REFLEXION Y REFRACCION DE LA LUZ

INTRODUCCION:

Desde tiempos muy remotos, al hombre le ha inquietado saber que es la luz y cuál es la causa por la que vemos las cosas.

En la antigüedad solo se interpretaba a la luz como lo opuesto a la oscuridad. Más adelante, los filósofos griegos se percataron dela existencia de algo que relacionaba la distancia entre nuestros ojos, las causas vistas y la fuente que las iluminaba.

Pitágoras señalaba en su teoría: La luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todas direcciones, choca contra los objetos y rebota de ellas, cuando esta penetra en nuestros ojos, produce la sensación de ver el objeto desde el cual reboto.

Epicuro de Samos, otro filósofo griego, señalaba: La luz es emitida por los cuerpos en forma de rayos, esto al entrar al ojo estimulan el sentido de la vista.

A finales del Siglo XVII existían dos teorías que trataban de explicar la naturaleza de la luz. Una era la teoría corpuscular de Isaac Newton quien señalaba: La luz está constituida por numerosos corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso, dichas partículas al chocar con nuestra retina nos permiten ver las cosas al recibir la sensación luminosa.

La otra teoría era la propuesta por el holandés Cristian Huygens, quien opinaba: La luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido, por eso su propagación es de la misma naturaleza que la de una onda.

Las dos teorías anteriores explicaban satisfactoriamente las tres características de la luz, descubiertas hasta entonces:

1. Propagación rectilínea: La luz viaja en líneas rectas.2. Reflexión: Cuando la luz incide en una superficie lisa, los rayos

luminosos son rechazados o reflejados en una sola dirección.3. Refracción: Desviación que sufre la luz al llegar a la superficie de

separación entre dos sustancias de diferente densidad.

INDICE DE REFLEXION Y REFRACCION

LEYES DE LA REFLEXION DE LA LUZ:

Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, esta se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa, como un espejo, los rayos son rechazados o reflejados en una sola dirección.

La figura A) presenta varios rayos de un haz de luz incidente sobre una superficie reflectora que contiene el rayo incidente. La reflexión de la luz a partir de dicha superficie lisa recibe el nombre de Reflexión Especular. Si la superficie reflejante es rugosa, como se muestra en la figura B), la superficie refleja los rayos no como un conjunto paralelo, sino en varias direcciones. La reflexión en cualquier superficie rugosa, se conoce como Reflexión Difusa.

Una superficie se comporta como una superficie lisa siempre que las variaciones en la misma sean más pequeñas que la longitud de onda de la luz incidente.

Figura 1.- Representación esquemática, A) Una reflexión especular donde los rayos reflejados son todos paralelos entre sí y B) Una reflexión difusa, donde los rayos reflejados viajan en direcciones aleatorias.

La diferencia entre las dos clases de reflexiones explica él porque es más difícil observar mientras se conduce en una noche lluviosa si la carretera esta mojada, la superficie lisa del agua refleja de manera especular la mayoría de la luz que emiten sus faros a mayor distancia del auto.

Cuando la carretera está seca, dicha superficie rugosa refleja en forma difusa parte de la luz que emiten sus faros hacia atrás de este, permitiéndole ver claramente la carretera.

Ahora consideremos un rayo de luz que viaja en el aire y que incide en cierto ángulo sobre una superficie plana y lisa, como se muestra en la figura 2. Los rayos incidente y reflejado forman ángulos θ1 yθ1´; respectivamente, donde los ángulos estén medidos desde la normal a los rayos. (La normal es una línea dibujada perpendicularmente a la superficie en el punto donde los rayos incidentes golpean). Los experimentos y la teoría muestran que el ángulo de reflexión, es igual al ángulo incidente: θ1=: θ1´

Tal teoría se llama Ley de la Reflexión.

De acuerdo con la ley de la reflexión θ1=: θ1´ , el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano.

REFRACCION:

Cuando un rayo de luz que viaja a través de un momento transparente encuentra una frontera que lleva a otro medio transparente. Como se encuentra en la figura 3, parte del rayo se refleja y parte, entra al segundo medio. La parte que entra al segundo medio se dobla en la frontera y se dice que se Refracta. El rayo incidente, el rayo reflejado y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.

El ángulo de refracción θ2, que se observa en la figura 3 depende de las propiedades de los dos medios y el ángulo de incidencia a través de la relación.

Senθ2Senθ1

=V 2V 1

=Constante

(E.1)

Dónde: V 1 Es la rapidez de la luz en el medio 1 y V 2es la rapidez de la luz en el medio 2.

La trayectoria de un rayo luminoso a través de una superficie refractante es reversible; por ejemplo, el rayo que se muestra en la figura 3 viaja del punto A al punto B. Si el rayo se hubiera originado en B este viajaría a la izquierda a lo largo de la línea BA para llegar al punto A, y la parte reflejada apuntaría hacia abajo y a la izquierda en el vidrio.

Figura 3.- Un rayo que incide en forma oblicua sobre una interfaz de aire, vidrio. El rayo que se refracta se desvía hacia la normal debido a que V 2<V 1.

Todos los rayos y la normal se encuentran en el mismo plano.

De la ecuación E1 se deduce que cuando la luz se mueve de un material en el que su rapidez es mayor a un material en el que su rapidez es menor, como en el que se indica en la figura 4 a), el ángulo de refracción θ2 es menor que el

ángulo de incidencia θ1, y el haz se dobla hacia la normal. Si el rayo se mueve de un material en el cual este se mueve lentamente a un material en el que se mueve con más rapidez, como se muestra en la figura 4 b),θ2 es más grande

que θ1, y el haz se dobla hacia la normal.

Figura 4.- a) Cuando el haz luminoso se desplaza del aire al vidrio la luz va más despacio al entrar al vidrio y su trayectoria se desvía hacia la normal.

b) Cuando el haz se desplaza del vidrio al aire la luz se mueve más rápido al entrar al aire y su trayectoria se desvía alejándose de la normal.

INDICE DE REFRACCION:

En general, la rapidez de la luz en cualquier material es menor que su rapidez en el vacío. En efecto, la luz viaja a su máxima rapidez en el vacío. Es conveniente definir al Índice de refracción ƞ de un medio como la relación.

ƞ= Rapidez de la luz enel vacíoRapidez de la luz enelmedio

=CV

A partir de la definición anterior vemos que el índice de refracción es un numero adimensional mayor que la unidad ya que (es siempre mayor que V. Además, ƞ es igual a la unidad para el vacío.

Los índices de refracción para diferentes sustancias se listan en la tabla 1.