Reflexión y refracción de la luz


La reflexión y la refracción de la luz son dos fenómenos físicos que puede experimentar un rayo de luz. En la reflexión, el rayo de luz rebota sobre una superficie, mientras en la refracción el rayo de luz que pasa de un medio a otro cambia su ángulo de propagación.

Reflexión de la luz Refracción de la luz
Definición Fenómeno óptico donde el rayo de luz rebota cuando se encuentra con un material. Fenómeno óptico donde el rayo de luz cambia de dirección al atravesar un medio de diferente densidad.
Componentes

Rayo incidente
Rayo reflejado
Superficie reflectante
Línea normal
Ángulo de incidencia
Ángulo de reflexión

Rayo incidente
Rayo refractado
Superficie entre medios
Línea normal
Ángulo de incidencia
Ángulo de refracción

Medio Se produce en el mismo medio Se produce en la frontera entre dos medios de diferente densidad
Leyes
  • La normal y los rayos incidente y reflejado están en el mismo plano
  • Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión
  • La normal y los rayos incidente y refractado están en el mismo plano
  • El índice de refracción del medio 1 por el seno del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del medio 2 por el seno del ángulo de refracción:

n1. sen (α2) =n2. sen (α2)

Características
  • La velocidad de la propagación de la luz no cambia
  • La frecuencia de la onda de la luz no cambia
  • Intensidad del rayo reflejado es menor
  • La velocidad de la propagación de la luz cambia.
  • Depende del índice de refracción del medio.
Ejemplos

Caleidoscopio
Horno solar
Espejos
Brillo de gemas
Halo solar

Imagen doble en acuarios
Pajilla discontinua
Refractometría

¿Qué es la reflexión de la luz?

La reflexión de la luz es el fenómeno que se produce cuando tenemos la sensación de que un rayo de luz rebota sobre una superficie.
Lo que ocurre en realidad es que el rayo de luz se devuelve al chocar con un medio diferente al que se desplaza, como ocurriría cuando se patea una pelota contra una pared.

En la reflexión de la luz se puede distinguir el rayo original o rayo incidente y el rayo que se devuelve o rayo reflejado. En el punto donde el rayo incidente y el reflejado se encuentran, se traza una línea imaginaria perpendicular a la superficie que se conoce como normal.

Entre el rayo incidente y la normal se forma el ángulo de incidencia, y entre la normal y el rayo reflejado se forma el ángulo de reflexión. Así, la dirección en que se refleja la luz depende de la forma de la superficie reflectante y de la dirección del rayo incidente.

La luz posee una frecuencia de onda y una velocidad que es igual tanto en el rayo incidente como en el rayo reflejado. Sin embargo, la intensidad de la luz reflejada es más baja que la luz incidente.

reflexion de la  luz mostrando el rayo incidente y rayo reflejado con los respectivos angulosLeyes de la reflexión de la luz

Las leyes de la reflexión de la luz explican la propagación del rayo de luz cuando se devuelve. Existen dos leyes:

  • Primera ley: el rayo incidente, la normal a la superficie de incidencia y el rayo reflejado están en el mismo plano.
  • Segunda ley: el ángulo de incidencia α y el ángulo de reflexión β son iguales. Si el ángulo de incidencia es igual a 30 °C, el ángulo de reflexión es igual a 30 °C. Si la luz incide perpendicularmente, el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales a 0 °C, por lo que la luz será reflejada invirtiendo el sentido de la propagación.

Ejemplos de reflexión de la luz

La reflexión de la luz ocurre en la naturaleza en muchas situaciones y con varias aplicaciones.

Horno solar

El horno solar más grande del mundo en Odeillo Francia se basa en la reflexion de los rayos solares
Horno solar de Odeillo en Francia.

En muchos lugares se utiliza la luz del sol para cocinar, a través de hornos solares, diseñados con superficies curvas pulidas que reflejan y concentran los rayos en una pequeña área.
El Centro Nacional de Investigación Científica de Francia construyó un horno solar en Odeillo para el estudio de las propiedades de materiales en ambientes de altas temperaturas solares. Este horno se fundamente en la concentración de los rayos solares por reflexión, logrando alcanzar 1000 kilowatts por metro cuadrado.

Formación de imágenes en espejos

Casas de espejo reflejan la luz exterior y se mimetizan con el ambiente
Las casas de espejos parecen mimetizarse en el ambiente al reflejar las imágenes del exterior.

Un espejo es una superficie lisa donde rebotan los haces de luz y se forma una imagen por efecto de la reflexión de la luz. Los espejos más comunes son los espejos planos construidos a partir de una pieza de vidrio cubierta por un lado con nitrato de plata o de aluminio.

Caleidoscopios

caleidoscopio
Las imágenes que se pueden observar en un caleidoscopio son innumerables.

Un caleidoscopio es un instrumento óptico que consiste de un tubo con espejos interiores y con trozos de vidrios de colores. A medida que se gira el caleidoscopio, se forman figuras de patrones variados multicolores, por efecto de la reflexión de la luz en el interior del juguete.

Reflexión interna total

reflexion interna total de un diamante
El brillo interno que observamos en un diamante se debe a la reflexión interna total.

La reflexión interna total es una reflexión especial que se puede observar en las gemas, como los diamantes. En este caso, la luz entra en el diamante con tal inclinación que los rayos se reflejan dentro del cristal, rebotando los rayos contra las caras internas.

Halo solar

efecto de halo solar por causa de la refraccion de la luz en las gotas de agua de la atmosfera
El halo que rodea el sol se debe a la reflexión de la luz en gotículas de agua.

Por veces podemos apreciar un círculo difuso que rodea el sol. Esto se produce por la reflexión de la luz del sol en la superficie de las gotas de agua que flotan en la atmósfera.

¿Qué es la refracción de la luz?

La refracción de la luz se presenta cuando la luz pasa de un medio a otro. Es el fenómeno que explica por qué un objeto recto se ve doblado cuando lo introducimos en agua. El rayo de luz se desvía al pasar a un medio diferente del que procede.

La refracción de la luz se produce en la superficie de separación de los medios de diferente densidad como el aire y el agua, o el aire y el vidrio, lo que afecta la velocidad de propagación de la luz. El desvío de la dirección de propagación será mayor a mayor diferencia de la velocidad de propagación en los dos medios.

En la refracción de la luz se distingue el rayo incidente y el rayo refractado. Entre el rayo incidente y la línea normal se forma el ángulo de incidencia. Mientras que entre el rayo refractado y la normal se forma el ángulo de refracción.

Cada medio tiene un índice de refracción (n) que es la relación entre la velocidad de propagación de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la propagación de la luz en ese medio (v):

n = c / v

El índice de refracción es inversamente proporcional a la velocidad de la luz en el medio; esto es, a mayor índice de refracción menor velocidad de propagación, y viceversa. Asi, para el vidrio, el agua y el plástico es mayor que 1; no tiene unidades, ya que es una relación entre velocidades.

La refracción de la luz puede ocurrir en simultáneo con la reflexión. Por ejemplo, si la luz incide en una cara de un bloque de vidrio, ella se refleja y se refracta en la frontera vidrio-aire.

refraccion de un rayo de luz por dos medios diferentesLeyes de la refracción (ley de Snell-Descartes)

Las leyes de la refracción explican cómo se produce este fenómeno. Fue el físico y matemático Christiaan Huygens quien dedujo estas leyes que se resumen en:

  • Primera ley: el rayo incidente en la superficie de separación de dos medios, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo refractado están en el mismo plano.
  • Segunda ley: los índices de refracción n1 y n2, el ángulo de incidencia α1 y el ángulo de refracción α2 se relacionan por la siguiente expresión:

n1. sen (α2 ) =n2. sen (α2)

Cuando la luz incide perpendicularmente (ángulo de incidencia igual a 0) no hay desvío de la luz, es decir, el rayo incidente sigue su trayectoria lineal.

Ejemplos de la refracción de la luz

La refracción de la luz explica muchos de los fenómenos con los que nos encontramos en nuestro día a día. Veamos unos ejemplos.

La pajilla discontinua

la pajilla se ve discontinua en un vaso de agua por el efecto de refraccion de la luz
La ilusión óptica que percibimos cuando una pajilla está un vaso con agua de debe a la refracción de la luz.

Cuando un objeto recto, como un lápiz o una pajilla, se introduce en un vaso de agua u otro líquido, pareciera que se quiebra.

Imagen doble en tanques de agua

imagen doble de un pez en un acuario
La imagen doble que vemos de un pez en un acuario se explica por la refracción de la luz en el agua.

El agua tiene un índice de refracción diferente del aire. Por eso cuando vemos objetos o seres dentro de un acuario, podemos ver más de una imagen.

Refractometría

usando un refractometro se puede determinar el indice de refraccion de una sustancia
Usando un refractómetro se puede determinar la concentración de una solución.

El índice de refracción de una sustancia sirve para indicar la concentración de algunos compuestos. Para eso se usa un instrumento llamado refractómetro, donde se coloca unas gotas de la solución en una superficie prismática, y se mide el ángulo de refracción.

Te puede interesar también fenómenos naturales.