Refracción

“Reflexión y refracción de la luz”


Objetivo:
Verificar experimentalmente en el laboratorio las leyes de reflexión y de la refracción de la luz, así como también el alumno conocerá el fenómeno de la reflexión interna total mediante el diseño de un experimento para reproducirla.
Introducción
Ahora estudiaremos otra clase de ondas: Las ondas de luz. Estas ondas de luz forman parte de unconjunto más general de ondas, las denominadas ondas electromagnéticas (o radiación electromagnética). Comúnmente cuando hablamos de luz hacemos referencia a la región visible del espectro electromagnético, que cubre ondas electromagnéticas que van desde aproximadamente los 400 nm (violeta) hasta los 700 nm (rojo), o equivalentemente, en términos de frecuencia, de los 7x1014 Hz hasta los 4x1014 Hz.Así de manera funcional podemos definir a la luz como la radiación electromagnética a la cual el ojo es sensible. Las ondas de luz son generadas por toda una variedad de fuentes las cuales dependen del movimiento de electrones. Se pueden elevar los electrones de los átomos de su nivel mas bajo de energía (estado base) a sus niveles más altos por diversos medios: por ejemplo, al calentar la sustanciao pasar una corriente eléctrica por ella. Cuando los electrones finalmente retornan a su estado base, los átomos emiten radiación que se puede hallar en la región visible del espectro electromagnético. La emisión de la luz visible es muy probable cuando los electrones externos (de valencia) realizan la transición. La fuente más conocida de luz es el sol, su superficie emite una radiación queabarca todo el espectro electromagnético, pero la radiación más intensa se encuentra en la región visible; la intensidad radiante del sol alcanza su nivel máximo a una longitud de onda a una longitud de onda aproximada de 550 nm correspondiente a la sensibilidad máxima del ojo del ser humano. Esto significa que a través de la selección natural el ojo humano ha evolucionado de modo que su sensibilidadal espectro solar ha aumentado.
De acuerdo a la teoría de Maxwell todas las ondas electromagnéticas se desplazan por el espacio vacío. A esta velocidad se le denomina “velocidad de la luz”, a pesar de que se aplica a todo tipo de radiación electromagnética y no solo a la luz. Esta velocidad es una de las constantes de la naturaleza y esta dada por c=299 792 458 m/s. Sin embargo en presencia demateria la velocidad de la luz se modifica de acuerdo a las propiedades eléctricas y magnéticas del medio material. Esta velocidad de la luz en un medio material se puede determinar por la expresión:
v= 1kmke1μ0∈0=ckmke
En donde km y ke son la constante dieléctrica y permeabilidad relativa del medio material, respectivamente, así como μ0 y ∈0 son las constantes de permitividad y permeabilidad delvacío.
Las ondas de luz presentan algunas otras características muy peculiares, que están estrechamente relacionados con la diferencia en la velocidad de propagación en el vacío y en la materia: los fenómenos de reflexión y refracción, que tienen que ver con el cambio de dirección cuando la luz encuentra una frontera entre dos medios materiales donde la velocidad de propagación es distinta.Cuando proyectamos la luz de una linterna a través de una ventana, nos damos cuenta que ésta es observada tanto por una persona que se encuentra del otro lado de la ventana como nosotros mismos observamos la luz reflejada. En términos generales, estos dos efectos pueden ocurrir siempre que un haz luminoso pase de un medio (el aire por ejemplo) a otro (vidrio). Una parte de este haz regresa y serefleja en el primer medio, y la otra se transmite al segundo medio. En la figura dos se ilustran gráficamente los dos efectos. Nótese que el haz puede desviarse o refractarse al penetrar en el segundo medio. En la figura dos, los haces se representan por medio de radios. Estos, trazados como líneas rectas perpendiculares a los frentes de onda (planos), indican la dirección en que se mueven los...