Índice de refracción.

El desarrollo de la óptica comenzó durante las primeras décadas del siglo XVII, cuando se inventaron el microscopio y el telescopio . En 1791, Newton publicó su tratado, que registraba cuidadosamente los fenómenos de refracción , dispersión, interferencia, difracción y polarización .

La teoría ondulatoria de la luz establece que ésta se propaga en forma de ondas, que vibran en ángulo recto a la dirección de su propagación. Faraday descubrió interrelaciones entre la luz, el magnetismo y la electricidad. Maxwell, tiempo después, postuló la teoría electromagnética de la luz. Según ella, la luz consiste en ondas eléctricas y magnéticas, que vibran sin diferencia de fases en ángulo recto unas con otras. En el siglo XX, Planck publicó su famosa teoría de los cuantos, que sugiere que la luz se propaga en unidades indivisibles, "paquetes" o cuantos, de energía electromagnética. Cuando la luz incide sobre un objeto, parte de la misma es reflejada y parte absorbida. El ángulo que forma el rayo de luz que incide sobre una superficie y la normal 0 perpendicular a la misma en el punto de incidencia, se llama ángulo de incidencia. Este es exactamente igual al ángulo de reflexión, es decir, el que se forma entre la normal y el rayo reflejado en aquel punto.

La refracción se define como el cambio de dirección de los rayos de luz al pasar de un medio a otro, como por ejemplo, del aire al vidrio , o del aire al agua. Esto se debe a que la velocidad de la luz resulta diferente en distintos medios. La ley de la refracción dice que cuando un haz de luz, de una longitud de onda determinada, pasa de un medio a otro, la relación sen i / sen r = n es constante, siendo sen, el seno; i el ángulo entre la normal y el rayo incidente; r el ángulo entre la normal y el rayo refractado, y n una constante. Ésta se conoce como índice de refracción para esos dos medios y para la citada longitud de onda.

El estudio de la luz y los fenómenos de la visión son el objeto específico de la óptica , una rama de la física .

Las leyes que gobiernan la reflexión y la refracción se pueden encontrar fácilmente en forma experimental :

1- El rayo reflejado y el rayo refractado están en el plano formado por el rayo incidente y la normal a la superfície en el punto de incidencia , como se ve en la figura a la izquierda .

2 - Para la reflexión los ángulos i = r

3- Para la refracción : sen i / sen r = n

Siendo n una constante que se llama ínidice de refracción del medio 2 ( en la figura es el agua ) con respecto al medio 1 ( en la figura es el aire )

Tabla 1 - Algunos índices de refracción para λ = 5890 angstrom , medidos con respecto al vacío . El índice con respecto al aire (excepto , por supuesto el índice del aire mismo , véase en el cuarto renglón ) difiere muy poco en la mayoría de los casos .

El índice de refracción de un medio con respecto a otro generalmente varía con la longitud de onda . Debido a esta circunstancia , se puede usar la refracción y no la reflexión , para descomponer un haz de luz en sus longitudes de ondas componentes .

En un arco iris observamos el fenómeno de la refracción de la luz. La luz blanca es un "haz" de rayos que vibran con distintas frecuencias, cada una de las cuales corresponde a un color en particular. Cuando los rayos del sol pasan a través de una gota de agua de lluvia en un ángulo cualquiera, los rayos de distintas frecuencias se refractan en diferentes ángulos. La luz solar, descompuesta en su espectro de colores, se dispersa aún más al salir de la gota y vemos así la gama de colores del arco iris.

Figura : Luz blanca incidente sobre una gota de lluvia , y su posterior descomposición espectral .

Se llama interferencia al fenomeno que resulta cuando dos ondas que se propagan en distintas trayectorias pasan por un mismo punto en el cual se combinan o suman sus efectos. La longitud de onda de la luz está dada por su velocidad dividida por su frecuencia. Si, al encontrarse las dos ondas o los dos haces, la diferencia de longitud de ambas ondas o de fase fuera de media longitud de onda, es decir que actúa en oposición de fase, se anulan entre sí y dan por resultado la oscuridad. Esto es interferencia destructiva, pues luz más luz origina oscuridad. Si, al encontrarse aquellas ondas no están en oposición de fase, pero sí en igualdad de fase, se refuerzan, produciendo más luminosidad.

La difracción ocurre cuando las ondas de luz se difunden alrededor de un obstáculo. La luz blanca que emana de un orificio practicado en una pantalla por la punta de un alfiler puede mostrar bordes coloreados por este fenómeno.

La polarización de la luz se obtiene al reflejarse ésta en una superficie en un ángulo determinado (ángulo de Brewster) o cuando atraviesa una sustancia tal, como la turmalina. Las vibraciones de la luz ocurren en todos los planos que se hallen en ángulos rectos a la dirección de su propagación. Cuando la luz está polarizada, las vibraciones se producen en un solo plano.

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