Reflexión y refracción de la luz

Educación secundaria básicaFísicaLey de Snell y reflectancia de Fresnel no polarizada en una interfaz sin pérdidas
n₁ = 1.00n₂ = 1.50NormalLos ángulos se miden desde la normal40°40°25.4°

Acerca de este experimento

Dirige un rayo de luz hacia la interfaz entre dos materiales transparentes. Ajusta el ángulo y los índices de refracción para comparar la reflexión, la refracción y la reflexión interna total. Ambos ángulos se miden con respecto a la normal, la línea perpendicular a la interfaz. El ancho de los rayos indica esquemáticamente la potencia, mientras que los valores numéricos muestran las fracciones calculadas.

Objetivos de aprendizaje

  • Aplica la ley de la reflexión y la ley de Snell en una interfaz plana
  • Predice si el rayo transmitido se desvía hacia la normal o se aleja de ella
  • Identifica el ángulo crítico y las condiciones para la reflexión interna total

Cómo usarlo

  1. 1Coloca aire sobre vidrio y aumenta el ángulo de incidencia. Compara los ángulos de incidencia y de refracción.
  2. 2Intercambia los medios. Observa cómo el rayo refractado se aleja de la normal.
  3. 3Elige el ajuste preestablecido de reflexión interna total y, después, reduce el ángulo por debajo del ángulo crítico.
  4. 4Iguala ambos índices de refracción. Comprueba la dirección del rayo y la potencia reflejada.

El modelo

El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia
Ley de Snell para el rayo transmitido
Ángulo crítico para la transmisión hacia un material de menor índice de refracción
Reflectancia y transmitancia de potencia para luz no polarizada en una interfaz sin pérdidas

Supuestos

  • Ambos medios son homogéneos, isotrópicos, no magnéticos y transparentes, sin absorción.
  • La interfaz es plana y mucho mayor que la longitud de onda. Se ignoran la difracción y la rugosidad superficial.
  • Los índices de refracción son reales e independientes de la longitud de onda. Las fracciones de potencia de Fresnel suponen luz no polarizada.

Pruébalo en clase

  1. Q1¿Por qué no existe un ángulo crítico cuando la luz viaja del aire al vidrio?
  2. Q2Para un vidrio con índice 1,50 hacia el aire, estima el ángulo crítico y comprueba tu estimación.
  3. Q3En incidencia normal, ¿un ángulo de refracción igual a cero implica una potencia reflejada igual a cero?

Preguntas frecuentes

¿Por qué permanece el rayo reflejado cuando hay refracción?

En una interfaz entre índices de refracción diferentes, por lo general, una parte de la potencia incidente se refleja y otra parte se transmite. Las ecuaciones de Fresnel determinan esas fracciones.

¿Qué ocurre exactamente en el ángulo crítico?

La dirección límite transmitida discurre a lo largo de la interfaz y forma un ángulo de 90 grados con la normal. En una frontera sin pérdidas, la potencia transmitida normal a la interfaz tiende a cero. Por encima del ángulo crítico, en este modelo no hay ningún rayo transmitido que se propague.