Refracción y formación de imágenes

Índice de refracción y ley de Snell

Apuntá un láser a un balde con agua. El rayo se quiebra hacia la vertical al entrar. Si medís 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?

La refracción es el cambio de dirección que sufre la luz cuando pasa de un medio a otro, porque cambia su velocidad. Eso explica la pajita: los rayos que salen del agua hacia el aire se alejan de la normal, y el ojo los interpreta como si vinieran de una posición más alta. Por eso la parte sumergida parece desplazada y la pajita se ve quebrada en la superficie.

Si $n_2 > n_1$, el rayo se acerca a la normal ($r < i$). Si $n_2 < n_1$, se aleja ($r > i$).

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 aumentás el ángulo de incidencia, llega un momento en que el rayo refractado queda rasante a la superficie ($r = 90^\circ$).

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:

Volvé al principio: la pajita parece quebrada 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.

Resumen