Los ángulos se miden con respecto a la normal, no al límite.
La línea de visión (o bisectriz) es una línea que es perpendicular al plano de frontera en el punto donde la luz entra. Los ángulos de incidencia θ₁ y de refracción θ₂ son los ángulos entre la línea de visión y la luz. Si se introducen directamente estos ángulos en la fórmula, se obtendrá un resultado diferente.
Cuando el índice de refracción n = c/v es grande, la velocidad de fase de la luz es menor. En medios transparentes ordinarios, al pasar de un índice de refracción bajo a uno alto, la luz se desvía hacia la normal, y viceversa. Cuando la luz incide verticalmente, incluso si la velocidad cambia, la dirección de propagación no cambia.
El cálculo se realiza para el grado en el que disminuye según la ley de Snell.
En el límite entre dos medios, n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂. Primero, identifique el medio incidente, y luego calcule el seno del ángulo de refracción. Incluso con el mismo ángulo de incidencia, cambiar la relación de los índices de refracción cambia el ángulo de refracción.
Al pasar de n₁ > n₂, aumentar el ángulo de incidencia puede hacer que el sinθ₂ calculado supere 1. Esto no representa un ángulo de refracción físico mayor de 90°, sino reflexión interna total, sin rayo refractado propagante. Comprueba la condición específica del ángulo crítico para determinar la reflexión interna total.
La frecuencia se mantiene al cruzar el límite
La frecuencia de las vibraciones de la luz se mantiene en el límite del medio, independientemente del tiempo. Debido a que la velocidad de la luz cambia, la longitud de onda cambia según v = fλ. Si la longitud de onda en el vacío es λ₀, la longitud de onda dentro del medio es λ₀/n. La longitud de onda se acorta en el medio con un índice de refracción más grande.
Un modelo de luz ideal representa la luz como una línea delgada y calcula la dirección en los límites. Los límites reales pueden resultar en reflexión, y el índice de refracción puede variar según la longitud de onda. Utilizar un único viga de luz en el experimento no explica la dispersión de todos los colores y el efecto de onda.
Relaciones y símbolos clave
n = c/v · n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂ · λ_medio = λ₀/n
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| n₁, n₂ | Índices de refracción de los medios de incidencia y refracción | Adimensional |
| θ₁, θ₂ | Ángulos de incidencia y refracción medidos desde la normal | ° o rad |
| c, v | Rapidez de la luz en el vacío y en el medio | m/s |
| λ | Longitud de onda | m |
Ejemplo resuelto
¿Qué ocurre cuando la luz pasa del aire, n₁ = 1, al vidrio, n₂ = 1.5, con un ángulo de incidencia de 30°?
Debido a que sinθ₂ = (1/1.5)sin30° = 1/3, el ángulo es θ₂ ≈ 19.5°. Al pasar de vidrio al aire, es necesario verificar primero la posibilidad de reflexión interna total.
Errores frecuentes
- El ángulo de refracción se mide en relación con el índice de refracción, no con la interfaz.
- Incluso si la velocidad y la longitud de onda cambian debido a la refracción, la frecuencia fundamental de vibración permanece constante dentro de un límite estático.
Explorar este concepto con experimentos
Compare los casos en los que el orden del índice de refracción se invierte, pero el ángulo de incidencia es el mismo, y el índice de refracción se desvía hacia o lejos de la normal.
Lentes convexas e imágenesObserve el proceso por el cual la dirección de la luz al pasar a través del lente crea un patrón/forma (o “una formación”).