La refracción es el fenómeno por la cual la luz que se propaga en forma de onda cambia de velocidad al pasar por un medio material a otro distinto, por ejemplo, cambiar del aire al aceite o al agua. Este fenómeno se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda, varía dependiendo del medio que atraviese.
Cuando realiza un recorrido por el vacío, alcanza una velocidad de 300000 km/s. Por el contrario, si viaja por el aire, su velocidad es de 299910 km/s (muy parecido al vacío). Cuando la luz viaja por el agua, alcanza una velocidad de de 225564 km/s. Todo viene a explicar una idea: la luz irá «reducirá su velocidad» en función del medio que atraviese. Por tanto, si vemos cómo cambia de medio, veremos un cambio en su trayectoria, es decir un ángulo.
Para que los rayos se desvíen es necesario que haya un cambio de índice de refracción.
Si los rayos no se desvían, es decir que no haya refracción ni reflexión, entonces el ángulo es crítico, esto sólo ocurre cuando la luz pasa de un medio con mayor índice de refracción a uno con menor índice de refracción o cuando los índices son similares.
Fig 1. Ángulo crítico.
Fig 2. Desviación que guarda relación con el grado de incidencia, y también con el grado de refracción del medio.
¿Qué es la luz?
La luz es radiación electromagnética capaz de ser percibida por el ojo humano, cuya energía radiante es transportada en fotones a lo largo de electromagnéticas viajan con la misma velocidad en el vacío.
Fig 3. Representación de la velocidad de la luz.
Después de varios años de experimentación, el hombre ha logrado en repetidas ocasiones estimar la velocidad en la que viaja la luz a través del universo. Varios científicos se han acercado a la cifra de 299,792,458 metros por segundo, establecida en 1983 por la Conferencia General de Pesos y Medidas, como la rapidez oficial en la que anda la luz en el vacío.
Fig 4. Velocidad de la luz (diafragma).
Es necesario mencionar que tanto la luz no visible como la visible se conforman de dos cosas a la vez: ondas y partículas llamadas fotones. De los últimos, Albert Einstein concluyo que en el universo no hay nada que viaje más rápido que ellos.
Fig 5. Representación de un fotón.
El estudio de fenómenos asociados a la luz ha sido estudiado a lo largo de los años. En el siglo III a.c. Euclides ya publico las leyes de reflexión usando espejos o superficies pulimentadas. Hasta el siglo XVII donde Alhacen, científico árabe, publico siete volúmenes sobre la refracción y flexión en lentes.
Fig 6. Refracción y reflexión de la luz.
Pero no fue hasta los años 1961 con el científico Snell y 1926 con Descartes que se descubrieron la misma ley mediante distintos métodos. Esta se usa para calcular el ángulo de la refracción de la luz cuando esta atraviesa la superficie de separación entre un medio y otro distinto, es decir, con índice de refracción distinto.
Fig 7. Ley de Snell
El rayo refractado se acerca a la Normal, cuando el rayo incide de una superficie de menor densidad y pasa a una de mayor densidad, o sea si la luz pasa de un medio más rápido a otro más lento (por ejemplo, del aire al vidrio), el ángulo de refracción es menor que el de incidencia y se cumple que: n1<n2 ➔ v1>v2➔θ1>θ2.
Una lente es un dispositivo óptico que mediante el fenómeno de refracción permite formar imágenes reales o virtuales; derechas o invertida; imagen de mayor, menor o igual tamaño que el objeto.
Fig 8. Tipos de lentes.
Las lentes se emplean para muy diversos fines: podemos encontrarlas en las gafas, las lupas, los prismáticos, los microscopios, los objetivos de las cámaras fotográficas, etc.
Fig 9. Algunos objetos que usan lentes.
Conocer el principio físico de la refracción y elaborar vidrio invisible con aceite.
Me gustaría crear un efecto de invisibilidad, de acuerdo con el fenómeno de refracción.
Si el vidrio tiene un índice de refracción muy similar al del aceite, entonces no se produce cambio de ángulo de la luz al pasar de uno a otro y entonces el vidrio se hace invisible.
La refracción de la luz hace que ésta cambie de dirección al pasar de un medio a otro con distintos índices de refracción.
Es por eso por lo que como el aire tiene un índice de refracción mucho menor que el vidrio, podemos ver perfectamente el vidrio en el aire. En cambio, cuando los índices de refracción son muy parecidos, no se produce cambio de ángulo de la luz al pasar de uno a otro y hace que parezca invisible.
Elaboraremos vidrio invisible en el salón de clase con ayuda de los siguientes materiales:
El aceite vegetal posee un índice de refracción de 1,47. Como que la velocidad de la luz en los dos medios es la misma, no podemos diferenciar los dos objetos, y éstos acaban mezclándose visualmente sin poderlos diferenciar. Por tanto, es el índice de refracción el que explica por qué somos incapaces de ver el tubo de ensayo cuando está dentro del vaso de precipita y cubierto de aceite.
Cuando la luz que viaja por el aceite incide sobre el vidrio no se refleja ni se refracta y el vidrio se hace invisible.
Aprendí que el vidrio se hace invisible en aceite porque los rayos de luz no lo atraviesan por el índice de refracción que presentan.
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https://www.youtube.com/watch?v=Q1SNXXD4p-Qhttps://www.fundacionaquae.org/serias-capaz-desaparecer-vaso
https://www.uv.es/uvweb/fisica/es/demostraciones-experimentales-fisica-aula/catalogo-demos/optica/invisibilidad-cuerpo-sumergido-fluido-1286111789106/DemoExp.html?id=1286110
