La luz no viaja a la misma velocidad en el aire, el vidrio y el agua. La velocidad de la luz en el aire es 3 X 10 6 m/s. En el agua es 2,25 × 10 8 m/s y en el vidrio es 2 x 10 8 m/s. Esto se debe a que el vidrio es ópticamente más denso que el agua y el agua es ópticamente más densa que el aire. Se dice que un medio es más denso si la velocidad de la luz disminuye y más raro si la velocidad de la luz aumenta.
La luz viaja en línea recta en un medio. pero cuando un rayo de luz que viaja en un medio transparente cae oblicuamente sobre la superficie de otro medio transparente, viaja en otro medio en un camino recto pero diferente de su dirección inicial. El cambio de dirección de la trayectoria de la luz cuando pasa de un medio transparente a otro se denomina refracción de la luz.
Rayo de luz que cae sobre la superficie que separa dos medios. \(\angle i\) es el ángulo de incidencia entre el rayo incidente y la normal y \(\angle r\) es el ángulo de refracción entre el rayo refractado y la normal. La desviación es el ángulo entre la dirección del rayo refractado y la dirección del rayo incidente. Por lo tanto, \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
La refracción de la luz obedece a dos leyes conocidas como leyes de refracción de Snell.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
Nota: Ningún medio puede tener un índice de refracción inferior a 1.
Índice de refracción (µ) de algunas sustancias comunes
| Sustancias | µ | Sustancias | µ |
| Vacío | 1.00 | Aire | 1.00 |
| Hielo | 1.31 | Agua | 1.33 |
| Alcohol | 1.37 | Glicerina | 1.47 |
| Vidrio ordinario | 1.5 | Queroseno | 1.41 |
Pregunta 1: ¿Cuáles son las condiciones para que un rayo de luz pase sin desviarse por refracción?
Solución: Hay dos condiciones: (1) cuando el ángulo de incidencia es igual a 0. (2) Cuando el índice de refracción de ambos medios es el mismo.
Principio de reversibilidad Si el índice de refracción del medio 2 con respecto al medio 1 es \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) y el índice de refracción del medio 1 con respecto al medio 2 es entonces \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , entonces \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) o podemos decir \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
Pregunta 1: Si el índice de refracción del vidrio con respecto al aire es 3/2, ¿cuál es el índice de refracción del aire con respecto al vidrio?
Solución: a µ g = 3/2, por lo tanto g µ a es \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) .
Velocidad: cuando un rayo de luz se refracta de un medio más raro a uno más denso, la velocidad de la luz disminuye, mientras que si se refracta de un medio más denso a un medio más raro, la velocidad de la luz aumenta.
Frecuencia: la frecuencia de la luz depende de la fuente de luz, por lo que no cambia con la refracción.
Longitud de onda: La velocidad de la luz v en un medio, la longitud de onda de la luz λ en ese medio y la frecuencia de la luz f están relacionadas como v = fλ.
Cuando la luz pasa de un medio más raro a uno más denso, la longitud de onda disminuye y cuando la luz pasa de un medio más denso a un medio más raro, la longitud de onda aumenta.
(1) La profundidad del agua en un recipiente, cuando se ve desde el aire, parece ser menor
La verdadera profundidad es OS. Un rayo de luz que parte del punto O y cae verticalmente sobre la superficie del agua y el aire, viaja en línea recta a lo largo de SA. Otro rayo OQ que incide sobre la superficie agua-aire en el punto Q cuando pasa al aire, se desvía de la normal NQ y sigue la trayectoria QT. Cuando el rayo QT se vuelve a producir, los dos rayos refractados se encuentran en el punto P. Por lo tanto, P es la imagen de O. Por lo tanto, para el observador, la profundidad del recipiente parece ser SP en lugar de SO debido a la refracción de la luz del agua al aire. .
(2) Amanecer temprano y atardecer tardío
(3) Espejismo en el desierto
A veces, en los desiertos, se ve una imagen invertida de un árbol que da una falsa impresión de agua debajo del árbol. Esto se llama espejismo. La causa del espejismo se debe a la refracción de la luz. Como en el desierto, la arena se calienta muy rápido por eso se calienta la capa de aire que está en contacto con la arena. Como resultado, el aire cerca del suelo es más cálido que las capas superiores de aire. En otras palabras, ¡las capas superiores son más densas que las inferiores! Cuando un rayo de luz del sol después del reflejo de la parte superior de un árbol viaja de una capa más densa a una más rara, se desvía de lo normal. Así, en la refracción en la superficie de separación de capas sucesivas, cada vez aumenta el ángulo de refracción y el ángulo de incidencia del rayo que va de más denso a más raro también aumenta hasta alcanzar los 90°. Al aumentar aún más el ángulo de incidencia de la capa más densa a la más rara, sufre una reflexión completa y ahora la luz reflejada viaja del medio más raro al más denso, por lo que se dobla hacia la normal en cada refracción. Al llegar al ojo del observador se ve una imagen invertida del árbol.
Cuando el rayo incidente AB incide sobre una losa de vidrio, incide en el punto de incidencia B. El rayo AB entra del aire al vidrio, por lo que se dobla hacia la normal y sigue el camino BC. Cuando el rayo refractado BC golpea de nuevo la superficie del vidrio en el punto C, se desvía de la normal a medida que el rayo viaja del vidrio al aire y sigue la trayectoria CD. El rayo emergente CD es paralelo al rayo incidente AB. Por lo tanto, el rayo emergente y el rayo incidente están en la misma dirección pero desplazados lateralmente.
Un prisma es un medio transparente delimitado por cinco superficies planas con una sección transversal triangular. Dos superficies opuestas del prisma son triángulos idénticos, mientras que las otras tres superficies son rectangulares e inclinadas entre sí.
Cuando un rayo de luz de un solo color cae sobre la superficie inclinada del prisma, el rayo incidente PQ cae sobre la cara del prisma, viaja desde el aire hasta el vidrio, por lo que se dobla hacia la normal y viaja a través del camino QR. Cuando el rayo refractado QR golpea la cara del prisma en R, se produce otra refracción. Ahora el rayo QR pasa del vidrio al aire, por lo que se desvía de la normal y viaja en dirección RS. Así, al atravesar el prisma, el rayo de luz se desvía hacia la base del prisma.
