Refración, Indice De Refraccion Y Aplicaciones

REFRACCIÓN, ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y SUS APLICACIONES
Refracción
La refracción es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio. Es decir, se origina debido a que existe un cambio en la velocidad a la que viaja la luz al atravesar losdiferentes medios de propagación de la luz:

Se llama ángulo de incidencia -i-  el formado por el rayo incidente y la normal. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo.
El ángulo de refracción -r'-  es el formado por el rayo refractado y la normal.
Un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa deun medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. De modo que:
El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano.
Cuando la luz se refracta cambia de dirección porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de la vibración no varía al pasar de un medio a otro, lo que cambia es la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambiode velocidad.
La onda al refractarse cambia su longitud de onda:

que equivale a 

Índice de refracción
El índice de refracción es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo. Es decir, el índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud, esto es, el número de onda en el medio (k) será nveces más grande que el número de onda en el vacío (k0).
El índice de refracción (n) está definido como el cociente de la velocidad (c) de un fenómeno ondulatorio como luz o sonido en el de un medio de referencia respecto a la velocidad de fase (vp) en dicho medio:

Generalmente se utiliza la velocidad de la luz (c) en el vacío como medio de referencia para cualquier materia, aunque durante lahistoria se han utilizado otras referencias, como la velocidad de la luz en el aire. En el caso de la luz, es igual a:

Donde εr es la permitividad relativa del material, y μr es su permeabilidad electromagnética relativa. Para la mayoría de los materiales, μr es muy cercano a 1 en frecuencias ópticas, es decir, luz visible, aunque n es aproximadamente
Contrario a lo que afirman muchos librosclásicos y algunos modernos de física, está comprobado que puede existir un índice de refracción menor a 1; por ejemplo, para los rayos x. Este hecho puede tener aplicaciones técnicas, como espejos para rayos x basados en refracción externa total para su aplicación en herramientas médicas. Otro ejemplo de un índice de refracción menor a uno son las ondas electromagnéticas cuando viajan a través delplasma.

Este es un ejemplo de un rayo electromagnético pasando por un metamaterial con refracción negativa.
 
La determinación del Índice de Refracción se ve influenciada por la temperatura y la longitud de onda de la luz emitida.
| Se cumple la ley de Snell: |
y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta:
n1sen i = n2 sen r.

La investigación reciente tambiénha demostrado la existencia de índice de refracción negativo, lo que puede ocurrir si las partes reales tanto de permitividad εeff como μeff pueden tener permeabilidad con valores negativos. No se espera que esto ocurra naturalmente con luz visible con algún material, aunque puede lograrse con metamateriales; materiales creados en laboratorio creados para dicho propósito. El índice de refracciónnegativa ofrece la posibilidad de superlentes, dispositivo de invisibilidad y otros fenómenos exóticos.
El índice de refracción, en algunos materiales, depende de la frecuencia del rayo incidente. Por esta misma razón, y en ciertos materiales, podemos obtener un índice de refracción negativo no estándar. Por otro lado, como ya se dijo, existen metamateriales que permiten esta propiedad en...