Reflexión y Refracción de Ondas: Principios y Leyes Fundamentales

Leyes de la Reflexión y la Refracción

Cuando una onda que se propaga por un medio homogéneo alcanza la superficie que le separa de otro medio de distinta naturaleza, ocurren simultáneamente, en mayor o menor medida, dos fenómenos: una parte de la energía es devuelta al medio de procedencia (decimos que ha tenido lugar la reflexión de la onda) y otra parte de la energía se transmite al segundo medio produciéndose la refracción de la onda.

Las leyes que rigen estos fenómenos afirman:

1. Los rayos incidente, reflejado y refractado están en el mismo plano, llamado plano de incidencia, que es perpendicular a la superficie de separación y contiene a la normal (figura 1).
2. El ángulo de incidencia (θi, ángulo que forma el rayo incidente con la normal) es igual y opuesto al ángulo de reflexión (θr, ángulo que forma el rayo reflejado con la normal): θi = −θr
3. El ángulo de incidencia (θi) y el ángulo de transmisión o de refracción (θt, ángulo que forma el rayo refractado con la normal) vienen relacionados por la Ley de Snell, que afirma que el cociente entre los senos de los citados ángulos es constante e igual al cociente entre los respectivos valores de las velocidades de propagación de la onda en ambos medios: sen θi / sen θt = v1 / v2.

Si trabajamos con el índice de refracción absoluto de los medios (n = c / v, cociente entre la velocidad de propagación de la luz en el vacío c y la velocidad a través del medio en cuestión), algo frecuente con ondas luminosas, la Ley de Snell queda así: sen θi / sen θt = v1 / v2 = n2 / n1.

Observa que:

• Si la onda pasa de un medio más rápido a otro más lento (de medio de menor a mayor índice de refracción), los rayos transmitidos se acercan a la normal (figura 1.a; v1 > v2 ⇒ n1 < n2 ⇒ θi > θt).
• Si la onda pasa de un medio más lento a otro más rápido (de medio de mayor a menor índice de refracción), los rayos transmitidos se alejan a la normal (figura 1.b; v1 < v2 ⇒ n1 > n2 ⇒ θi < θt).

En este caso puede darse el fenómeno de reflexión total interna: a partir de cierto ángulo de incidencia, el ángulo límite o crítico (θl), los rayos refractados se propagan en la línea de separación de los dos medios, con lo que podemos decir que no hay refracción, de aquí el nombre dado al fenómeno.