Refracción

Por su parte, la refracción es una desviación que experimentan los rayos luminosos al paso de un medio transparente de densidad determinada a otro cuya densidad es distinta de la anterior. Si bien este fenómeno se presenta generalmente al paso de un medio a otro, existe un caso en el que dicho paso no implica refracción, que es cuando la incidencia se produce perpendicularmente a la superficie de separación de ambos medios.

La refracción es fundamental para la explicación de los procesos que experimenta la luz en prismas y lentes de todo tipo.

Mientras que la luz se propaga con velocidades diferentes dependiendo de la densidad del medio por el que lo hace (cuanto mayor es la densidad de este tanto más lenta es la propagación de la luz), la intensidad del fenómeno de la refracción depende del grado de la variación de la velocidad de propagación (cuanto mayor es este, tanto mayor es la refracción que experimenta el rayo, y en consecuencia tanto mayor es el poder de refracción del medio).

El índice absoluto de refracción es el resultado de relacionar la velocidad de la luz en el vacío con la velocidad a la que esta se propaga en el seno del medio en cuestión. Sin embargo, el valor del índice depende del color de la luz, por lo que generalmente se indica para la luz amarilla.

Dicho índice tiene un valor de 1,3 para él agua. Dado que en los casos habituales la luz pasa de un medio con un índice de refracción determinado a otro cuyo índice es diferente, se define el concepto de índice de refracción relativo al que relaciona los índices de refracción de ambos medios y que es equivalente a dividir la velocidad de propagación de la luz en un medio por la del otro, o al cociente de los índices de refracción absolutos de ambos medios.

Dado que aire llene el mismo índice de refracción absoluto que el vacío, por regla general se considera que el índice de refracción absoluto de una cierta sustancia es el índice de refracción de ésta con el aire.

El fenómeno de la refracción se rige de acuerdo con dos leyes; la primera afirma que tanto el rayo incidente como el retractado y la normal a la superficie de refracción están contenidos en un mismo plano.

La segunda ley, llamada también ley de Snell, afirma que para una luz con una frecuencia determinada, el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de retracción es constante e igual al índice relativo de ambos medios.

Esta ley constituye el fundamento del funcionamiento de los refractómetros, empleados para la determinación de los índices de refracción de los diversos materiales a partir de la medición precisa de los ángulos de incidencia y refracción. La aplicación más importante de los fenómenos de refracción en los medios es la obtención de imágenes gracias al empleo de lentes.

Existen dos tipos principales de lentes: las   y las convexas. Las primeras son aquellas cuyo espesor es menor en su centro que en sus bordes.

Se dividen en tres tipos principales, que son: las lentes bicóncavas, en las que, como su nombre lo indica, ambas superficies son cóncavas; las planoconvexas, en las que mientras que una superficie es cóncava la otra es plana, y las convexocóncavas, en las que una de las superficies es ligeramente convexa, mientras que la otra es cóncava.

Al igual que lo que sucede con las convexas, en las lentes cóncavas su forma desvía a la luz del mismo modo, si bien las lentes cóncavas refractan los rayos de luz de un modo divergente, motivo por el cual las imágenes a que dan lugar son virtuales, además de menores e invertidas. Por su parte, las lentes convexas son aquéllas cuyo espesor central es mayor que el de sus bordes.

Al igual que en el caso de las cóncavas, existen tres tipos principales: las bicóncavas, con sus dos superficies cóncavas; las planocóncavas, en las que mientras una es cóncava la otra es plana, y las cóncavoconvexas, en las que una de sus dos superficies es ligeramente cóncava, mientras que la otra es convexa.

Todas ellas desvían la luz de igual forma, refractando, por lo general, los rayos de forma convergente, por lo que las imágenes a que dan lugar son reales.

Cuando el índice de refracción del segundo medio es menor que el del primero, la aplicación de la ley de Snell da como resultado un ángulo de refracción mayor que el ángulo de incidencia, con lo que se llega hasta un valor límite (que depende de los índices de  refracción relativos de los medios) para el cual el rayo refractado sale paralelo a la superficie de separación entre ambos medios, y por lo tanto toda la energía incidente se refleja; de aquí el nombre de reflexión total.

Este fenómeno lo conocen bien los buceadores, ya que cuando se encuentran sumergidos y miran oblicuamente hacia la superficie con un ángulo suficientemente grande, esta actúa como un espejo.

Este fenómeno tiene un gran interés tanto teórico como práctico, ya que, además de su empleo en la construcción de prismas, ha permitido desarrollar tecnologías ópticas modernas, como la de las guías de ondas, las cavidades resonantes, y las fibras ópticas, en cuyo interior la luz se conduce a lo largo de fibras transparentes extremadamente delgadas, experimentando reflexiones totales.

Publicado en Ciencias naturales y física