lunes, 6 de junio de 2011

REFRACCIÒN DE LA LUZ

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.

Ley de refracción (Ley de Snell)

La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción. Donde: n1 = índice de refracción del primer medio, θ1= Ángulo de Incidencia, n2 = índice de refracción del segundo medio y θ2 = ángulo de refracción.

Primera Ley de la Refracción

El rayo incidente, la normal y el rayo refractado pertenecen al mismo plano.

Segunda Ley de la Refracción o Ley de Snell

La razón o cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante, llamada índice de refracción, del segundo medio respecto del primero o sea:

Sen i
= n
XXXXX
Del agua respecto al aire es n = 1.333

Sen r
Del vidrio respecto del aire es n = 1.5



Relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en medios transparentes

La relación entre la velocidad de la luz en el vacío o aire y la velocidad de la luz en otro medio material transparente se llama índice de refracción de la luz.

La velocidad de propagación de la luz en un medio material homogéneo y transparente es constante pero menor que la velocidad de propagación de la luz en el vacío.

Llamamos v1 y v2, a cada una de las velocidades respectivas y n al índice de refracción, tenemos:

n =
v1
XXXXX
n = índice de refracción

v2
v1 = velocidad de la luz en el aire

v2 = velocidad de la luz en el otro medio



Índices de refracción absolutos para la luz

Vacío 1.00

Aire 1.0000294

Agua 1.33

Alcohol etílico 1.36

Benceno 1.50

Vidrio 1.52

Diamante 2.42

Sal gema 1.54

Ácido sulfúrico 1.63

Éter 1.36

Hielo 1.32

Conocidos los índices de refracción podemos hallar la velocidad de la luz en estos medios.

En la figura 4 se muestra la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa varios medios con superficies de separación paralelas. El índice de refracción del agua es más bajo que el del vidrio. Como el índice de refracción del primer y el último medio es el mismo, el rayo emerge en dirección paralela al rayo incidente AB, pero resulta desplazado.



Problema

Hallar la velocidad de la luz en el Benceno, sabiendo que su índice de refracción es de 1.50 (la velocidad de la luz en el aire 300,000 km/s).

Datos
x
Fórmula
x
Despeje
x
Sustitución
x
Resultado

v1 = 300,000 km/s
n =
v1
v2 =
v1
v2 =
300,000 km/s
v2 =
200,000 km/s

n = 1.50
v2
n
1.5

v2 = ?



Problema

Hallar la velocidad de la luz en el vidrio, sabiendo que su índice de refracción es de 1.52.

Datos
x
Fórmula
x
Despeje
x
Sustitución
X
Resultado

n = 1.52
n =
v1
v2 =
v1
v2 =
300,000 km/s
v2 =
197,368 km/s

v1 = 300,000 km/s
v2
n
1.52

v2 = ?







Principio de Fermat


De los tres rayos luminosos que salen del punto morado sólo los que hagan el camino óptico un extremal (máximo o mínimo) serán trayectorias reales de la luz.

El principio de Fermat en óptica es un principio de tipo extremal y que establece:

El trayecto seguido por la luz al propagarse de un punto a otro es tal que el tiempo empleado en recorrerlo es un mínimo.

El principio fue enunciado de esta forma en el siglo XVII por el matemático francés Pierre de Fermat. Este enunciado no es completo y no cubre todos los casos, por lo que existe una forma moderna del principio de Fermat. Esta dice que:

El trayecto seguido por la luz al propagarse de un punto a otro es tal que el tiempo empleado en recorrerlo es estacionario respecto a posibles variaciones de la trayectoria.

La característica importante, como dice el enunciado, es que los trayectos próximos al verdadero requieren tiempos aproximadamente iguales.

http://www.rinconsolidario.org/fotografia/%3Fs%3Dpropagaci%25C3%25B3n&usg
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/reflex_Refrac/Refraccion.htm
http://www.educaplus.org/luz/refraccion.html
http://www.astromia.com/glosario/refraccion.htm

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