¿Qué es la refracción de la luz?

1. ¿Qué es la refracción de la luz?

La refracción de la luz es un fenómeno físico que ocurre cuando la luz incide en la superficie de separación de dos medios transparentes. Los rayos de luz experimentan un cambio de dirección, que se produce, si la velocidad de la luz es diferente en los medios en contacto. Por ejemplo cuando la luz se viene propagando por el aire y pasa al agua.

En el caso de la imagen la luz pasa del aire al agua, observamos que el sorbito parece estar "quebrado", debido a la refracción de la luz. 

2. Índice de refracción

Se define para los medios transparentes una propiedad intensiva característica, llamada índice de refracción y se nota con la letra n (minúscula). 

• Es una propiedad intensiva porque su valor no depende de la cantidad de materia y es característica porque con ella es posible identificar de qué sustancia se trata.
  
• El valor del índice de refracción de una sustancia, se determina como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en el medio deseado (v₁).
  

La velocidad de la luz en el vacío es un valor constante c = 3,00 x 10⁸ m/s (30.000.000 m/s), este valor no es superado por nada conocido. Es el mayor valor de velocidad que se puede determinar. 

Por tanto si c (velocidad de la luz en el vacío) es mayor que cualquier otro valor, al dividirlo entre  v₁ (velocidad de la luz en el  medio 1) nos dará siempre un valor mayor que 1. Es por eso que el índice de refracción (n) de cualquier medio es un valor mayor que 1. El índice de refracción es un número sin unidades por simplificarse las unidades de velocidad en el numerador y el denominador del cociente.

3. Diagrama de refracción de la luz

La figura muestra el diagrama de refracción de la luz, en él se ve el rayo incidente que se propaga por un medio 1 con una determinada velocidad (v₁). Este rayo forma un ángulo Θ₁ con la normal (ángulo de incidencia). 

Al pasar al medio 2 el rayo cambia su dirección, formando con la normal el ángulo de refracción llamado Θ₂. 

El rayo de luz se desvía porque se modifica su velocidad (v₂) al cambiar de medio.

 En el diagrama está representada la recta normal, recuerda que esta recta es la perpendicular a la superficie de separación en el lugar que incide el rayo de luz. Con respecto a la recta normal se determinan los ángulos de incidencia y de refracción.

4. Velocidad de la luz

La siguiente tabla muestra algunos medios y las velocidades de la luz en ellos: 

• Caso 1: Si la luz pasa de un medio en el que su velocidad es mayor a otro en el que su velocidad es menor, el diagrama que se observa es:
  

Notar que el ángulo de inicidencia es mayor que el de refracción. 

Notar que el ángulo de inicidencia es menor que el de refracción. 

Por ejemplo: En el agua la luz se propaga a menor velocidad que en el aire, el ángulo incidencia (en el agua) es menor que el de refracción (en el aire).

Mayor velocidad de propagación de la luz en el medio, mayor es el ángulo que se forma con respecto a la normal, ya sea de incidencia o de refracción, y viceversa (menor velocidad, menor ángulo).

5. Relación velocidad de la luz - índice de refracción

La propiedad relacionada con la velocidad de la luz es el índice de refracción, según lo hemos definido anteriormente el mismo se puede determinar con el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio considerado:

En esta relación debemos considerar varios aspectos:

• c (velocidad de la luz en el vacío, 3,00 x 10⁸ m/s) es un valor constante.
  
• v₁ nunca puede ser mayor que c.
  
• n (índice de refracción) siempre será un valor mayor que 1.
  
• n es un valor adimensionado (sin unidades).
  
• si la velocidad de la luz en el medio 1 disminuye el índice de refracción aumenta.
  
• en el aire la velocidad es muy parecida a la del vacío, por tanto el índice de refracción de la luz en el aire es muy cercano a 1.
  
• el índice de refracción es un valor adimensionado (sin unidades) pues es el cociente entre dos velocidades, por tanto las unidades se simplifican.

6. Créditos

Bibliografía consultada/Sitios:

• Hewitt, P. (2007). Física conceptual. México: Pearson-Addison Weasley.
  
• Alvarenga, B. y Máximo, A. (1997). Física general. México: Oxford University.
  
• Saravia. G; Segurola, B. y Szwarcfiter, M. (1998). Ciencias Físicas I. Uruguay: Textos del Sur.
• Egaña, E;  Berruti, M. y González, A. (2014). Interacciones 4. Campos y ondas. Uruguay: Contexto.

Imágenes:

• ¿Qué es la refracción?: http://www.iluminet.com/luz-materiales-museo/
  

Autoría del Módulo: Primera edición por la profesora Ligia Franco (revisados por Melody García). En su segunda edición por los profesores: Anarella Gatto, Sebastián Mendieta y Silvia Pedreira.

agatto@uruguayeduca.edu.uy

spedreira@uruguayeduca.edu.uy

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Junio de 2017.