Refracción

En física , la refracción es el cambio de dirección de una onda que pasa de un medio a otro o de un cambio gradual en el medio. [1] La refracción de la luz es el fenómeno más comúnmente observado, pero otras ondas como las ondas sonoras y las ondas del agua también experimentan refracción. La cantidad de refracción de una onda está determinada por el cambio en la velocidad de la onda y la dirección inicial de propagación de la onda en relación con la dirección del cambio de velocidad.

Para la luz, la refracción sigue la ley de Snell , que establece que, para un par dado de medios, la razón de los senos del ángulo de incidencia θ 1 y el ángulo de refracción θ 2 es igual a la razón de las velocidades de fase ( v 1 / v 2 ) en los dos medios, o de manera equivalente, a los índices de refracción ( n 2 / n 1 ) de los dos medios. [2]

Los prismas ópticos y las lentes utilizan la refracción para redirigir la luz, al igual que el ojo humano . El índice de refracción de los materiales varía con la longitud de onda de la luz, [3] y, por lo tanto, el ángulo de refracción también varía de manera correspondiente. Esto se llama dispersión y hace que los prismas y los arco iris dividan la luz blanca en los colores espectrales que la constituyen . [4]

La refracción de la luz se puede ver en muchos lugares de nuestra vida cotidiana. Hace que los objetos debajo de la superficie del agua parezcan más cercanos de lo que realmente están. Es en lo que se basan las lentes ópticas , lo que permite instrumentos como gafas , cámaras , binoculares , microscopios y el ojo humano . La refracción también es responsable de algunos fenómenos ópticos naturales, incluidos los arco iris y los espejismos .

Una explicación correcta de la refracción implica dos partes separadas, ambas como resultado de la naturaleza ondulatoria de la luz.

Como se describió anteriormente, la velocidad de la luz es más lenta en un medio que no sea el vacío. Esta ralentización se aplica a cualquier medio como aire, agua o vidrio, y es responsable de fenómenos como la refracción. Cuando la luz sale del medio y regresa al vacío, e ignorando cualquier efecto de la gravedad , su velocidad regresa a la velocidad habitual de la luz en el vacío, c .

Un rayo de luz se refracta en un bloque de plástico.
Refracción de la luz en la interfaz entre dos medios de diferentes índices de refracción, con n 2 > n 1 . Dado que la velocidad de fase es menor en el segundo medio (v 2 <v 1 ), el ángulo de refracción θ 2 es menor que el ángulo de incidencia θ 1 ; es decir, el rayo en el medio de índice más alto está más cerca de lo normal.
Una pluma sumergida parcialmente en un recipiente con agua parece doblada debido a la refracción en la superficie del agua.
Cuando una onda se mueve hacia un medio más lento, los frentes de onda se comprimen. Para que los frentes de onda permanezcan conectados en el límite, la onda debe cambiar de dirección.
Una parte de un lápiz sumergida en agua parece doblada debido a la refracción: las ondas de luz de X cambian de dirección y, por lo tanto, parecen originarse en Y.
Una imagen del puente Golden Gate es refractada y doblada por muchas gotas de agua tridimensionales diferentes.
El sol aparece ligeramente aplanado cuando está cerca del horizonte debido a la refracción en la atmósfera.
Calor neblina en el escape del motor sobre una locomotora diesel .
Espejismo sobre una carretera caliente.
Reproducir medios
Simulación 2D: refracción de una partícula cuántica. La mitad negra del fondo es potencial cero, la mitad gris es un potencial más alto. El desenfoque blanco representa la distribución de probabilidad de encontrar una partícula en un lugar dado si se mide.
Las olas del agua son casi paralelas a la playa cuando la golpean porque se refractan gradualmente hacia la tierra a medida que el agua se vuelve menos profunda.