La lumière. Capítulo 1.

 Artículo enviado por Miguel del Rivero Usón 2º B, 
La luz. Refracción y reflexión.

Todos sabemos lo que es la luz, pero es tan compleja, que es dificilísimo definirla. La ÓPTICA es la parte de la Física que se dedica a su estudio.

La  naturaleza de la luz es tan complicada, que a lo largo de la historia todos los grandes físicos nos han ayudado a comprenderla un poco más, y aún hoy seguimos aprendiendo de ella.

Una cosa que todos tenemos claro, sin meternos en muchos detalles, es que la luz se transmite en línea recta a una tremenda velocidad, unos 300.00 km por segundo; esta velocidad se refiere al viajar la luz por el vacío. En un segundo daría 7.500 vueltas completas a la Tierra.

Como todas las materias que se desplazan, su velocidad depende del medio que atraviesen. Por ejemplo si vamos corriendo y nos caemos en una pista de hielo, tardaremos un buen espacio hasta que nos frenemos, pues el hielo desliza mucho por tener muy poco rozamiento; si nos cayéramos corriendo a la misma velocidad sobre el asfalto, apenas nos deslizaríamos, el rozamiento del asfalto es mucho mayor, con lo que nos frenamos antes.

Si colocamos dos personas con unos patines en dos pistas distintas, una muy pulida y otra pista rugosa, les damos un empujón igual para impulsarlos, el que está en la pista pulida cogerá más velocidad siendo el impulso igual, esto es porque en cada medio, en este caso las pistas, la velocidad con la que se desplazan los patinadores es distinta, a esta particularidad le vamos a llamar índice de rugosidad, que es el motivo, como ya hemos dicho, de que la velocidad sea diferente de un medio a otro. Os preguntareis y ¿qué tiene eso que ver con la luz? pues la luz, como todo lo que se mueve, se desplaza a distinta velocidad según el medio que atraviesa. A esta característica única de permitir cruzarlo a una determinada velocidad, en el caso de la luz se llama índice de refracción. En el cuadro de abajo, se ven los índices de refracción de distintos materiales. Si os fijáis, veréis que es muy parecida la velocidad del vacío (el espacio) a la del aire (la atmósfera), a esta se le ha dado un valor de 1. A mayor índice de refracción la luz se frena más y la velocidad será menor. Veréis que la luz viaja más deprisa en el hielo que en el agua. 

MATERIAL	VELOCIDAD	INDICE DE REFRACCIÓN
Vacío	299.792 km/s	1
Aire	299.706 km/s	1,00029
Hielo	228.849 km/s	1,31
Agua	224.844 km/s	1,333
Cuarzo	194.166 km/s	1,544
Diamante	124.035 km/s	2,417

Cuando la luz pasa de un medio a otro, cambia la velocidad a la que se desplaza, acordaos que de ir por el aire con un índice de refracción 1 pasa al agua con 1,333 de índice de refracción, por lo que la luz se frena, eso hace que según donde lo miremos, la imagen la veamos distinta.

Al cambiar de medio (paso de aire a agua), una parte de los rayos que llegan al mismo cruzan, como vemos en el vaso, a lo que llamamos refracción (la que atraviesa) y otra parte de los rayos  no pasa del primer medio al otro, como la montaña sobre el lago, que denominamos reflexión (no la atraviesa, se refleja). La suma de lo que refracta más lo que se refracciona, es igual a la luz que llega.

             Refracción         

  Reflexión

 Muchos habréis jugado a lanzar piedras paralela y a ras del agua en algún estanque o río de aguas tranquilas con la intención de que las piedras reboten una o varias veces antes de entrar en el agua. Los rebotes al tocar el agua sería la reflexión y cuando por fin entra, la refracción.

Cuanto más paralelo seamos capaces de lanzarlas, más rebotan. Si la lanzamos desde arriba y sobre todo si es perpendicular, es imposible que rebote. Con la luz pasa lo mismo, cuanto más paralelo cambia de medio, más queda fuera (reflexión) y cuanto más perpendicular más entra (refracción), de tal manera que si incide totalmente perpendicular, toda la luz se refracta (cruza) y si llegara paralela, toda se reflejará (no cruza).

                                                  Rebote (reflexión) de una piedra

Vamos a seguir con el símil de los patinadores y la pista de hielo…

Como bien sabéis, si vas patinando recto y se te frena un patín, por ejemplo el izquierdo, el cuerpo girará hacía el lado que se ha frenado, en este caso a la izquierda.

Vamos a ver que le ocurre a un patinador (representado por cuatro círculos blancos en la imagen de abajo) al cambiar de pista de patinaje, desde una de índice bajo  (muy rápida) a otra de índice alto (muy lenta). Como veis en el dibujo, al pasar de la rápida a la lenta, llegarán antes las ruedas de la izquierda, con lo que involuntariamente se torcerá hacía la izquierda. Una vez que todas las ruedas estén en la pista lenta, dejará de girar, volverá a ir recto pero con una nueva trayectoria.

Este concepto en óptica es muy útil, pues podemos cambiar la dirección de los rayos de luz a donde nos interese llevarlos, siempre que sepamos a la velocidad que se desplaza la luz, en el aire (índice de refracción = 1) y en el nuevo medio (el índice de refracción de la lente que usemos). Al cambiar la forma (como se ve en el dibujo) que separe ambos medios conseguiremos obtener los efectos deseados: Aumentar, disminuir, invertir, deformar, desplazar e inclinar en cualquier sentido. Con todo esto no solo se pueden corregir los defectos visuales del ojo, nos permite también componer sistemas ópticos complejos: microscopios, telescopios, mandos a distancia, microondas, radiografías, …

Y si quieres saber más sobre las lentes los defectos de visión….tendrás que esperar al próximo capítulo….

Fuente: D. Alfredo del Rivero. Diplomado en Óptica y Optometría.