Refracción de la luz

Al observar los fenómenos ópticos comunes que nos rodean, podemos concluir que la luz parece viajar en línea recta. En algún momento del siglo XX, la teoría ondulatoria de la luz a menudo se volvió ligeramente inadecuada para los casos de interacción de la luz con la materia, y la luz a menudo se comporta como una corriente o un sistema de partículas. Esta discusión sobre la verdadera naturaleza de la luz continuó durante años hasta que apareció una moderna teoría cuántica de la luz en la que la luz no es una onda ni una ‘partícula’ en la naturaleza: la nueva teoría relaciona las propiedades de la partícula de la luz con la naturaleza ondulatoria de la luz. eso. La refracción de la luz se explica brevemente usando la propagación de la luz en línea recta en este artículo.

A veces parece que cuando la luz viaja oblicuamente de un medio a otro medio, la dirección de propagación de la luz en el segundo medio cambia de alguna manera. Este cierto fenómeno se conoce como lo que llamamos la refracción de la luz. En palabras simples, describe el cambio en la velocidad de la luz cuando viaja de un medio a otro medio. La refracción de la luz depende de la velocidad del medio que usamos y de la naturaleza de otro medio del que proviene la luz. Hay ciertas leyes también que sigue este fenómeno de refracción.

Causas de la refracción

El cambio de velocidad cambia la dirección de la luz que viaja a través del medio:

El rayo de luz sufre refracción en la superficie cada vez que viaja en un ángulo hacia un medio con un índice de refracción ligeramente diferente. El cambio en la velocidad de la luz resulta en un cambio en la dirección del rayo de luz. Por ejemplo, considere el aire viajando hacia el agua. La velocidad de la luz disminuye aún más a medida que continúa viajando en un cierto ángulo diferente.

La refracción de la luz en el vidrio se describe en la figura anterior. Cuando un rayo de luz viaja desde el aire hacia el vidrio, la luz se ralentiza gradualmente y cambia ligeramente de dirección. Cuando el rayo de luz viaja de una sustancia menos densa a una sustancia más densa, la luz refractada se dobla o se desvía más hacia la línea imaginaria normal. Si la onda de luz cae sobre el límite en una dirección perpendicular o en ángulo recto con él, el rayo de luz no sufre refracción a pesar del cambio en su velocidad.

Leyes de la refracción

La refracción de la luz que viaja a través de diferentes medios sigue algunas leyes. Hay dos leyes de refracción, como se indica a continuación, a la vista de la refracción, la luz sigue y vemos la imagen refractada del objeto.

La reflejada, la incidente y la normal en el punto de incidencia tenderán todas a estar en el mismo plano.
En segundo lugar, la relación del seno del ángulo de incidencia y refracción es constante, lo que se denomina ley de Snell .

$\frac{sen (i)} {sen (r)}$ = constante

Donde i= ángulo de incidencia, r= ángulo de refracción, el valor constante depende de los índices de refracción de los dos medios. Es su proporción.

Refracción en la vida real

El espejismo en los desiertos y el acecho son tipos de ilusiones ópticas en nuestros ojos que son el resultado de la refracción de la luz.
Una piscina siempre parece o parece mucho menos profunda de lo que realmente es debido a que la luz que proviene del fondo de la piscina se dobla en las superficies debido a la refracción de la luz.
La formación de un arco iris por gotas de agua es un ejemplo de refracción cuando los rayos del sol se desvían a través de las gotas de lluvia o gotas de agua en el aire, lo que da como resultado el arco iris.
Cuando la luz blanca atraviesa el prisma, se divide en sus siete colores componentes (VIBGYOR): rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta debido a la refracción de la luz.

Aplicaciones de la Refracción de la Luz

La refracción tiene muchas aplicaciones amplias y comunes en óptica y también en tecnología. Algunos de ellos se dan a continuación:

Una lente utiliza el fenómeno de la refracción para formar una imagen de un objeto o cuerpo para diversos fines, como la ampliación.
Los anteojos que usan las personas con problemas de visión utilizan el principio de refracción.
La refracción se utiliza en las mirillas de las puertas de las casas por seguridad, en las cámaras, en el interior de los proyectores de películas y también en los telescopios.

Índice de refracción

El índice de refracción, también llamado índice de refracción, nos permite saber qué tan rápido viaja la luz a través del medio material.

El índice de refracción es una cantidad adimensional. Para un material o medio determinado, el índice de refracción se considera la relación entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en el medio (v) sobre el que se desplaza. El índice de refracción de un medio está representado por una n pequeña y viene dado por la siguiente fórmula:

$n= \frac{c}{v}$

Donde c = velocidad de la luz en el vacío, v = velocidad de la luz en el medio.

Las velocidades dadas de la luz en diferentes medios pueden dar el índice de refracción de la siguiente manera también donde el primer medio no es el vacío:

$n_{21}= \frac{v_{1}}{v_{2}}$

El n ₂₁ = índice de refracción de 2 con respecto a 1.

Según el índice de refracción dado del material o medio, el rayo de luz cambia su dirección o se dobla en la unión que separa los dos medios dados. Si el rayo de luz que viaja de un determinado medio a otro de un índice de refracción ligeramente superior, se desvía hacia la normal en ese caso cuando viaja de un medio más raro a un medio más denso, o bien se desvía de la normal cuando viaja de un medio más denso a uno más raro medio.

La siguiente tabla da una idea sobre los diferentes índices de refracción de los medios. El que tiene un índice de refracción más alto es ópticamente más denso que un material con un índice de refracción bajo que se convierte en un medio más raro. Los valores se calculan contra el vacío o el aire, por lo que son los índices de refracción absolutos.

Material medio	Índice de refracción	Material medio	Índice de refracción
AIRE	1.0003	BÁLSAMO DE CANADÁ	1.53
HIELO	1.31	SAL DE ROCA	1.54
AGUA	1.53	DISULFURO DE CARBONO	1.63
ALCOHOL	1.56	VIDRIO DE FLINTE DENSO	1,65
QUEROSENO	1.44	DIAMANTE	2.42
CUARZO FUNDIDO	1.46	ZAFIRO	1.77
TREMENTINA	1.47	RUBÍ	1.71
BENCENO	1.50	CORONA DE VIDRIO	1.52

Refracción a través de lentes

Los rayos de luz después de pasar del aire al vidrio se refractan. Al utilizar tipos especiales de lentes esféricas, que son principalmente cóncavas o convexas, los rayos de luz que pasan del aire a la lente a su vez divergen de la superficie o convergen desde la superficie de la lente. Las lentes se utilizan en telescopios y microscopios. También son necesarios en cámaras y proyectores. Nuestros propios ojos tienen una lente convexa, por lo que son un ejemplo de una lente esférica. Al principio, la imagen está invertida, pero cuando los nervios ópticos en el punto ciego transfieren los impulsos al cerebro, este los procesa y percibimos la imagen en su orientación correcta. Términos importantes relacionados con la refracción a través de lentes:

Centro de curvatura: el centro de la esfera de vidrio real, de la cual forma parte la lente dada.
Eje Principal: Cuando dos esferas forman parte de una lente dada, es la línea imaginaria que une el centro de curvaturas de ambas esferas.
Foco principal: Es un punto ubicado en el eje principal, donde los rayos de luz que son paralelos al eje principal se encuentran en el caso de una lente convexa (o parecen encontrarse después de que hacemos la extrapolación en una lente cóncava).
Centro Óptico: Es un punto ubicado dentro de la lente o en el centro donde se juntan el diámetro de la lente y el eje principal.
Longitud Focal: La distancia entre el foco y el centro óptico

Lentes convexas

Una lente convexa también se llama lente convergente ya que hace converger los rayos de luz que caen sobre ella. La superficie de la lente es algo convexa por naturaleza. Si un rayo de luz pasa paralelo al eje principal de una lente convexa procedente de un objeto infinito, el rayo refractado pasa por el foco y este punto se llama foco principal de la lente convexa. Si el rayo incidente pasa por el centro óptico de la lente dada, el rayo refractado de la lente no se desvía en absoluto. Si el rayo incidente pasa por su foco, el rayo refractado luego de la refracción pasa paralelo al eje principal.

Foco principal de la lente convexa

lente cóncava

Una lente cóncava también se denomina o se describe como una lente divergente, ya que diverge los rayos de luz que inciden sobre ella. La superficie de la lente es algo cóncava por naturaleza. Un rayo de luz incidente que viene paralelo al eje principal de una lente cóncava lo atraviesa y diverge. Cuando se extrapola hacia atrás, parece pasar por el foco, este punto se denomina foco principal. Si el rayo de luz incidente pasa por el centro óptico de la lente, como en la lente convexa, el rayo refractado lo atraviesa sin desviarse de él. Si el rayo de luz incidente después de la refracción a través de la lente pasa por el foco de la lente, se refracta paralelo al eje principal.

Principal de la lente cóncava

Refracción a través de losa de vidrio

Como podemos observar a continuación, la refracción a través de una losa de vidrio tiene lugar en las dos superficies paralelas, iguales y opuestas. Como podemos ver, el rayo incidente primero sufre refracción en la superficie PS y el rayo refractado se dobla hacia la normal y nuevamente incide en la otra superficie que es igual a la primera y que es QR. A través de una losa de vidrio, la luz antes de volver al aire sufre refracción dos veces. En la segunda vez, el rayo refractado se desvía de la normal. Si la luz incide en ángulo recto, atravesará la losa de vidrio sin ninguna desviación.

Aquí, i = ángulo incidente, r = ángulo refractado, e = ángulo emergente y OA = rayo incidente, BC = rayo emergente, AB = rayo refractado, MN = normal, HG = normal.

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Cuál es el valor constante si el ángulo de incidencia es de 22° y el ángulo de refracción es de 15°?

Solución:

Como la conocemos,

$\frac {pecado (i)} {pecado (r)}$ = constante

Dado sen i = sen 22° y sen r = sen 22°

Poniendo los valores de los ángulos de la tabla de registro obtenemos

$\por lo tanto \frac{sin22\grado} {sen15\grado} = 1,44$

Por lo tanto, la constante es 1,44.

Pregunta 2: ¿Cuál es el valor constante si el ángulo de incidencia es de 30° y el ángulo de refracción es de 46°?

Solución:

Como la conocemos,

{sen i} / {sen r} = constante

Dado sen i= sen 30 ° y sen r= sen 46 °

Poniendo los valores de los ángulos de la tabla de registro obtenemos

$\therefore \frac{sin30\degree} {sin46\degree} = 1.44$

Por lo tanto, la constante es 1,44.

Pregunta 3: ¿Cuál es el valor del seno del ángulo de incidencia si el ángulo de refracción se da como seno de 35°? La constante se menciona como 1.33

Solución:

Como la conocemos,

{sen i}/{sen r} = constante

Dada constante= 1,33 y sen r = sen 35 ° = 0,57

Poniendo los valores de los ángulos de la tabla de registro obtenemos

$\frac{sin (i)} {sin35\degree} = 1.33$

{sen i} = 1,33 × 0,57

{sen i} = 0,75

Por lo tanto, sen i= 0.75

Pregunta 4: Defina el término Refracción.

Responder:

El cambio que se produce en la dirección de una onda cuando la luz pasa de un medio a otro se conoce como refracción de la luz.

Pregunta 5: ¿Cuándo no es posible la refracción de la luz?

Responder:

Cuando la luz incide perpendicularmente al límite o superficie, la refracción de la luz no es posible.

Pregunta 6: Calcula la velocidad de la luz en el diamante con respecto al aire. Tome el índice de refracción absoluto del vidrio de la tabla.

Solución:

Como sabemos, podemos calcular el índice de refracción mediante la siguiente fórmula,

$n =\frac{c}{v}$

Donde el índice de refracción del diamante n= 2,42, c = 3 × 10 ⁸ m/s

$\therefore n= \frac{3\times 10^{8}}{v_{g}}$

$\therefore v_{d}= \frac{3\times 10^{8}}{n }$

$\therefore v_{d}= \frac{3\times 10^{8}}{2.42}$

$\therefore v_{d}= 1.24 \times 10^{8}$

Por lo tanto, la velocidad de la luz en el vidrio es v _d = 1,24 × 10 ⁸ m/s

Pregunta 7: Calcula la velocidad de la luz en el vidrio con respecto al aire. Tome el índice de refracción absoluto del vidrio de la tabla.

Solución:

Como sabemos, podemos calcular el índice de refracción mediante la siguiente fórmula,

$n= \frac{c}{v}$

Donde índice de refracción del vidrio n= 1.52, c= 3 × 10 ⁸ m/s

$\therefore n= \frac{3\times 10^{8}}{v_{g}}$

$\therefore v_{g}= \frac{3\times 10^{8}}{n }$

$\therefore v_{g}= \frac{3\times 10^{8}}{1.52}$

$\therefore v_{g}= 1.97 \times 10^{8}$

Por lo tanto, la velocidad de la luz en el vidrio es v _g = 1.97 × 10 ⁸ m/s

Pregunta 8: Calcula la velocidad de la luz en el agua con respecto al aire. Tome el índice de refracción absoluto del vidrio de la tabla.

Solución:

Como sabemos, podemos calcular el índice de refracción mediante la siguiente fórmula,

$n= \frac{c}{v}$

Donde índice de refracción del agua n= 1.53, c = 3 × 10 ⁸ m/s

$\therefore n= \frac{3\times 10^{8}}{v_{g}}$

$\therefore v_{w}= \frac{3\times 10^{8}}{n }$

$\therefore v_{w}= \frac{3\times 10^{8}}{1.53}$

$\therefore v_{w}= 1.96 \times 10^{8}$

Por lo tanto, la velocidad de la luz en el agua es v _w = 1,96 × 10 ⁸ m/s

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA