Refracción de la luz y reflexión total
Si metes un sorbete en un vaso con jugo o agua, parece doblarse justo en la superficie. Un diamante tallado lanza destellos que un trozo de vidrio nunca logra. Y por cables de fibra óptica viaja gran parte de los datos que llegan a tu celular en La Paz o Santa Cruz. Los tres casos son la misma refracción, llevada a sus consecuencias más interesantes.
Índice de refracción y ley de Snell
Apunta un láser a un balde con agua en el laboratorio de tu unidad educativa. El rayo se quiebra hacia la vertical al entrar. Si mides los ángulos, el cociente $i/r$ cambia según la inclinación, pero la razón entre los senos, $\operatorname{sen} i/\operatorname{sen} r$, siempre es la misma. ¿Qué propiedad del medio decide cuánto se frena y se desvía la luz?
Si $n_2 > n_1$, el rayo se acerca a la normal ($r < i$). Si $n_2 < n_1$, se aleja ($r > i$).
Un sorbete introducido en un vaso con agua parece doblado justo en la superficie del líquido. a) ¿Qué fenómeno óptico produce este efecto? b) Explica su causa física:…
Un sorbete introducido en un vaso con agua parece doblado justo en la superficie del líquido.
- a) ¿Qué fenómeno óptico produce este efecto?
- b) Explica su causa física: ¿qué le ocurre a la luz cuando pasa del agua al aire?
La luz viaja en el vacío a $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$ y el índice de refracción del agua es $n = 1,33$. a) Escribe la relación entre el índice de refracción $n$, la…
La luz viaja en el vacío a $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$ y el índice de refracción del agua es $n = 1,33$.
- a) Escribe la relación entre el índice de refracción $n$, la velocidad de la luz en el vacío $c$ y la velocidad de la luz en el medio $v$.
- b) Calcula la velocidad de la luz en el agua.
En una práctica de laboratorio se mide que un pulso de luz recorre un bloque de vidrio a $2\cdot10^{8}\ \text{m/s}$. Dato: $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$. a) Calcula el…
En una práctica de laboratorio se mide que un pulso de luz recorre un bloque de vidrio a $2\cdot10^{8}\ \text{m/s}$. Dato: $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.
- a) Calcula el índice de refracción de ese vidrio.
- b) Razona si un índice de refracción puede ser menor que $1$.
Un rayo láser incide desde el aire ($n \approx 1$) sobre la superficie del agua de un acuario ($n = 1,33$) formando un ángulo de incidencia de $30^\circ$ con la normal.…
Un rayo láser incide desde el aire ($n \approx 1$) sobre la superficie del agua de un acuario ($n = 1,33$) formando un ángulo de incidencia de $30^\circ$ con la normal. Dato: $\sen 30^\circ = 0,5$. Observa el esquema:
- a) Escribe la ley de Snell de la refracción, $n_1 \cdot \sen i = n_2 \cdot \sen r$, identificando cada magnitud.
- b) Calcula el ángulo de refracción dentro del agua.
- c) Indica si el rayo se acerca o se aleja de la normal y por qué.
La luz viaja a $2,26\cdot10^{8}\ \text{m/s}$ en el agua y a $1,94\cdot10^{8}\ \text{m/s}$ en el cuarzo. Dato: $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$. a) Calcula el índice de…
La luz viaja a $2,26\cdot10^{8}\ \text{m/s}$ en el agua y a $1,94\cdot10^{8}\ \text{m/s}$ en el cuarzo. Dato: $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.
- a) Calcula el índice de refracción de cada material.
- b) Si un mismo rayo entra desde el aire con el mismo ángulo de incidencia en ambos materiales, ¿en cuál se desvía más? Razona la respuesta.
En el laboratorio de óptica, un rayo láser incide desde el aire ($n \approx 1$) sobre un semicírculo de vidrio de índice $n = 1,52$ con un ángulo de incidencia de…
En el laboratorio de óptica, un rayo láser incide desde el aire ($n \approx 1$) sobre un semicírculo de vidrio de índice $n = 1,52$ con un ángulo de incidencia de $60^\circ$. Dato: $\sen 60^\circ \approx 0,866$. Observa el esquema:
- a) Calcula el ángulo de refracción en el vidrio.
- b) Calcula el ángulo de desviación del rayo, es decir, la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de refracción.
Un rayo de luz viaja por el agua de una pecera ($n_1 = 1,33$) y alcanza la pared de vidrio ($n_2 = 1,5$) con un ángulo de incidencia de $35^\circ$. Dato:…
Un rayo de luz viaja por el agua de una pecera ($n_1 = 1,33$) y alcanza la pared de vidrio ($n_2 = 1,5$) con un ángulo de incidencia de $35^\circ$. Dato: $\sen 35^\circ \approx 0,574$.
- a) Calcula el ángulo de refracción en el vidrio aplicando la ley de Snell entre los dos medios.
- b) Indica si el rayo se acerca o se aleja de la normal al pasar al vidrio y justifícalo comparando los índices.
Un gemólogo quiere identificar un mineral transparente. Hace incidir un rayo desde el aire ($n \approx 1$) con $45^\circ$ y mide un ángulo de refracción de $28^\circ$.…
Un gemólogo quiere identificar un mineral transparente. Hace incidir un rayo desde el aire ($n \approx 1$) con $45^\circ$ y mide un ángulo de refracción de $28^\circ$. Datos: $\sen 45^\circ \approx 0,707$ y $\sen 28^\circ \approx 0,469$.
- a) Calcula el índice de refracción del mineral.
- b) Identifícalo entre estos candidatos: agua ($n = 1,33$), vidrio ($n = 1,5$) y diamante ($n = 2,42$). Justifica la elección.
Ángulo límite y reflexión total
¿Qué pasa cuando la luz sale de un medio lento a uno rápido, por ejemplo del agua al aire? Se aleja de la normal. Si aumentas el ángulo de incidencia, llega un momento en que el rayo refractado queda rasante a la superficie ($r = 90^\circ$).
Un foco sumergido en el agua de una piscina ($n = 1,33$) emite un rayo que llega a la superficie formando $20^\circ$ con la normal y sale al aire ($n \approx 1$). a) Sin…
Un foco sumergido en el agua de una piscina ($n = 1,33$) emite un rayo que llega a la superficie formando $20^\circ$ con la normal y sale al aire ($n \approx 1$).
- a) Sin hacer cálculos, indica si el rayo refractado se acerca o se aleja de la normal.
- b) Justifícalo a partir de la ley de Snell, razonando qué ocurre cuando el segundo medio tiene menor índice de refracción.
La fibra óptica: reflexión total en acción
Láminas de caras planas y paralelas
¿Cuánto se desplaza el rayo?
Dentro de una lámina de espesor $e$, el rayo recorre una distancia $e/\cos r$, porque forma el ángulo $r$ con la normal. Esa trayectoria se separa del rayo original un ángulo $i - r$. El desplazamiento lateral, medido perpendicularmente al rayo, es entonces:
Un rayo de luz entra desde el aire ($n \approx 1$) en una placa de vidrio de índice de refracción $n = 1,5$ con un ángulo de incidencia de $45^\circ$. Dato:…
Un rayo de luz entra desde el aire ($n \approx 1$) en una placa de vidrio de índice de refracción $n = 1,5$ con un ángulo de incidencia de $45^\circ$. Dato: $\sen 45^\circ \approx 0,71$.
- a) Calcula el ángulo de refracción aplicando la ley de Snell.
- b) Dibuja en tu cuaderno la superficie de separación, la normal, el rayo incidente y el rayo refractado, señalando ambos ángulos.
Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.
Un rayo entra desde el aire ($n_1 \approx 1$) en el agua de un acuario ($n_2 = 1,33$) con un ángulo de incidencia de $50^\circ$ y, sin cambiar de dirección dentro del…
Un rayo entra desde el aire ($n_1 \approx 1$) en el agua de un acuario ($n_2 = 1,33$) con un ángulo de incidencia de $50^\circ$ y, sin cambiar de dirección dentro del agua, atraviesa después la pared de vidrio ($n_3 = 1,5$), cuyas caras son paralelas a la superficie del agua. Dato: $\sen 50^\circ \approx 0,766$. Observa el esquema:
- a) Calcula el ángulo de refracción en el agua.
- b) Calcula el ángulo de refracción en el vidrio.
- c) Comprueba que el resultado del apartado b) es el mismo que si el rayo hubiese pasado directamente del aire al vidrio, y justifícalo encadenando las dos leyes de Snell.
Vuelve al principio: el sorbete parece quebrado porque los rayos que vienen del agua se alejan de la normal al salir al aire, y el ojo ubica la parte sumergida más arriba de donde está. El diamante brilla porque su índice altísimo ($n = 2{,}42$) da un ángulo límite pequeño ($L \approx 24{,}4^\circ$): la luz queda atrapada en reflexiones totales dentro de la piedra y sale casi toda por las caras superiores.