REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN
INTRODUCCIÓN TEÓRICA:
Óptica es la rama de la física que trata los
temas acerca del estudio de la naturaleza de la luz, de sus características
como sus fuentes, su propagación, los efectos que produce y de sus
manifestaciones. La reflexión y la refracción por un lado, y las interferencias
y la difracción por otro, son algunos, de los fenómenos ópticos fundamentales.
Los primeros pueden estudiarse siguiendo la marcha de los rayos luminosos. Los
segundos se interpretan recurriendo a la descripción en forma de onda. El
conocimiento de las leyes de la óptica permite comprender cómo y por qué se
forman esas imágenes, que constituyen para el hombre la representación más
valiosa de su mundo exterior.
A lo que es la óptica geométrica: el estudio del
comportamiento de haces y rayos luminosos ante espejos o a su paso por medios
transparentes como láminas, prismas o lentes.
LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ
La luz emitida por las fuentes luminosas es capaz
de viajar a través de materia o en ausencia de ella, aunque no todos los medios
permiten que la luz se propague a su través.
Desde este punto de vista, las diferentes sustancias
materiales se pueden clasificar en opacas, transparentes y
traslucidas. Aunque la luz es incapaz de traspasar las opacas, puede
atravesar las otras. Las sustancias transparentes tienen, además, la propiedad
de que la luz sigue en su interior una sola dirección.
En un medio que además de ser transparente sea
homogéneo, es decir, que mantenga propiedades idénticas en cualquier punto del
mismo, la luz se propaga en línea recta. Esta característica, conocida desde la
antigüedad, constituye una ley fundamental de la óptica geométrica. Dado
que la luz se propaga en línea recta, para estudiar los fenómenos ópticos de
forma sencilla, se acude a algunas simplificaciones útiles. Así, las fuentes
luminosas se consideran puntuales, esto es, como si estuvieran concentradas
en un punto, del cual emergen rayos de luz o líneas rectas que
representan las direcciones de propagación. Un conjunto de rayos que parten de
una misma fuente se denomina haz. Cuando la fuente se encuentra muy alejada del
punto de observación, a efectos prácticos, los haces se consideran formados por
rayos paralelos. Si por el contrario la fuente está próxima la forma del haz es
cónica.
En óptica se suele comparar la velocidad de la
luz en un medio transparente con la velocidad de la luz en el vacío, mediante
el llamado índice de refracción absoluto n del medio: se define como el
cociente entre la velocidad c de la luz en el vacío y la velocidad v
de la luz en el medio.
Conforme se deduce de la propia definición cuanto
mayor sea el índice de refracción absoluto de una sustancia tanto más
lentamente viajará la luz por su interior.
REFLEXIÓN DE LA LUZ:
Al igual, la reflexión de las ondas sonoras, la
reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la
superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su
propagación. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola
de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa.
La visión de los objetos se lleva a cabo
precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos
que no sea una fuente en sí mismo, permanecerá invisible en tanto no sea
iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la
superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su
tamaño.
De acuerdo con las características de la
superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión
regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Un espejo o
una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos
conservando la forma del haz. La reflexión difusa se da sobre los
cuerpos de superficies más o menos rugosas. En ellas un haz paralelo, al
reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en direcciones diferentes. Ésta
es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto
en tanto que una piedra, por ejemplo, sólo refleja su propia imagen.
Sobre la base de las observaciones antiguas se
establecieron las leyes que rigen el comportamiento de la luz en la reflexión
regular o especular. Se denominan genéricamente leyes de la reflexión.
Si S es una superficie especular
(representada por una línea recta rayada del lado en que no existe la
reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo
reflejado al que emerge de ella como resultado de la reflexión y punto de
incidencia O al punto de corte del rayo incidente con la superficie S.
La recta N, perpendicular a S por el punto de incidencia, se
denomina normal.
El ángulo de incidencia ð es el
formado por el rayo incidente y la normal. El ángulo de reflexión ðð es
el que forma la normal y el rayo reflejado. Con la ayuda de estos conceptos
auxiliares pueden anunciarse las leyes de la reflexión en los siguientes
términos:
1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el
rayo reflejado se encuentran sobre un mismo plano.
2.ª Ley. El ángulo de incidencia es igual
al ángulo de reflexión (ð = ð').
Se denomina refracción luminosa al cambio que
experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente
la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza.
Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor
parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno
óptico.
El fenómeno de la refracción va, en general,
acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que
limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite,
en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces
reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente.
Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las
características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto
de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la
atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus
características.
Al igual que las leyes de la reflexión, las de la
refracción poseen un fundamento experimental. Junto con los conceptos de rayo
incidente, normal y ángulo de incidencia, es necesario considerar ahora el rayo
refractado y el ángulo de refracción o ángulo que forma la normal y el rayo refractado.
Sean 1 y 2 dos medios transparentes en contacto
que son atravesados por un rayo luminoso en el sentido de 1 a 2, ð1 y ð2 los
ángulos de incidencia y refracción respectivamente. Las leyes que rigen el
fenómeno de la refracción pueden, entonces, expresarse en la forma:
1. ª Ley. El rayo incidente, la normal y
el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.
2. ª Ley. (Ley de Snell) Los senos de los
ángulos de incidencia ð1 y de refracción ð2 son directamente proporcionales a
las velocidades de propagación v1 y v2 de la luz en los
respectivos medios.
Aplicaciones:
La
fibra óptica:
Es
una nueva aplicación práctica de la reflexión total. Cuando la luz entra por un
extremo de un tubo macizo de vidrio o plástico, puede verse reflejada
totalmente en la superficie exterior del tubo y, después de una serie de
reflexiones totales sucesivas, salir por el otro extremo. Es posible fabricar
fibras de vidrio de diámetro muy pequeño, recubrirlas con un material de índice
de refracción menor y juntarlas en haces flexibles o placas rígidas que se
utilizan para transmitir imágenes. Los haces flexibles, que pueden emplearse
para iluminar además de para transmitir imágenes, son muy útiles para la
exploración médica, ya que pueden introducirse en cavidades estrechas e incluso
en vasos sanguíneos.
Los Espejos:
Los
espejos retrovisores de los coches son espejos divergentes que dan una imagen
virtual y reducida de una parte del panorama que se halla detrás del conductor.
Los espejos para el afeitado son cóncavos y el sujeto se sitúa frente a ellos
dentro de la distancia focal, de modo que puede observar en el espejo su imagen
virtual, derecha y ampliada.
