Física I

Transmisión y reflexión de un haz de luz

Vamos a analizar dos casos sencillos, primero un vidrio muy delgado por el cuál pasa un haz de luz perpendicular al vidrio, notamos que el haz de luz roja se transmite del otro lado del vidrio con menor intensidad y sin cambiar su dirección.

En la misma imagen un haz de luz naranja incide sobre el vidrio con un ángulo $\theta_i$, parte del haz es refejada con un ángulo $\theta_r$, donde $\theta_i = \theta_r$ aunque la dirección cambia, podemos ver que también parte del haz se transmite del otro lado del vidrio siguiendo la dirección original.

Ahora veamos lo que ocurre con un espejo plano, en la imagen de abajo podemos ver que el haz de luz es reflejado completamente, de igual manera se cumple $\theta_i = \theta_r$

Refracción

Sabemos que la velocidad de una onda cambia al pasar de un medio a otro, y la luz no es la excepción; su velocidad también cambia al pasar de un medio transparente a otro. Ahora, si un rayo de luz incide formando un ángulo con la frontera entre los dos medios (diferente de 90°), se desviará al entrar al segundo medio, precisamente por el cambio que sufre en su velocidad; a esta desviación se le conoce con el nombre de refracción.

El índice de refracción se define como:

$n = c/v$

donde $n$ es el indice de refracción, $c$ es la velocidad e la luz en el vacio y $v$ es la velocidad de la luz en otro medio.

En la siguiente imagen podemos ver que si el haz de luz va de un medio con $n_1$ menor que $n_2$ entonces el haz se acerca a la línea normal (imagen a) y si el haz va de un medio con $n_1$ mayor que $n_2$ entonces se aleja de la normal (imagen b)

A continuación se presentan algunos valores de índices de refracción

Ejemplo del lápiz

En el siglo XVII Willebrord Snell (1591-1626) encontró experimentalmente la relación entre el ángulo de incidencia, $θ_1$, y el ángulo de refracción, $θ_2$:

$n_1 sen(θ_1) = n_2 sen(θ_2)$

Donde $n_1$ y $n_2$ son los índices de refracción de los materiales transparentes en que se desplazan los rayos incidente y refractado, respectivamente.

A esta relación se le conoce con el nombre de Ley de Snell, y es la ley fundamental de la refracción de la luz.

Ahora sabemos que $n_1$ y $n_2$ están relacionados con la velocidad con que se desplaza la luz en cada uno de los medios transparentes, $n = c/v$ (donde c es la velocidad de la luz en el vacío y v es la velocidad del rayo en el medio), cosa que en su tiempo Snell ignoraba, pues en los años en que él vivió aún no se medía la velocidad de la luz en el aire ni en ningún otro medio.