una velocidad diferente y su índice de refracción correspondiente es específico de esta velocidad.

6) La luz comienza en el aire y entra al agua. El índice de refracción del aire {eq}(n_{1}) {/eq} es 1,000277. El índice de refracción del agua {eq}(n_{2}) {/eq} es 1,33. El ángulo de incidencia {eq}(\theta_{1}) {/eq} es de 45 grados. Introduce estos valores en la ley de Snell y resuelve el ángulo de refracción {eq}(\theta_{2}) {/eq}.

{eq}\begin{align} n_{1}\sin(\theta_{1})&=n_{2}\sin(\theta_{2})\\ 1.000277\sin(45)&=1.33\sin( \theta_{2})\\ 0.7073026&=1.33\sin(\theta_{2})\\ 0.5318&=\sin(\theta_{2})\\ \sin^{-1}(0.53181)&=\ theta_{2}\\ \end{align} {/eq}

El ángulo de refracción es de 32,13 grados.

7) La luz comienza en el agua y entra en el aire. El índice de refracción del agua {eq}(n_{1}) {/eq} es 1,33. El índice de refracción del aire {eq}(n_{2}) {/eq} es 1,000277. El ángulo de refracción {eq}(\theta_{2}) {/eq} es de 60 grados. Introduce estos valores en la ley de Snell y resuelve el ángulo de incidencia {eq}(\theta_{1}) {/eq}.

{eq}\begin{align} n_{1}\sin(\theta_{1})&=n_{2}\sin(\theta_{2})\\ 1.33\sin(\theta_{1})&= 1.000277\sin(60)\\ 1.33\sin(\theta_{1})&=0.8662653\\ \sin(\theta_{1})&=0.65132\\ \theta_{1}&=\sin^{-1 }(0.65132)\\ \end{align} {/eq}

El ángulo de incidencia es de 40,64 grados.

Resumen de la lección

La luz es una onda electromagnética que viaja a través del espacio. A diferencia de otras ondas, no requiere un medio para viajar. Puede viajar en el vacío y viaja más rápido de esta manera. Cuando la luz viaja a través de un medio, se ralentiza, lo que la desvía de una línea perpendicular a la superficie, conocida como línea normal. Este efecto se llama refracción. Diferentes medios ralentizan la luz a diferentes velocidades. Si la luz pasa a través de un medio más denso (un medio con más partículas en un área determinada), se ralentiza. Si sale de un medio más denso y entra en un medio más raro (o en un material con menos partículas en un área determinada), se acelerará. Cada material tiene su propio índice de refracción, una constante que describe cuánta luz se ralentizará a medida que pasa a través del material. El ángulo en el que se desvía la luz se llama ángulo de refracción. Este ángulo depende del índice de refracción de cada medio, así como del ángulo en el que la luz entra en el límite del medio, conocido como ángulo de incidencia. Esto se puede escribir en una ecuación conocida como Ley de Snell. El ángulo de refracción, o la cantidad de luz que se desvía al pasar a través de diferentes medios, se puede calcular utilizando la ley de Snell si se conocen el ángulo de incidencia y los índices de refracción.

La refracción provoca muchos fenómenos que se pueden observar en el mundo natural. La capacidad de ver cosas se debe a la refracción, así como al arco iris, y a cómo las cosas bajo el agua pueden parecer estar más cerca de lo que realmente están.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador