Entendiendo la Refracción de la Luz: Principios y Aplicaciones

Refracción de la Luz

Cuando la luz llega a la superficie de separación de dos medios transparentes, una parte penetra en el segundo medio cambiando de velocidad y de dirección de propagación. El cambio de dirección de propagación de un rayo de luz, cuando pasa oblicuamente de un medio a otro, se conoce como refracción.

Sea un foco luminoso F (figura 3) situado en un medio de índice absoluto de refracción n1, en el que la velocidad de la luz es V1, y uno de los rayos FP emitidos por el foco incide en la superficie de otro medio de índice de refracción n2, en el que la velocidad de la luz es V2. El ángulo i que forma el rayo incidente con la normal N se llama ángulo de incidencia y el ángulo r que forma el rayo refractado con la normal se llama ángulo de refracción.

FIGURA 3

Se comprueban, experimentalmente, las siguientes leyes de la refracción (leyes de Snell):

1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
2. El cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante igual al cociente de la velocidad de la luz en el medio 1 entre la velocidad de la luz en el medio 2, es decir:

sen i / sen r = V1 / V2 = n2 / n1

De esta segunda ley de la refracción se deduce que si la luz pasa a propagarse a un medio en el cual su velocidad de propagación es menor (V2 < V1, por ejemplo, un rayo de luz que pasa del aire al agua), entonces sen r < sen i -> r < i (los ángulos de incidencia y de refracción están entre 0º y 90º). Al ser r < i, el rayo refractado se acerca a la normal (como en la figura 3).

La segunda ley de Snell de la refracción puede escribirse también así:

n1 · sen i = n2 · sen r

Es decir, el producto del índice de refracción absoluto de un medio por el seno del ángulo que forma en dicho medio el rayo de luz con la normal es una constante llamada invariante de refracción.

La refracción de la luz permite explicar por qué se ve el fondo de una piscina (o un objeto que se encuentra sobre él) a una distancia menor que la real (figura 4). También explica por qué los objetos parcialmente sumergidos en un líquido transparente parecen quebrarse en la superficie del mismo.