LA REFLEXION Y LA REFRACCION DE LA LUZ Experiencia No 1

LA REFLEXION Y LA REFRACCION DE LA LUZ Experiencia No 1

INTRODUCCION

En un medio homog´eneo una onda plana se desplaza en l´ınea recta con una velocidad V1 que es caracter´ıstica del medio. Cuando la onda llega a la superficie que separa un medio del otro, parte de la onda es reflejada en esa superficie y vuelve al primer medio y parte de la onda pasa al segundo medio. La parte que entra en el segundo medio recibe el nombre de onda refractada. La intensidad de la onda reflejada es r · Io, en donde Io es la intensidad de la onda incidente y r es la fracci´on de onda reflejada. Entonces la intensidad de la onda refractada es Io−r·Io = (1−r)Io, donde 0 < r < 1. Si r = 1 no hay onda refractada y la onda incidente es reflejada en su totalidad. Sin embargo, r nunca es exactamente cero: siempre hay alguna reflexi´on en la superficie que separa dos medios. La figura 1 muestra los frentes de onda y la direcci´on de propagaci´on de las ondas incidente, reflejada y refractada, cuando un haz de luz incide en la superficie de separaci´on entre el aire (medio1) y el vidrio (medio 2). Son de especial importancia los ´angulos de incidenciab ´ ı, de reflexi´onb ¨ ı y de refracci´on r, medidos con respecto a

una l´ınea (la normal) perpendicular a dicha superficie. Estos ´angulos son tambi´en los ´angulos entre los frentes de onda respectivos y la propia superficie de separaci´on.

Existen tres leyes para la reflexi´on y refracci´on de la luz; la primera ley atan˜e a ambas y establece que la normal, el rayo incidente, el rayo reflejado y el refractado pertenecen a un mismo plano. La segunda ley de la reflexi´on establece que el ´angulo de incidenciab ı y el ´angulo de reflexi´onb ıq son iguales,b ı =b ıq; esto es as´ı porque las ondas se propagan con la misma velocidad en el mismo medio. La segunda ley de la refracci´on establece que la raz´on o cociente entre los senos de los ´angulos de incidencia y de refracci´on es igual a la raz´on o cociente entre las velocidades de la luz en el medio 1 y en el medio 2 respectivamente, es decir sinı sinr = V1 V2 A partir de la f´ormula anterior y teniendo en cuenta el concepto de ´ındice de refracci´on, la segunda ley de refracci´on, tambi´en llamada Ley de Snell, se puede escribir: sinı sinr = n2 n1 ¿porqu´e? ´o n1·sinı = n2·sinr, donde n1 y n2 son los ´ındices de refracci´on de los medios 1 y 2 respectivamente. Es particularmente interesante la refracci´on de la luz al pasar de un medio m´as denso a otro menos denso y por tanto de menor ´ındice de refracci´on (n1 > n2). La expresi´on sinr = (n1/n2)·sinı, solo ser´a v´alida si se cumple 0 < sinr < 1. Si el ´angulo de incidencia ı es tal que sinr > 1, entonces toda la luz que incide en la superficie que separa los dos medios es reflejada y devuelta al medio 1. Este fen´omeno recibe el nombre de reflexi´on total y as´ı la condici´on para la misma es (n1/n2)·sinı > 1, que s´olo se puede satisfacer si n1 > n2. En este caso, cuando los ´angulos de incidencia son pequen˜os, el rayo emergente (refractado) se quiebra alej´andose de la normal; a medida que el ´angulo de incidencia (ı) crece, el ´angulo de refracci´on (r) aumenta hasta adquirir el m´aximo valor posible r = 90◦. Al utilizar este valor maximo de r, la ecuaci´on (Ley de Snell) se reduce a: sini(lim) = n2 n1

1

Por ejemplo, en la superficie vidrio – aire, el seno del ´angulo l´ımite es sini(lim) = naire nvidrio = 1,000029 1,5 = 0.667, entonces el ´angulo limite es: ´ ı(lim) = 42◦. As´ı mismo el ´ındice de refracci´on de una sustancia se puede determinar f´acilmente midiendo el ´angulo l´ımite en la refracci´on sustancia – aire y aplicando la f´ormula: nsust = naire sini(lim) = 1 sini(lim) OBJETIVOS

1. Observar la trayectoria que experimenta un rayo de luz cuando incide en la superficie que separa dos medios de diferente densidad:

...