Guía de Estudio (Refracción)

Gua de estudioRefraccin de la luzPropagacin e ndice de refraccin.Parael estudiodelosfenmenosondulatoriosdelaluzvamosautilizarlallamadaaproximacindel rayo, enlacual utilizaremosel conceptoderayoluminoso para poder explicar algunos de los fenmenos ondulatorios de la luz.Estaaproximacindejadeser til cuandoanalizamosfenmenoscomoladifraccin. Veamos el concepto de rayo: - n rayo es una l!nea "ue nos indica la direccin de propagacin de la onda. - n rayo es rectil!neo mientras viaja en un medio istropo, es decir, "ue tienelas mismas propiedades en todas las direcciones del espacio.#a velocidad de la luz no es siempre la misma, cam$ia al cam$iar el medio en"ue se propaga la luz, y en cual"uier medio es siempre menor "ue en el vac!o,"ue es donde tiene su mayor valor "ue es, aproximadamente, c % &.'() m*s.Vamos a de+nir el llamado !ndice de refraccin a$soluto de un medio, "ue es elcocienteentre la velocidadde la luz enelvac!o,c, ylavelocidad venesemedio: n = c/v ,no tiene dimensiones-..omo la velocidad de la luz es menor en cual"uier medio material "ue en elvac!o, los !ndices de refraccin son siempre mayores "ue la unidad. El !ndice derefraccindependedecadamedioydeterminaalgunaspropiedadesdelosmateriales transparentes/ por ejemplo, los diamantes tienen un $rillo intensopor"ue su !ndice de refraccin es muy elevado. 0i un medio tiene un !ndice derefraccin a$soluto mayor "ue otro, se dice "ue es m1s refringente "ue 2l. El !ndice de refraccin de un material depende de la longitud de onda de la luzutilizada. Enel vac!o, lavelocidaddelaluzeslamismaparalasdistintaslongitudes de onda, pero no ocurre lo mismo cuando la luz se propaga en unmedio material. .uando la luz se propaga en un medio material la frecuencianovar!a, semantieneconstante.#afrecuenciade una ondaluminosavienedeterminada por su fuente y no es afectada por el medio. Por tanto, comoc =f, entonces si cam$ia la velocidad de la luz en un medio es por"ue var!a lalongitud de onda en ese medio.0i 3( es la longitud de una onda de luz en el vac!o, c es su velocidad y f es sufrecuencia, se cumple: 0 = c/f0i laondapasaaunmediomaterial dondesuvelocidades v, comosufrecuencia no cam$ia, entonces:.omo n es mayor "ue ' la longitud de onda es menor "ue en el vac!o.4lgunos ejemplos de valores del !ndice de refraccin en distintos medios:ire! "#000$gua!"#$$$%enceno!"#&0"'ia(ante!)#*"+,idrio!de "#*- a "#--Re.e/in 0 refraccin de la luz..uando la luz llega a la super+cie de separacin entre dos medios distintos, una partede la energ!a continua propag1ndose en el mismo medio, se re5eja, y otra parte pasa apropagarseenel otromedio, serefracta. Parael estudiodeestosdosfenmenosutilizaremos la siguiente gr1+ca en la "ue vemos las siguientes partes:- El rayo incidente.- El rayo re5ejado.- El rayo refractado.- #a interfase o super+cie de separacin entre los dos medios.- #a normal, "ue es la perpendicular a la interfase en el punto de incidencia del rayo.- El 1ngulo de incidencia i.- El 1ngulo de re5exin r.- El 1ngulo de refraccin r6.0e cumple "ue los rayos incidentes, re5ejado, refractado y la normal est1n en el mismoplano.Enlare5exinsecumplelaleyde0nell delare5exin"uedice"ueel 1ngulodeincidencia y el de re5exin son iguales: i = r.Podemos tener dos tipos de re5exin, la especular "ue se produce cuando todos losrayosre5ejadostienenlamismadireccin, comoenunespejo/ yladifusa"ueseproduce cuando los rayos no re5ejados no tienen la misma direccin. Esto se de$e a lasirregularidades de la interfase "ue en la re5exin difusa 7acen "ue los rayos re5ejadossalgan 7acia distintas direcciones.Para la refraccin se cumple la ley de 0nell de la refraccin "ue dice "ue el seno del1ngulo de incidencia multiplicado porel !ndice de refraccin delmedioincidente esigual al seno del 1ngulo de refraccin multiplicado por el !ndice re refraccin del mediorefractado, es decir:n"sin i = n)sin r1. Vemos "ue en la refraccin se produce uncam$iodedireccindel rayodeluz, estoesde$ido"uelavelocidaddelaluzesdistinta en distintos medios. Para "ue entendamos claramente por "u2 la luz cam$ia dedireccin en la refraccin veamos la explicacin did1ctica del premio 8o$el de f!sicaamericano 9ic7ard :eynman:;