fisicanet2bach - Reflexión y refracción

Llamamos reflexión al fenómeno por el cual, al llegar una onda a la separación de dos medios, es devuelta al primero de ellos junto con una parte de la energía del movimiento ondulatorio, camiando su dirección de propagación.
Dependiendo de la naturaleza de los medios, habrá cambio de fase si la reflexión tiene lugar sobre un medio más denso. Si se produce sobre un medio menos denso, no habrá cambio de fase.

Por otra parte, la refracción es el fenómeno por el cual, al llegar una onda a la superficie de separación de dos medios, ésta penetra y se transmite en el segundo de ellos junto con una parte de la energía del movimiento ondulatorio, cambiando su dirección de propagación.
El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada sé desvía un cierto ángulo respecto de la incidente.
Este fenómeno se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad de propagación de las ondas en ellos, cambia de un punto a otro. La propagación del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme.

Por ejemplo, en un día soleado las capas de aire próximas a la superficie terrestre están más calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura, es mayor en las capas bajas que en las altas. Ello da lugar a que el sonido, como consecuencia de la refracción, se desvía hacia arriba. En esta situación la comunicación entre dos personas suficientemente separadas se vería dificultada. El fenómeno contrario ocurre durante las noches, ya que la Tierra se enfría más rápidamente que el aire.

Siempre que se produce reflexión, también se produce refracción, ya que una parte del rayo incidente se refleja y otra se refracta. Cuando un rayo se refleja sin penetrar en el otro medio, parte de él es absorbido por la interacción con los átomos.Siempre que la radiación atraviesa un medio parte de ella es absorbida por el medio (no se transmite toda).

Los dos fenómenos, al igual que las leyes que los rigen, pueden interpretarse por el principio de Huygens.

· Leyes de la reflexión

Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión".

1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado y la normal, que se llmama ángulo reflejado

2.- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano. ( Si el rayo incidente se acerca al 2º medio en el plano del papel, el reflejado estrará en ese plano y no se irá ni hacia adelante ni hacia atrás).

La luz se refleja tambien en las superficies que no son lisas pero lo hace originando rayos que no son paralelos entre sí. Cada rayo del haz cumple las leyes de la reflexión, pero las normales no son paralelas entre sí, los rayos reflejados no rebotan paralelos entre sí y la luz sale difusa. Gracias a que la luz que se refleja en nuestra cara es difusa se nos puede ver, si no deslumbraríamos.

· Leyes de la refración

En la refracción se cumplen las siguientes leyes:

1.-El rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano.

2.-Se cumple la ley de Snell: sen i / senr=v₁ / v ₂y teniendo en cuenta los índices de refracción n₁ sen i=n₂ sen r.

Ley de Snell

La luz se refracta porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de vibración no varía al pasar de un medio a otro, cambia la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad. La onda al refractarse cambia su longitud de onda. e=v·t equivale a l=v·T ; l=v / n

Índice de refracción

Se llama índice de refracción absoluto, "n", de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío "c" y la velocidad que tiene la luz en ese medio "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad y es una constante característica de cada medio: n=c/v.
Se pude establecer una relación entre los índices de los dos medios n_{2 y}n_1:n₁·senθ₁= n₂·senθ

En las siguientes tablas se proporcionan datos acerca de los índices de refracción de algunas sustancias.

Luz (onda electromagnética)

Substancias	Aire	Agua	Plexiglás	Diamante
Indices de refracción	1.00029	1.333	1.51	2.417

Ondas de sonido

Material	Aire	Vapor de agua	Agua dulce	Agua de mar	Aluminio
Velocidad del sonido (m/s)	331	401	1493	1513	5104

Ángulo límite y reflexión total

Si n₂es mayor que n₁,como en el caso de la luz cuando pasa desde el aire (n ₁) al vidrio o al agua ( n₂), el rayo refractado se curva y se acerca a la normal tal como indica la figura anterior. En caso contrario, es decir, si el rayo de luz pasara del medio 2 al medio 1, se alejaría de la normal. En este caso, es decir, cuando el rayo de luz pasa de un medio más lento a uno más rápido y se aleje de la normal, puede llegar un momento en que a un determinado ángulo de incidencia le corresponde uno de refracción de 90º y entonces el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie de separación de ambos medios. Este ángulo de incidencia es el llamado ángulo límite o ángulo crítico. Para ángulos de incidencia mayores a él, el ángulo de refracción será mayor de 90º y el rayo no será refractado, puesto que no pasa de un medio a otro, y se produce una reflexión total interna.

Reflexión del sonido

Un curioso fenómeno relacionado con la reflexión del sonido es el eco. Cuando se grita frente a una montaña, se oye primero el sonido directo, y después, el sonido reflejado en el obstáculo. Esta repetición del sonido se denomina eco y se debe a la reflexión de las ondas sonoras.
El eco el el fenómeno que se produce cuando las ondas de sonido rebotan en algún obstáculo y cambian de sentido.
Nuestro oído es capaz de distinguir dos sonidos si llegan separados por 0,1 s. o más. Si producimos un sonidofrente a un obstáculo y el tiempo transcurrido entre la emisión de nuestro sonido y la recepción del sonido reflejado es igual o mayor a una décima de segundo, nuestro oído percibira dos sonidos distintos.
Como la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s (a 15 ºC), recorrerá 34 m en una décima de segundo. Por tanto, para. que se produzca el eco, el obstáculo deberá estar situado, como mínimo, a 17 m del foco emisor. De esta forma, el sonido recorrerá 17 m para ir y otros tantos recorrerá el sonido reflejado al volver.

El sónar es un instrumento utilizado en la navegación marítima. Se basa en las reflexiones de sonido de alta frecuencia (ultrasonidos) emitidos por un dispositivo capaz de detectar los sonidos reflejados y medir el tiempo que tardan en regresar.
Así, midiendo el tiempo que tarda en recibirse el eco y conociendo la velocidad de propagación del sonido en el agua, es posible determinar la profundidad de los fondos marinos, detectar bancos de peces o la presencia de submarinos.

Los delfines y otros animales poseen una especie de biosónar que les ayuda a vivir en un medio en que la visibilidad es limitada, además de utilizarlo para encontrar comida.

Reflexión de la luz

Cuando un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo encuentra en su camino una superficie bien pulida, se refleja en ella siguiendo las leyes de la reflexión. Este fenómeno es conocido como reflexión regular o especular.

En esta imagen podemos ver como en el lago queda la imagen reflejada con nitidez.
Cuando la luz incide sobre un cuerpo, éste la devuelve al medio en mayor o menor proporción según sus propias características. Gracias a la reflexión podemos ver las cosas reflejadas en el agua.

Por tanto, la relexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al incidir sobre la superficie de los cuerpos (salvo en incidencia perpendicular, en que hay un cambio de sentido pero no de dirección).

Refracción de la luz

La refracción de la luz es un cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al pasar de un medio a otro (salvo en incidencia perpendicular, donde no hay cambio de dirección, sino que hay un cambio de velocidad de propagación).
Ésta es la explicación de por qué la luz blanca se descompone al pasar a través de un prisma. La luz blanca está formada por una serie de radiaciones elementales de diferente frecuencia que, al pasar por el prisma, experimentan una variación distinta de velocidad y una desviación diferente al pasar al vidrio, saliendo separadas.

Los rayos de luz procedentes de los objetos sumergido en el agua se desvían al atravesar dos medios de diferente densidad (agua-aire), originando curiosos efectos ópticos; por ejemplo, al colocar una moneda en el fondo de un vaso de cristal lleno de agua, nos parece que ésta se encuentra más arriba porque siempre interpretamos que la luz se propaga en línea recta.