La refracción es la curvatura de la luz (también ocurre con el sonido, el agua y otras ondas) cuando pasa de una sustancia transparente a otra.
Esta curvatura por refracción hace posible que tengamos lentes, lupas, prismas y arco iris. Incluso nuestros ojos dependen de esta curvatura de la luz. Sin la refracción, no podríamos enfocar la luz en nuestra retina.
El cambio de velocidad provoca un cambio de dirección
La luz se refracta siempre que viaja en ángulo hacia una sustancia con un índice de refracción (densidad óptica) diferente.
Este cambio de dirección está provocado por un cambio de velocidad. Por ejemplo, cuando la luz viaja del aire al agua, se ralentiza, lo que hace que siga viajando en un ángulo o dirección diferente.
¿Cuánto se curva la luz?
La cantidad de curvatura depende de dos cosas:
- Cambio de velocidad: si una sustancia hace que la luz se acelere o se ralentice más, se refractará (curvará) más.
- Ángulo del rayo incidente: si la luz entra en la sustancia con un ángulo mayor, la cantidad de refracción también será más notable. Por otro lado, si la luz está entrando en la nueva sustancia de forma recta (a 90° con respecto a la superficie), la luz seguirá siendo más lenta, pero no cambiará de dirección en absoluto.
Índice de refracción de algunas sustancias transparentes
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Sustancia |
Índice de refracción |
Velocidad de la luz en la sustancia |
Ángulo de refracción si el rayo incidente entra en la sustancia a 20º |
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Aire |
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Agua |
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Cristal |
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Diamante |
Todos los ángulos se miden a partir de una línea imaginaria trazada a 90º respecto a la superficie de las dos sustancias Esta línea se dibuja como una línea de puntos y se llama normal.
Si la luz entra en cualquier sustancia con un índice de refracción más alto (como por ejemplo del aire al vidrio), se ralentiza. La luz se curva hacia la línea normal.
Si la luz entra en una sustancia con un índice de refracción más bajo (como del agua al aire) se acelera. La luz se aleja de la línea normal.
Un índice de refracción más alto muestra que la luz se ralentizará y cambiará más de dirección al entrar en la sustancia.
Lentes
Una lente es simplemente un bloque curvado de vidrio o plástico. Hay dos tipos de lentes.
Una lente biconvexa es más gruesa en el centro que en los bordes. Este es el tipo de lente que se utiliza para una lupa. Los rayos de luz paralelos pueden enfocarse en un punto focal. Una lente biconvexa se llama lente convergente.
Las curvas de una lente bicóncava son más finas en el centro que en los bordes. Los rayos de luz se refractan hacia fuera (se separan) cuando entran en la lente y de nuevo cuando salen.
La refracción puede crear un espectro
Isaac Newton realizó un famoso experimento utilizando un bloque triangular de vidrio llamado prisma. Utilizó la luz del sol que entraba por su ventana para crear un espectro de colores en el lado opuesto de su habitación.
Este experimento demostró que la luz blanca está formada en realidad por todos los colores del arco iris. Estos siete colores son recordados por el acrónimo ROY G BIV – rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta.
Newton demostró que cada uno de estos colores no puede convertirse en otros. También demostró que pueden recombinarse para volver a hacer luz blanca.
La explicación de que los colores se separen es que la luz está hecha de ondas. La luz roja tiene una mayor longitud de onda que la luz violeta. El índice de refracción de la luz roja en el vidrio es ligeramente diferente al de la luz violeta. La luz violeta se ralentiza aún más que la luz roja, por lo que se refracta en un ángulo ligeramente mayor.
El índice de refracción de la luz roja en el vidrio es de 1,513. El índice de refracción de la luz violeta es de 1,532. Esta ligera diferencia es suficiente para que las longitudes de onda más cortas de la luz se refracten más.
Arcoíris
Un arcoíris se produce porque cada color se refracta en ángulos ligeramente diferentes al entrar, reflejarse en el interior y luego salir de cada pequeña gota de lluvia.
Un arcoíris es fácil de crear utilizando una botella de spray y la luz del sol. El centro del círculo del arco iris siempre será la sombra de tu cabeza en el suelo.
El arco iris secundario que a veces se puede ver es causado por cada rayo de luz que se refleja dos veces en el interior de cada gota antes de salir. Este segundo reflejo hace que los colores del arco iris secundario se inviertan. El rojo está en la parte superior del arco iris primario, pero en el arco iris secundario, el rojo está en la parte inferior.
Ideas de actividades
- Investigar la refracción y la pesca submarina: los alumnos apuntan con lanzas a un modelo de pez en un recipiente con agua. Cuando mueven sus lanzas hacia el pez, ¡fallan!
- Desafío de la calculadora del ángulo de refracción: los alumnos eligen dos tipos de sustancias transparentes. A continuación, introducen el ángulo del rayo incidente en la calculadora de la hoja de cálculo y se les calcula el ángulo del rayo refractado.
- La luz y la vista: ¿cierto o falso? – los alumnos participan en una actividad interactiva de «verdadero o falso» que pone de manifiesto concepciones alternativas comunes sobre la luz y la vista. Esta actividad puede realizarse de forma individual, en parejas o en toda la clase.
Enlaces útiles
Aprenda más sobre las lentes humanas, la óptica, los fotorreceptores y las vías neuronales que permiten la visión a través de este tutorial de Biology Online.