¿Qué es la refracción de la luz?
La refracción de la luz es cuando la onda lumínica traspasa de un medio material al otro al propagarse, tras lo cual se produce de inmediato un cambio en su dirección y su velocidad. Se trata de un proceso relacionado con la reflexión de la luz y puede manifestarse al mismo tiempo.
La luz puede propagarse en medios materiales como el vacío, el agua, el aire, el diamante, el vidrio, el cuarzo, la glicerina, y toda clase de materiales transparentes o traslúcidos. En cada medio, la luz se propaga a una velocidad diferente.
Existe refracción de la luz cuando, por ejemplo, esta traspasa del aire al agua, en la cual varía su ángulo y velocidad de desplazamiento.
En todo fenómeno de refracción de la luz, participan los siguientes elementos:
- rayo incidente: rayo de luz que llega a la superficie entre ambos medios;
- rayo refractado: rayo que se desvía cuando la onda luminosa atraviesa la superficie;
- línea normal: línea imaginaria perpendicular a la superficie, establecida a partir del punto en que ambos rayos coinciden;
- ángulo de incidencia: ángulo que se produce entre el rayo incidente y la línea normal. Se expresa con el símbolo θ1;
- ángulo de refracción: es el ángulo que se produce entre el rayo refractado y la línea normal. Se expresa con el símbolo θ2.
Refracción de la luz
La velocidad de la luz en cada medio está dada por una magnitud llamada índice de refracción. El índice de refracción de estos medios materiales se determina calculando la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad del medio en cuestión. La fórmula para calcular el índice de refracción es:
donde,
- n es el índice de refracción del medio;
- c es la velocidad de la luz en el vacío;
- v es la velocidad de la luz en el otro medio.
Hoy en día se conocen los índices de refracción de muchos medio materiales. Algunos ejemplos son:
Medio material | Índice de refracción |
|---|---|
| Vacío | 1 |
| Aire | 1,0002926 |
| Agua | 1,3330 |
| Cuarzo | 1,544 |
| Vidrio común | 1,45 |
| Diamante | 2,43 |
Leyes de la refracción de la luz
Se conocen dos leyes de la refracción de la luz que explican el comportamiento de este fenómeno.
Primera ley de refracción de la luz
De acuerdo con la primera ley de refracción de la luz, se encuentran en el mismo plano el rayo de incidencia, el rayo de reflexión y la línea normal. En consecuencia, cuando el fenómeno se observa desde arriba podemos captar continuidad entre ambos rayos.
Segunda ley de refracción de la luz o Ley de Snell
La ley de Snell o segunda ley de refracción de la luz determina que esta se produce cuando el índice de refracción de los dos medios es distinto y el rayo de luz incide de manera oblicua sobre la superficie que los separa.
Con esto en cuenta, la ley de Snell establece la fórmula para calcular el ángulo de refracción de la luz. Aplica para cualquier onda electromagnética. Recibe su nombre del matemático holandés Willebrord Snell van Royen, quien la descubrió en el siglo XVI.
La fórmula de la ley de Snell es la siguiente:
donde,
- n1 es el índice de refracción del medio en que se encuentra el rayo incidente;
- θ1 es el ángulo de incidencia de dicho rayo;
- n2 es el índice de refracción del medio en que se manifiesta el rayo refractado;
- θ2 es el ángulo de refracción del rayo refractado.
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Ejemplos de refracción de la luz
Algunos ejemplos comunes de refracción de la luz los podemos encontrar en los siguientes fenómenos:
Cucharilla en una taza de té
Cuando introducimos una cucharilla dentro de una taza con té, podemos ver como si esta se dividiera. Se trata de un efecto de la refracción de la luz que nos produce esa ilusión óptica.
El mismo fenómeno ocurre cuando ponemos un lápiz o una pajilla en el agua. Se produce la ilusión de que estos se doblan debido a la refracción de la luz.
Arcoíris
Un arcoíris se produce por la refracción de la luz cuando esta atraviesa pequeñas gotas de agua suspendidas en la atmósfera. La luz, al entrar en esta zona, se descompone y genera el efecto colorido.
Ver también: Arcoíris
Halos de luz solar
Se trata de un fenómeno semejante al arcoíris y que se da en algunos puntos del globo terráqueo o en condiciones atmosféricas muy específicas. Este se produce cuando se acumulan en la troposfera partículas de hielo, las cuales refractan la luz y la descomponen, lo que permite distinguir un aro de colores alrededor de la fuente luminosa.
Luz refractada en un diamante
Los diamantes también son capaces de refractar la luz, descomponiéndola en múltiples colores.
Lentes y lupas
Tanto las lupas como los lentes que usamos se basan en los principios de refracción de la luz, pues deben captar la luz y deformar la imagen para que esta sea interpretada por el ojo.
Rayos de luz solar en el mar
Podemos ver la luz solar cambiar de ángulo y velocidad, y se dispersa cuando ingresa al mar atravesando la superficie.
Luz a través de un vitral
La refracción de la luz también se produce a través de los vidrios o cristales, los cuales tamizan la luz y la difuminan en el ambiente.
Reflexión y refracción de la luz
Reflexión de la luz
La reflexión y refracción de la luz son procesos relacionados, aunque diferentes. La reflexión de la luz consiste en el rebote de esta cuando incide sobre una superficie o interfaz que separa dos medios diferentes. Por ejemplo, el reflejo de un paisaje en un lago o de un rostro en el espejo son fenómenos de reflexión de la luz.
En cambio, la refracción de la luz se produce cuando la luz atraviesa la superficie que separa a dos medios para continuar con su propagación. Al penetrar en el segundo medio material, el rayo lumínico cambiará el ángulo y la velocidad.
Vea también Reflexión.