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Refracción de la luz
2do Medio > Física
Refracción de la luz
Propagación de la Luz
Piensa y explica:
Lo único que podemos ver es luz, y durante el día, nuestra fuente principal de
luz es el Sol. Ciertos materiales como el aire, el agua o el vidrio permiten el
paso directo de la luz, mientras que otros materiales la reflejan. Cuando la luz
ingresa a un material trasparente como el vidrio, ocurren cambios en su
transmisión. La figura de más abajo ilustra un atardecer, pocos minutos antes
de que el Sol se oculte por completo. Aunque podamos ver el Sol sobre el
horizonte y estar seguros de que se encuentra en esa posición y no otra,
encontrarás paradójico saber que el Sol no está ubicado en esa posición, sino
un poco más abajo. Cuando veas el Sol en un atardecer, piensa que está
ubicado un poco más abajo de la posición en que realmente lo ves. Responde
en el cuadro de más abajo: ¿Por qué crees que el Sol se ve más arriba de lo
que debería estar? Justifica tu respuesta.
... el espejismo es una
ilusión óptica en la que
objetos lejanos parecen
reflejados en el pavimento
y ocurre sólo en días
soleados y calurosos.
Consúltalo:
Escribe aquí tu predicción.
La imagen anterior, del
automóvil en la superficie
de la carretera… ¿Fue
reflejada? Investiga en
internet
cuál es
el
fenómeno natural físico
involucrado en la ilusión
óptica llamada espejismo.
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Refracción de la luz
Red conceptual
A continuación te presentamos una red conceptual donde se sintetizan los principales conceptos que
estudiaremos a los largo de este módulo.
¿Qué aprenderé?
Este módulo tiene como objetivo comprender y contextualizar el concepto de refracción
de la luz.
Refracción
Las piscinas parecen menos profundas de lo que realmente son; una cuchara al interior de una copa de
agua se ve quebrada; el titilar de las estrellas; la distorsión del paisaje al mirar sobre una fuente de calor.
Estos efectos se deben a la variación de velocidad que
experimenta la luz cuando cambia de un medio de
propagación a otro, o cuando atraviesa zonas de
diferente densidad en un mismo medio de propagación.
Esta variación en la velocidad de la luz debido al cambio
del medio de propagación se le conoce por el nombre de
refracción, cuyo efecto característico es el cambio en la
dirección en que se propaga el rayo luminoso.
Producto de la refracción los objetos sumergidos en el
agua se ven más cerca de lo que realmente están. Las
antiguas tribus ancestrales corregían este efecto óptico
al momento de pescar en el río, arrojando sus lanzas a mayor profundidad respecto de la imagen que ellos
tenían del pez. En la imagen puedes apreciar cómo disminuye la profundidad de los objetos sumergidos
debido al fenómeno de refracción. La imagen del pez se desvía al momento de salir del agua (línea
continua) y la proyección de este desviamiento hacia el agua (línea segmentada) provoca que la posición
aparente quede situada más arriba de la posición real.
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Refracción de la luz
Índice de refracción
Antiguamente se creía que la luz se propagaba de manera infinita, y no se tuvo una idea sobre su rapidez
hasta fines del siglo XVII. El astrónomo danés Olaus Roemer fue el
pionero en demostrar en 1675 que la luz se propagaba de manera
finita, haciendo mediciones cuidadosas de los períodos de la Luna
de Júpiter. Hoy en día se sabe que la luz se propaga por el vacío a
una rapidez aproximada de 300 mil kilómetros por segundo y que
esa rapidez disminuye dependiendo de la características del
medio trasparente en el cual se propague. La tabla izquierda
muestra algunos ejemplos de la rapidez de la luz en distintos
materiales transparentes. En el vacío, la luz se propaga a su
mayor rapidez, pero si se propaga en medios materiales, su
rapidez se reduce considerablemente conforme a su índice de
refracción.
Se conoce como índice de refracción (n) de un medio material al
cociente entre la rapidez de la luz en el vacío y la rapidez de la luz en dicho material. Así, el índice de
refracción del diamante es:
300.000 km
s  2, 42
n
123.967 km
s
El índice de refracción es un valor adimensional mayor que 1, pues la rapidez de la luz en el vacío es de
300.000 (km/s), mientras que en un medio material siempre es inferior.
Calcula y registra en el siguiente cuadro el índice de refracción de los materiales de la tabla anterior,
usando criterios de aproximación, de manera que quede con dos decimales.




Índice de refracción de
distintos materiales.
Material.
n.
Aire.
Agua.
Etanol.
Cuarzo.
Vidrio
Crown.
Vidrio Flint.
Diamante.
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Refracción de la luz
Ley de Snell
Cuando un rayo de luz monocromático pasa desde un material trasparente (material 1) formando un ángulo
1 con la normal (línea punteada) a otro material transparente
(material 2), éste se desvía en un ángulo  2 menor que 1 siempre y
cuando n1 sea menor que n2 (figura izquierda). En otras palabras, el
ángulo que forma el rayo refractado con la normal será menor que el
ángulo que forma el rayo incidente
con la normal si el material 2 tiene
mayor índice de refracción que el
material 1.
Por otro lado, si un rayo de luz pasa
desde un medio transparente de
mayor índice de refracción (material
2) formando un ángulo 1 con la normal, a otro material transparente
de menor índice de refracción (material 1), el ángulo del rayo de luz
refractado  2 será siempre mayor al ángulo del rayo incidente 1
(figura derecha).
Debes tener presente que, para el fenómeno de refracción existen dos leyes fundamentales. La primera de
ellas dice que: El rayo incidente y el rayo refractado están siempre en un mismo plano. Por otra parte, la
segunda ley cuantitativa, llamada ley de Snell, fue deducida por primera vez en 1621 por W. Snell, un
astrónomo y matemático holandés. Según Snell existe una proporción entre la razón de la rapidez y la razón
de los senos de los ángulos (incidencia y refracción), de manera que:
sen1 v1

sen 2 v2
Sabemos que n  c
v
 vc
n
, luego, v1  c
n1
*
y v2  c
n2
. Reemplazando v1 y v2 en (*) obtenemos:
c
sen1 n1

c
sen 2
n2
n1sen1  n2 sen2
Esta última ecuación es conocida como Ley de Snell, donde n1 y n2 son los índices de refracción de los
materiales (medios de propagación) y 1 y  2 son los ángulos de incidencia y refracción respectivos. Con
esta ecuación podemos encontrar el índice de refracción de un material desconocido, midiendo los ángulos
de incidencia y de refracción con un transportador y sabiendo que el índice de refracción del aire es
aproximadamente 1.
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Refracción de la luz
Cambios físicos en la luz refractada
Cuando la luz se refracta, su frecuencia permanece siempre constante, pero experimenta cambios en otras
de sus propiedades cinemáticas y ondulatorias, como son su rapidez y longitud de onda. El siguiente cuadro
resume los cambios que experimenta la luz cuando se refracta desde medios transparentes distintos.
Si la luz ingresa a medio transparente cualquiera Si la luz ingresa a un medio transparente cualquiera
desde un medio de menor índice de refracción (por desde un medio de mayor índice de refracción (por
ejemplo, del aire al cristal)
ejemplo, del cristal al aire)
-
El ángulo del refracción será menor que el
ángulo de incidencia.
Disminuye la longitud de onda del rayo
refractado.
Disminuye la rapidez del rayo refractado.
La frecuencia del rayo refractado es igual a la
frecuencia del rayo incidente.
-
El ángulo de refracción será mayor que el
ángulo de incidencia.
Aumenta la longitud de onda del rayo
refractado.
Aumenta la rapidez del rayo refractado
La frecuencia del rayo refractado es igual a la
frecuencia del rayo incidente.
Aplicación: construcción de lentes.
Gracias a la propiedad de refracción en medios transparentes podemos
construir lentes. Sabemos que los rayos de luz se desvían al entrar a un
bloque de vidrio y vuelven a desviarse al salir del mismo y esta es el
concepto fundamental de la óptica geométrica. Las lentes de la imagen
derecha corresponden a una lente biconvexa (converge la luz en un
punto) y una lente bicóncava (diverge los rayos de luz)
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Refracción de la luz
Organizador gráfico de síntesis
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Refracción de la luz
Actividad Nº1
Contrasta y responde:
¿Se cumple tu predicción inicial? (primera página). Justifica en cualquiera de ambos casos.
¿Por qué crees que el Sol se ve más arriba de lo que debería estar?
Actividad Nº2
Investiga y responde: Averigua en
internet qué es la reflexión interna total
(figura siguiente) y qué condiciones se
tienen que dar (en términos de
refracción) para que ocurra.
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Refracción de la luz
Actividad Nº3
Calcula y responde:
Se sabe que la rapidez de la luz de una piedra preciosa es de 169.491 (km/s). Calcula su índice de refracción
y a partir de ese dato busca en internet de qué piedra estamos hablando.
Actividad Nº4
Calcula y responde:
Desde el agua se hace incidir un rayo de luz monocromático con un ángulo de incidencia de 60º,
refractándose en otro material con un ángulo de 50,6º. El índice de refracción del agua es de 1,33. Calcula
el índice de refracción n2 utilizando la ley de Snell y averigua en internet a qué material corresponde.
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