Reflexión y Refracción de Ondas
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Las ondas son fenómenos ondulatorios característicos que pueden estudiarse a partir del principio de Huygens, según el cual cada punto alcanzado por la onda se comporta como un nuevo foco emisor.
Refracción
La refracción de ondas consiste en el cambio de la dirección de propagación al pasar la onda de un medio a otro diferente. Si un medio no permite la transmisión de la onda a través de él, se dice que es un medio opaco para ese movimiento. Un ejemplo de esto es la luz o el sonido que viaja por el aire y entra en el agua. El ángulo de incidencia y de refracción están relacionados por la Ley de Snell.
Reflexión
La reflexión de ondas consiste en el cambio de dirección de propagación al incidir la onda en el límite de separación de dos medios diferentes, y después de la reflexión la onda continúa con su propagación. Un ejemplo puede ser la desviación de la luz en un espejo. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
Ley de la Reflexión y Refracción
En ambos casos se comprueba experimentalmente que la recta de dirección de incidencia de la onda, la recta de dirección de salida y la normal a la superficie de separación en el punto en el que incide la onda, están en un mismo plano, llamado plano de incidencia.
La refracción y la reflexión no son fenómenos separados, parte de la onda se refleja y parte se refracta.
Cambios en la Onda
Cuando la onda atraviesa la superficie de separación entre dos medios, la frecuencia permanece constante, la velocidad y la longitud de onda cambian según la siguiente ecuación (deducida por Snell):
Índice de Refracción
El índice de refracción (n) de un medio es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad que lleva en dicho medio (v). n = c/v
Según la ley de refracción de Snell, cuando la luz pasa de un medio de índice de refracción n1 a otro de índice de refracción n2, los ángulos de incidencia (i) y de refracción (r) se encuentran en la siguiente relación: sen i · n1 = n2 · sen r
Analizando la ley de refracción se llega a la conclusión de que un rayo que pasa de un medio a otro con índice de refracción mayor, se acerca a la normal, y que cuando se pasa a un medio con índice de refracción menor, el rayo se aleja de la normal.
Ángulo Límite y Reflexión Total
En este último caso habrá una dirección de incidencia para que el rayo refractado se aleje de la normal el máximo posible (90º). El ángulo de esta dirección con la normal se denomina ángulo límite (L) y de la ley de refracción se obtiene la siguiente relación: ni · sen i = nr
Para direcciones del rayo incidente mayores que el ángulo límite, el rayo no pasa al segundo medio, de modo que se produce la reflexión total.
Aplicaciones de la Reflexión Total
Una de sus aplicaciones más importantes es la fibra óptica. Son cables de un material con un alto índice de refracción en los que las ondas se reflejan totalmente, así se pueden mandar ondas sin pérdidas durante largas distancias.