Refracción Atmosférica

Siempre hemos escuchado la canción infantil Twinkle-Twinkle little star, pero ¿alguna vez te has preguntado por qué las estrellas brillan por la noche? Es seguro que todos han visto la estrella centelleante a la vez en su vida, pero ¿sabe usted cuando los astronautas viajan en el espacio ya no pueden ver estrellas centelleantes en el cielo, lo único que pueden ver son los hermosos puntos iluminados? Entonces, esto deja una cosa en claro: las estrellas solo brillan o parecen brillar en nuestra tierra, pero ¿por qué? Bueno, esto se debe a la atmósfera de nuestra tierra que causa la refracción y debido a que la estrella parpadea en la noche.

Para comprender el término refracción atmosférica, es muy importante comprender qué es la refracción. Y entonces podemos entender por qué diablos podemos ver el efecto centelleante.

¿Qué es la refracción de la luz?

Bueno, todos estamos familiarizados con el reflejo de la luz que cuando la luz golpea una superficie pulida, rebota y este fenómeno se conoce como reflejo. Pero a veces, la luz se curva cuando pasa de un medio a otro, y esta curvatura de la luz se conoce como refracción . Básicamente, la causa de la refracción se debe a la diferencia de densidad óptica de los dos medios.

En la figura, uno puede entender fácilmente la refracción, en primer lugar, la luz viaja en el aire (medio óptico más raro) y en el momento en que golpea la losa de vidrio, se dobla al entrar en un medio ópticamente más denso.

Causas de la refracción

Esta teoría es bastante diferente de lo que hemos estudiado sobre la luz, en que siempre viaja en una dirección recta. Entonces, ¿por qué se refracta la luz? Bueno, la causa principal de la refracción es la velocidad de la luz. Básicamente, la luz viaja a diferentes velocidades en diferentes medios. Por lo tanto, cuando la luz viaja de un medio a otro medio, en ese punto se enfrenta a un cambio de velocidad. Ahora se sabe que cada vez que la luz se mueve de un medio a otro, su velocidad se altera, lo que provoca la refracción. Analicemos qué sucede cuando la luz entra desde el aire a la losa de vidrio y luego sale de la losa de vidrio.

• Cuando el rayo de luz viaja del aire a la losa de vidrio, se dobla hacia lo normal a medida que la velocidad se reduce en el medio ópticamente más denso.
• Cuando el rayo de luz viaja desde la losa de vidrio al aire, se desvía de lo normal a medida que aumenta la velocidad en el medio ópticamente más raro.

Esto se puede entender por qué la velocidad de la luz es diferente en un medio diferente, entendiendo una simple analogía. Supón que tienes dos estanques, uno que está lleno de agua y el otro que está lleno de miel. Entonces, dime en qué piscina puedes nadar fácilmente. Por supuesto, el agua es menos densa que la piscina de miel. Ahora aplique la misma analogía a la luz, de modo que cuando viaja en un medio más raro, viaja con más velocidad que en un medio más denso.

Leyes de la refracción

Cuando un haz de luz viaja desde dos medios, sigue dos leyes de refracción:

1. La primera ley de la refracción establece que el rayo incidente y el rayo refractado y la normal a la interferencia del medio se encuentran en el mismo plano.
2. La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante a la interferencia del medio, también llamada ley de refracción de Snell.

K = sen i / sen r

donde k es constante, i es el ángulo de incidencia y r es el ángulo de refracción. 

Refracción Atmosférica

En esta sección, tratamos de entender por qué las estrellas brillan en la noche. ¿Estamos viendo estrellas en las posiciones correctas? Y déjame contarte un dato más interesante, vemos el sol 2 minutos antes del amanecer. Esto es bastante interesante, pero ¿por qué? Así que vamos a responder a estas preguntas en esta sección. Como todos sabemos ahora, el término refracción y la causa de la refracción. Así que entendamos la refracción de la atmósfera.

Como sabemos que el cambio en el medio causa la refracción, nuestra tierra está cubierta con la atmósfera que tiene diferentes capas, y estas capas poseen diferentes temperaturas a diferentes alturas, algunas capas atmosféricas son cálidas y otras son frías. Ahora, la capa más cálida de la atmósfera se comporta como un medio ópticamente más raro, mientras que la capa más fría se comporta como un medio ópticamente más denso. Entonces ahora nuevamente tenemos diferentes medios, por lo que cuando la luz pasa a través de diferentes capas de la atmósfera, se refracta.

En resumen, la causa de la refracción debida a la atmósfera terrestre se denomina refracción atmosférica .

Ejemplos de refracción atmosférica

Ahora analicemos algunos ejemplos de refracción atmosférica:

1. Centelleo de estrellas: Como discutimos anteriormente, la temperatura de la capa de la atmósfera es diferente a una altura diferente, lo que crea diferentes medios para la refracción. Además, el aire no es constante, lo que provoca un cambio de temperatura y provoca la refracción. Entonces, cuando la atmósfera refracta más luz hacia nosotros, la estrella parece brillante. Sin embargo, cuando la atmósfera refracta menos luz que la estrella parece tenue, y este proceso ocurre tan rápido que nos parece que parpadea.
2. Salida del sol avanzada y Retraso en la puesta del sol: ¿Alguna vez te has preguntado que la puesta del sol real ocurre mucho antes de lo que sueles ver? Sí, has escuchado bien. Cuando vemos puestas de sol, el rayo de luz que proviene del sol se refracta y se desvía hacia nosotros. En ese momento, el sol ya cruzaba el horizonte. El sol, como vemos, es una imagen que se forma debido a la refracción que en realidad es más alta que su posición real. Esto da como resultado el retraso de la puesta del sol y lo mismo sucede durante el amanecer, lo que lo hace más temprano que el actual.
3. La posición aparente de las estrellas: Como discutimos en el parpadeo de una estrella, nuestra atmósfera tiene diferentes capas que hacen que la luz se refracte, por lo que nuestra atmósfera desvía la luz de las estrellas hacia lo normal, lo que hace que la posición aparente de la estrella parezca ligeramente diferente de su posición real.
4. El arcoíris: en nuestra infancia, a todos nos encanta ver un arcoíris después de la lluvia. La formación de un arcoíris implica Reflexión, Refracción y Dispersión. En primer lugar, la luz del sol entra en la gota de agua durante la cual sufre refracción y dispersión. Pero aquí solo nos preocupa la refracción. Entonces, la luz se dobla dentro de la gota (debido al cambio en el medio) y realiza una reflexión interna total (lo discutiremos en otro artículo) y luego sale donde la luz se refracta nuevamente, lo que da como resultado la formación de un arco iris.

Problemas de muestra

Problema 1: Explique por qué las estrellas parecen más altas que su posición real.

Solución:

Debido a la refracción atmosférica, nuestra atmósfera tiene diferentes capas de aire que tienen diferentes temperaturas a diferentes alturas. Por lo tanto, esta diferencia de temperatura en una capa diferente de la atmósfera se convierte en el medio más escaso y denso y provoca la refracción atmosférica. Por lo tanto, la atmósfera desvía la luz de las estrellas hacia lo normal, lo que hace que la posición aparente de la estrella parezca más alta que su posición real.

Problema 2: ¿Por qué solo las estrellas brillan en la noche pero no el planeta?

Solución:

Dado que la estrella parece muy pequeña, ya que está muy lejos de la Tierra y parece una fuente puntual, un cambio continuo en la atmósfera refracta la luz y provoca el efecto de centelleo. Sin embargo, el planeta que no está tan lejos de nuestra tierra aparece como colecciones de una fuente puntual, por lo que cuando la luz causa atenuación, el efecto producido por la fuente puntual en un lado del planeta queda anulado por el efecto más brillante producido por el punto. fuente de luz en otras partes.

Problema 3: ¿En qué medida la refracción de la atmósfera provoca un retraso en la puesta del sol y el amanecer temprano?

Solución:

El sol aparece 2 minutos antes del amanecer real y el atardecer 2 minutos después del atardecer real.

Problema 4: Explique por qué el objeto parece moverse si miramos el objeto a través del aire caliente sobre el fuego.

Solución

Esto se debe a la refracción de la luz, ya que el aire caliente sobre el fuego se comporta como un medio más raro y el aire más frío más arriba del aire caliente se comporta como un medio ópticamente más denso, por lo que se produce la refracción y el objeto parece inestable o en movimiento. 

Problema 5: Escribe al menos tres aplicaciones de la refracción atmosférica.

Solución:

Las siguientes son las aplicaciones de la refracción atmosférica:

1. Adelantar el amanecer y retrasar el atardecer
2. La posición aparente de las estrellas.
3. formación de arcoiris

Problema 6: Sabemos que cuando la luz se mueve de un medio a otro provoca refracción. Ahora nuestra atmósfera se cubre solo con aire, entonces, ¿cómo se refracta la luz en un medio? Explique en breve.

 Solución:

Bueno, la capa de la atmósfera no es la misma, ya que a diferentes alturas tiene una temperatura diferente debido a que algunas capas se vuelven ópticamente más raras y otras ópticamente más densas y esto provoca la refracción atmosférica.