REFRACCION DE LA LUZ

SUBTEMA 4.1.3. REFRACCION DE LA LUZ.

Refracción de la luz.

La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Si estos inciden perpendicularmente a la superficie de separación de las sustancias, no se refractan. La causa que origina la refracción de la luz es el cambio en la velocidad de los rayos luminosos al penetrar a un medio de diferente densidad. Los rayos oblicuos que llegan a la superficie de separación entre dos medios se llaman incidentes y los que se desvían al pasar por ésta se les llama refractados.

La desviación sufrida por un rayo luminoso dependerá del medio al cual pasa. A mayor densidad, el rayo se acerca a la normal y si el medio tiene menor densidad, se aleja de ella.

Leyes de la refracción.

Primera Ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran siempre en el mismo plano. Como se ve en las figuras siguientes.

Cuando un rayo luminoso pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (agua) se acerca a la normal.

Cuando un rayo luminoso pasa de un medio más denso (vidrio) a otro menos denso (aire) se aleja de la normal.

Segunda Ley : para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, tiene un valor constante que recibe el nombre de índice de refracción n. Matemáticamente esta ley se expresa:

n = sen i

sen r

La segunda Ley se conoce también como Ley de Snell, por ser el astrónomo y matemático holandés Willebrord Snell (1591-1626) quien la descubrió. El índice de refracción también puede calcularse con el cociente de las velocidades del primero y segundo medios, por lo que:

n = sen i = v1

sen r v2

donde n = índice de refracción (adimensional)

i = ángulo de incidencia.

r = ángulo de refracción.

v1= velocidad de la luz en el primer medio en km/seg.

v2 = velocidad de la luz en el segundo medio en km/seg.

La velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil km/seg, mientras que en el aire es de 299030 km/seg y en el agua es de 225 mil km/seg. La relación entre las velocidades de la luz en el vacío y en un medio, recibe el nombre de índice de refracción del medio. En el cuadro siguiente se dan algunos valores de dicho índice.

Indices de refracción.

Sustancias Indice de refracción n

Aire 1.003

Agua 1.33

Alcohol 1.36

Vidrio 1.5

Diamante 2.42

Como se observa en el cuadro anterior, el índice de refracción para el aire casi es igual a 1; por ello, se considera que las velocidades de la luz en el aire y en el vacío, son prácticamente iguales.

1.- Un rayo luminoso llega a la superficie de separación entre el aire y el vidrio, con un ángulo de incidencia de 60°. Calcular el ángulo de refracción.

Datos Fórmula Sustitución

θi = 60° n = sen i sen r= sen 60°

sen r 1.5

θr = ¿ por lo tanto: sen r = 0.8660

sen r = sen i 1.5

n vidrio = 1.5 n sen r = 0.5773

r = ángulo cuyo seno

es 0.5773

r = 35°.

Las lentes y sus características.

Las lentes son cuerpos transparentes limitados por 2 superficies esféricas o por una esférica y una plana. Las lentes se emplean a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes de la refracción, para su estudio se dividen en convergentes y divergentes.

Las lentes convergentes son aquellas cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia los bordes, razón por la cual su centro es más grueso que sus orillas. Tienen la propiedad de desviar los rayos hacia el eje y hacerlos converger en un punto llamado foco.

Tipos de lentes convergentes o lentes positivas y su símbolo.

En las lentes divergentes el espesor disminuye de los bordes hacia el centro, por lo que los extremos son más gruesos y desvían los rayos hacia el exterior, alejándolos del eje óptico de la lente.

Tipos de lentes divergentes o lentes negativas y su símbolo.

Las lentes convergentes se utilizan para obtener imágenes reales de los objetos, tal es el caso de las cámaras fotográficos o proyectores de cine; como parte de los sistemas amplificadores de imágenes ópticas en los microscopios; o bien, para corregir defectos visuales de las personas hipermétropes en cuyo caso el ojo se caracteriza porque los rayos paralelos al eje forman su foco detrás de la retina. Las lentes divergentes se usan para corregir la miopía.

En la figura siguiente, vemos las partes principales de una lente:

E. P. es el eje principal, recta que pasa por el centro óptico y por los focos; L-L’ plano central de la lente que es perpendicular al eje E. P. , C centro óptico de la lente, cuando un rayo luminoso pasa por él no sufre ninguna desviación; F foco principal, puntos donde se cruzan los rayos que llegan a la lente en forma paralela al eje principal, equivale a la distancia focal, y es aquella distancia entre el centro óptico y el foco; 2F es la doble distancia focal.

En las lentes convergentes, cualquier rayo luminoso que pase en forma paralela al eje principal, al refractarse circulará por el foco principal. En las lentes divergentes, el rayo que pase en forma paralela a su eje principal, al refractarse se separará como si procediera de un foco. Como se ve en las figuras siguientes.

En una lente convergente, todo que rayo que pase paralelamente al eje principal, al refractarse se junta en el foco de la lente.

En una lente divergente, todo rayo paralelo al eje principal, al refractarse se separa como si procediera de un foco.

La imagen formada de un objeto en una lente se obtiene gráficamente, utilizando los mismos rayos fundamentales de los espejos

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