La fórmula de la ley de refracción de la luz - casos generales y especiales
La ley de la refracción de la luz se utiliza en muchos campos diferentes y ayuda a determinar cómo se comportarán los rayos cuando entren de un medio a otro. No es difícil entender las características de este fenómeno, sus causas y otros matices importantes. También merece la pena conocer los tipos de refracción, ya que son de gran importancia a la hora de calcular y utilizar los principios de la ley en la práctica.
¿Qué es el fenómeno de la refracción de la luz?
Casi todo el mundo está familiarizado con este fenómeno, ya que está muy presente en la vida cotidiana. Por ejemplo, si miras el fondo de un depósito de agua transparente, siempre parece estar más cerca de lo que realmente está. La distorsión puede verse en los acuarios y es conocida por casi todo el mundo. Pero para entender la cuestión, hay que tener en cuenta algunos aspectos importantes.
Motivos de refracción
Las características de los diferentes medios por los que viaja la luz son decisivas en este caso. Su densidad suele variar, por lo que la luz se propaga a diferentes velocidades. Esto también tiene un efecto directo en sus propiedades.
Al pasar de un medio a otro (en el punto en que se unen), la luz cambia de dirección debido a las diferencias de densidad y otras características. La desviación puede ser diferente, cuanto mayor sea la diferencia en las características de los medios, mayor será la distorsión que finalmente se forme.
¡Por cierto! Cuando la luz se refracta, parte de ella siempre se refleja.
Ejemplos de la vida
Se pueden encontrar ejemplos en casi todas partes, por lo que cualquiera puede ver cómo la refracción afecta a la percepción de los objetos. Las variantes más características son las siguientes:
- Si colocas una cuchara o un tubo en un vaso de agua, puedes ver cómo visualmente el objeto deja de ser recto y se desvía a partir del límite de los dos medios. Esta ilusión óptica es la que más se utiliza como ejemplo.
- Cuando hace calor, suele producirse un efecto de charco en el asfalto. Esto se debe a que los rayos se refractan en la diferencia brusca de temperatura (cerca del propio suelo), de modo que el ojo ve un ligero reflejo del cielo.
- Los espejismos también aparecen como resultado de la refracción. Es más complicado, pero este fenómeno no sólo se da en el desierto, sino también en las montañas e incluso en la zona media. Otra opción es cuando se pueden ver objetos que están más allá de la línea del horizonte.
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Un espejismo es una de las maravillas de la naturaleza que se produce por la refracción de la luz. - Los principios de la refracción también se utilizan en muchos objetos de la vida cotidiana: gafas, lupas, mirillas de las puertas, proyectores y diapositivas, prismáticos y mucho más.
- Muchos tipos de equipos científicos funcionan aplicando la ley en cuestión. Entre ellos se encuentran los microscopios, telescopios y otros instrumentos ópticos sofisticados.
Cuál es el ángulo de refracción
El ángulo de refracción es el ángulo formado por el fenómeno de refracción en la unión de dos medios transparentes con diferentes propiedades de transmisión de la luz. Se determina a partir de una línea perpendicular trazada al plano de refracción.
Este fenómeno se debe a dos leyes, la de conservación de la energía y la de conservación del momento. Al cambiar las propiedades del medio, la velocidad de la onda cambia inevitablemente, pero su frecuencia sigue siendo la misma.
¿De qué depende el ángulo de refracción?
El índice puede variar y depende principalmente de las características de los dos medios que atraviesa la luz. Cuanto mayor sea la diferencia entre ellos, mayor será la desviación visual.
También el ángulo depende de la longitud de onda de la luz emitida. A medida que este valor cambia, también lo hace la desviación. En algunos entornos, la frecuencia de la onda electromagnética también tiene una gran influencia, pero no siempre es así.
En los materiales ópticamente anisótropos, el ángulo está influenciado por la polarización de la luz y su dirección.
Tipos de refracción
El tipo más común es la refracción común de la luz, cuando debido a las diferentes características del medio se puede observar un efecto de distorsión en cierta medida. Pero hay otras variedades que aparecen en paralelo o que pueden considerarse como un fenómeno independiente.
Cuando una onda polarizada verticalmente incide en la frontera entre dos medios con un ángulo determinado (llamado ángulo de Brewster), es posible ver la refracción total. En este caso no habrá ninguna onda reflejada.
La reflexión interna total sólo puede observarse cuando la radiación pasa de un medio con un índice de refracción más alto a un medio menos denso. En este caso, el ángulo de refracción es mayor que el ángulo de incidencia. Es decir, existe una relación inversa. Además, a medida que aumenta el ángulo de incidencia, una vez alcanzado un determinado valor, el índice pasa a ser de 90 grados.
Si se aumenta aún más el valor, el rayo se reflejará en el límite de las dos sustancias sin pasar al otro medio. Este fenómeno se denomina reflexión interna total.
Es necesario aclarar aquí el cálculo de las cifras, ya que la fórmula difiere de la fórmula estándar. En este caso se verá así:
sin pr=n21
Este fenómeno permitió crear la fibra óptica, un material capaz de transmitir enormes cantidades de información a distancias ilimitadas a una velocidad inaccesible para otras opciones. A diferencia de un espejo, en este caso la reflexión se produce sin pérdida de energía, incluso con múltiples reflexiones.
Las fibras ópticas tienen una estructura sencilla:
- El núcleo emisor de luz es de plástico o de vidrio. Cuanto mayor sea la sección transversal, mayor será el volumen de información que se puede transmitir.
- La vaina debe reflejar la luz en el núcleo para que se propague sólo a través de él. Es importante que en el punto de entrada en la guía de luz el haz caiga en un ángulo mayor que el límite, entonces se reflejará sin pérdida de energía.
- El aislamiento protector evita que se dañe la fibra y la protege de las influencias adversas. Gracias a esta pieza, el cable también se puede tender bajo tierra.
Cómo se descubrió la ley de la refracción
Fue descubierto por por Willebrord Snellius., matemático holandés, en 1621. Tras una serie de experimentos, pudo formular los aspectos básicos, que han permanecido prácticamente inalterados hasta hoy. Fue él quien observó por primera vez la constancia de la relación de los senos de los ángulos de incidencia y reflexión.
La primera publicación con el material del descubrimiento fue realizada por el científico francés René Descartes.. Sin embargo, los expertos no se ponen de acuerdo; algunos piensan que utilizó los materiales de Snellius y otros están convencidos de que lo redescubrió de forma independiente.
Definición y fórmula del índice de refracción
Los rayos incidentes y refractados y la perpendicular que pasa por la unión de los dos medios están dentro del mismo plano. El seno del ángulo de incidencia en relación con el seno del ángulo de refracción es un valor constante. Así es la definición, que puede variar en su presentación, pero el significado siempre es el mismo. La explicación gráfica y la fórmula se muestran en la siguiente imagen.
Cabe destacar que los índices de refracción no tienen unidades de medida. En una ocasión, mientras estudiaban los fundamentos físicos del fenómeno en cuestión, dos científicos a la vez Christian Huygens de Holanda y Pierre Fermat de Francia, llegaron a la misma conclusión. Según él, el seno de la incidencia y el seno de la refracción son iguales a la relación de las velocidades en los medios que atraviesan las ondas. Si la luz atraviesa un medio más rápido que el otro, es menos densa ópticamente.
¡Por cierto! La velocidad de la luz en el vacío es mayor que en cualquier otra sustancia.
El significado físico de la Ley de Snellius
Cuando la luz pasa del vacío a cualquier otra sustancia, inevitablemente interactúa con sus moléculas. Cuanto mayor es la densidad óptica del medio, más interactúa la luz con los átomos y menor es la velocidad de su propagación, y cuanto mayor es la densidad, mayor es el índice de refracción.
La refracción absoluta se denota con la letra n, que da una idea de cómo cambia la velocidad de la luz cuando pasa de un vacío a un medio.
Refracción relativa (n21) muestra cómo cambia la velocidad de la luz al pasar de un medio a otro.
El vídeo explica la ley de la física de octavo grado de forma muy sencilla con gráficos y animaciones.
Alcance del derecho en la tecnología
Ha pasado mucho tiempo desde el descubrimiento del fenómeno y la investigación práctica. Los resultados han contribuido a desarrollar y hacer realidad un gran número de dispositivos utilizados en diferentes sectores, por lo que merece la pena clasificar los ejemplos más comunes:
- Equipo oftalmológico. Permite una variedad de exámenes y la detección de patologías.
- Dispositivos para el examen del estómago y los órganos internos. Puede obtener una imagen clara sin introducir una cámara, lo que hace que el proceso sea mucho más fácil y rápido.
- Los telescopios y otros equipos astronómicos, gracias a la refracción, pueden producir imágenes que no se ven a simple vista.
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La refracción de la luz en las lentes de los telescopios permite recoger la luz enfocada, lo que garantiza una investigación de gran precisión. - Los prismáticos e instrumentos similares también funcionan según los principios descritos anteriormente. También se pueden incluir microscopios.
- Los equipos de fotografía y vídeo, y más concretamente su óptica, utilizan la refracción de la luz.
- Fibra óptica que transmite grandes cantidades de información a cualquier distancia.
Lección de vídeo: Conclusión sobre la ley de refracción de la luz.
La refracción de la luz es un fenómeno provocado por las características de los distintos medios. Se puede observar en el punto donde se combinan; el ángulo de desviación depende de la diferencia entre las sustancias. Esta característica se utiliza ampliamente en la ciencia y la tecnología modernas.