- Elements de la refracció
- Índex de refracció de la llum en diferents mitjans
- Lleis de la refracció
- Primera llei de la refracció
- Segona llei de la refracció
- Principi de Fermat
- Conseqüències de la llei de Snell
- Angle límit i reflexió interna total
- experiments
- causes
- La refracció de la llum en el dia a dia
- referències
La refracció de la llum és el fenomen òptic que es produeix quan la llum incideix obliquament sobre la superfície de separació de dos medis amb diferent índex de refracció. Quan això succeeix la llum canvia la seva direcció i la velocitat.
La refracció es produeix, per exemple, quan la llum passa de l'aire a l'aigua, ja que aquesta té un índex de refracció menor. És un fenomen que es pot apreciar perfectament a la piscina, a l'observar com les formes de el cos sota l'aigua semblen desviar respecte a la direcció que haurien de tenir.
Atoma
Es tracta d'un fenomen que afecta diferents tipus ones, tot i que el cas de la llum és el més representatiu i el que més presència té en el nostre dia a dia.
L'explicació a la refracció de llum la va oferir el físic holandès Willebrord Snell van Royen, qui va establir una llei per explicar que ha passat a conèixer-se com Llei de Snell.
Un altre dels científics que va prestar especial atenció a la refracció de la llum va ser Isaac Newton. Per estudiar-la va crear el famós prisma de vidre. En el prisma, la llum penetra en ell per una de les seves cares, refractándose i descomponent-se en els diferents colors. D'aquesta manera, a través de l'fenomen de refracció de la llum va provar que la llum blanca està composta per tots els colors de l'arc de Sant Martí.
Elements de la refracció
Els principals elements que s'han de considerar en l'estudi de la refracció de la llum són els següents: -El raig incident, que és el raig que incideix de forma obliqua sobre la superfície de separació dels dos mitjans físics. -El raig refractat, que és el raig que travessa el medi, modificant la seva direcció i la velocitat. -La recta normal, que és la línia imaginària perpendicular a la superfície de separació dels dos mitjans. -El angle d'incidència (i), que es defineix com l'angle que formen el raig incident amb la normal. -El angle de refracció (r), que es defineix com l'angle que forma la normal amb el raig refractat.-A més, també s'ha de considerar l'índex de refracció (n) d'un mitjà, que és el quocient de la velocitat de la llum en el buit i la velocitat de la llum en el medi.
n = c / v
Referent a això, convé recordar que la velocitat de la llum en el buit pren el valor de 300.000.000 m / s.
Índex de refracció de la llum en diferents mitjans
Els índexs de refracció de la llum en alguns dels mitjans més comuns són:
Lleis de la refracció
Sovint es fa referència a la Llei de Snell com la llei de la refracció, però la veritat és que es pot dir que les lleis de la refracció són dos.
Primera llei de la refracció
El raig incident, el raig refractat i la normal estan en el mateix pla de l'espai. En aquesta llei, deduïda també per Snell, s'aplica també la reflexió.
Segona llei de la refracció
La segona la llei de la refracció o llei de Snell, ve determinada per la següent expressió:
n 1 sin i = n 2 sin r
Sent n 1 l'índex de refracció de l'mitjà de què procedeix la llum; i l'angle d'incidència; n 2 l'índex de refracció de l'medi en què es refracta la llum; r l'angle de refracció.
Josell7
Principi de Fermat
A partir d'el principi de el temps mínim o principi de Fermat, es poden deduir tant les lleis de la reflexió com les lleis de la refracció, que acabem de veure.
Aquest principi afirma que la trajectòria real que segueix un raig de llum que es desplaça entre dos punts de l'espai és aquella que requereix el menor temps per recórrer-la.
Conseqüències de la llei de Snell
Algunes de les conseqüències directes que es dedueixen de l'expressió anterior són:
a) Si n 2 > n 1; sin r <sin io sigui r <i
De manera que quan un raig de llum passa d'un medi amb menor índex de refracció a un altre amb major índex de refracció, el raig refractat s'acosta a la normal.
b) Si n2 <n 1; sin r> sin io sigui r> r
De manera que quan un raig de llum passa d'un medi amb major índex de refracció a un altre amb índex menor, el raig refractat s'allunya de la normal.
c) Si l'angle d'incidència és nul, llavors l'angle de l'raig refracció també ho és.
Angle límit i reflexió interna total
Una altra de les importants conseqüències de la llei de Snell és el que es coneix com a angle límit. Es denomina així a l'angle d'incidència que correspon a un angle de refracció de 90º.
Quan això succeeix el raig refractat es desplaça rasant amb la superfície de separació dels dos mitjans. A aquest angle també se li denomina angle crític.
Per angles superiors a l'angle límit, es produeix el fenomen que s'anomena reflexió interna total. Quan això passa no es produeix refracció, ja que tot el feix de llum és reflectit internament. La reflexió interna total únicament té lloc quan es passa d'un medi amb un índex de refracció més gran a un mitjà amb índex de refracció menor.
Una aplicació de la reflexió interna total és la conducció de la llum a través de la fibra òptica sense que tinguin lloc pèrdues d'energia. Gràcies a ella, podem gaudir de les altes velocitats de transferència de dades que ofereixen les xarxes de fibra òptica.
experiments
Un experiment molt bàsic per poder observar el fenomen de la refracció consisteix a introduir un llapis o un bolígraf en un got ple d'aigua. Com a conseqüència de la refracció de la llum, la part de l'llapis o bolígraf submergida apareix lleugerament trencada o desviada pel que fa a la trajectòria que es podria esperar que tingués.
Velual
També es pot provar a fer un experiment similar amb un punter làser. Això sí, cal abocar unes gotes de llet en el got d'aigua per millorar la visibilitat de la llum de l'làser. En aquest cas, és recomanable que l'experiment es dugui a terme en condicions de poca llum per apreciar millor la trajectòria de l'feix de llum.
En tots dos casos, és interessant provar amb diferents angles d'incidència i observar com varia l'angle de refracció segons aquests canvien.
causes
Les causes d'aquest efecte òptic cal buscar-les en la refracció de la llum que provoca que la imatge de l'llapis (o el feix de llum de l'làser) aparegui desviada sota l'aigua pel que fa a la imatge que veiem en l'aire.
La refracció de la llum en el dia a dia
La refracció de la llum es pot observar en multitud de situacions del nostre dia a dia. Algunes ja les hem nomenat, altres te les comentem a continuació.
Una conseqüència de la refracció és que les piscines semblen ser menys profundes del que en realitat són.
Un altre efecte de la refracció és el arc de Sant Martí que es produeix perquè la llum es refracta a l'travessar les gotes d'aigua presents a l'atmosfera. És el mateix fenomen que té lloc quan un feix de llum travessa un prisma.
Una altra conseqüència de la refracció de la llum és que observem l'ocàs de el Sol quan ja han passat diversos minuts des que realment va succeir.
referències
- Light (nd). In Wikipedia. Recuperat el 14 de març, 2019, des en.wikipedia.org.
- Burke, John Robert (1999). Física: la naturalesa de les coses. Mèxic DF: International Thomson Editors.
- Reflexió interna total (nd). En Wikipedia. Recuperat el 12 de març, 2019, des en.wikipedia.org.
- Llum (nd). En Wikipedia. Recuperat el 13 de març, 2019, des en.wikipedia.org.
- Lekner, John (1987). Theory of Reflection, of Electromagnetic and Particle Waves. Springer.
- Refracció (nd). En Wikipedia. Recuperat el 14 de març, 2019, des en.wikipedia.org.
- Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.