La refracción es la flexión de las ondas a medida que pasan de un medio a otro, debido a un cambio en su velocidad. El fenómeno se asocia más comúnmente con la luz, pero también puede aplicarse al sonido, o incluso al agua, a las ondas. Ocurre cuando una serie de ondas viaja hacia el nuevo medio en ángulo, de modo que un lado experimenta un cambio de velocidad antes que el otro, provocando que gire hacia el lado más lento de la misma manera que un vehículo en movimiento tenderá a girar si un lado se ralentiza más que el otro. La refracción puede hacer que los objetos parezcan desplazados y puede amplificar los sonidos distantes. Tiene muchos usos en el contexto de la luz, como lentes y prismas.
Índice de refracción
Cada medio a través del cual pueden moverse las ondas tiene un índice de refracción que indica qué tan rápido viajarán. En el caso de la luz, esto se encuentra dividiendo su velocidad en el vacío por su velocidad en ese medio en particular. Es una relación entre las velocidades de los medios, por lo que no se mide en ninguna unidad. El índice de refracción generalmente aumenta con la densidad del medio: es uno para el vacío y es mayor que uno para todos los materiales naturales conocidos.
El aire normalmente tiene un índice de refracción de aproximadamente 1.00029, pero varía con la temperatura y la presión. Para el agua, el valor es de aproximadamente 1.33 y para el vidrio, de 1.50 a 1.75, según el tipo. El diamante tiene un índice de refracción muy alto de 2.417, lo que produce el conocido efecto brillante.
Ejemplos cotidianos
El ejemplo más común utilizado cuando se habla de refracción es una pajita en el agua. Cuando se coloca una pajita en un vaso de agua y se ve de lado, parece estar rota o doblada. Esto se debe a la diferencia en los índices de refracción del aire y el agua. Dado que el agua es más densa que el aire, la pajita parece doblarse a medida que la luz que refleja se ralentiza debido a la densidad del agua. Este fenómeno también hace que los objetos sumergidos, como los peces, se vean más cerca de la superficie de lo que realmente están.
Dado que el índice de refracción del aire varía con la temperatura y la presión, los objetos pueden aparecer desplazados o distorsionados en determinadas condiciones. La ilusión familiar del agua en una carretera en un día caluroso es un ejemplo: es una imagen refractada del cielo causada por el calentamiento del aire cerca de la superficie de la carretera. A veces, las capas de aire a diferentes temperaturas y presiones pueden hacer visibles los objetos que están sobre el horizonte; esto se conoce como espejismo. Diferentes capas de aire pueden producir fenómenos similares con el sonido. En las condiciones adecuadas, los sonidos distantes pueden parecer cercanos porque algunas de las ondas sonoras, que inicialmente se dirigen por encima del oyente, pueden doblarse hacia abajo, aumentando el volumen.
Un ejemplo más común es un arco iris, donde la luz del sol es refractada por gotas de lluvia. La luz solar consiste en una mezcla de diferentes longitudes de onda, o colores, de luz, con el azul, por ejemplo, que tiene una longitud de onda más corta que el rojo. Cuando esta luz atraviesa las gotas de lluvia, las longitudes de onda más cortas se doblan más que las más largas, dividiendo la luz en sus diferentes colores.
Utiliza materiales de
Los usos más comunes de la refracción se encuentran en lentes y prismas. Una lente está diseñada para que la luz que ingresa se enfoque por refracción hacia un punto, produciendo una imagen ampliada de un objeto. Las lentes se pueden utilizar en binoculares y telescopios para obtener imágenes detalladas de objetos distantes, o en lupas y microscopios para ver objetos muy pequeños, como microorganismos no visibles a simple vista. Se puede usar un prisma para dividir la luz en diferentes colores de la misma manera que las gotas de agua crean un arco iris, pero brindando una imagen más precisa que se puede usar para analizar la fuente de luz en detalle.
La ley de Snell
El fenómeno de la refracción se conocía al menos desde la época de los antiguos griegos, y varias personas a lo largo de la historia han formulado leyes para describirlo, incluido Ibn Sahl de Bagdad, quien en 984 presentó una descripción muy precisa, que él utilizado para crear lentes. El astrónomo holandés Willebrord van Roijen Snell elaboró una ley matemática en 1621, que luego fue modificada en la fórmula llamada «Ley de Snell» por René Descartes en 1637. Puede usarse para calcular el ángulo de refracción de la luz que pasa a través de dos medios diferentes.