refraccion

Tarea 3

La refracción:


La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.
Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado.
También se produce cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.









Refracción de la luz:

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de velocidad y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.




Refracción del sonido:


Es la desviación que sufren las ondas cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. A diferencia de lo que ocurre en la reflexión, en la refracción, el ángulo de refracción ya no es igual al de incidencia.


Refracción de ondas de radio:

El fenómeno de la refracción es un fenómeno que se observa en todo tipo de ondas. En el caso de las ondas de radio, la refracción es especialmente importante en la ionosfera, en la que se producen una serie continua de refracciones que permiten a las ondas de radio viajar de un punto del planeta a otro.

Refracción de ondas sísmicas:

Otro ejemplo de refracción no ligado a ondas electromagnéticas es el de las ondas sísmicas. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas depende de la densidad del medio de propagación y, por lo tanto, de la profundidad y de la composición de la región atravesada por las ondas. Se producen fenómenos de refracción en los siguientes casos:
Refracción entre la transición entre dos capas geológicas, especialmente entre el manto y el núcleo.
En el manto, por pequeñas desviaciones de la densidad entre capas ascendentes menos densas y descendentes, más densas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Refracción.

Leyes de la refracción:





ÁNGULO DE INCIDENCIA Y ÁNGULO DE REFRACCIÓN:

Se llama ángulo de incidencia -i- el formado por el rayo incidente y la normal. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo.
El ángulo de refracción -r'- es el formado por el rayo refractado y la normal.


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, es una constante característica de cada medio: n = c/v.
Se puede establecer una relación entre los índices de los dos medios n2 y n1. En el applet de esta práctica se manejan estas relaciones:
Substancias

Aire
Agua
Plexiglás
Diamante

Índices de refracción

1.00029
1.333
1.51
2.417

material

aire
vapor de agua
agua dulce
agua de mar
aluminio

Velocidad del sonido (m/s)

331
401
1493
1513
5104




Un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes:
1.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano.

2.- Se cumple la ley de Snell:
Y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta:
n1sen i = n2 sen r.
Cuando la luz se refracta cambia de dirección porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de la vibración no varía al pasar de un medio a otro, lo que cambia es 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
Que equivale a l = v ·T = v / n
Un rayo incidente cambia más o menos de dirección según el ángulo con que incide y según la relación de los índices de refracción de los medios por los que se mueve.

ÁNGULO LÍMITE:

Si n2 es 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 muestra la figura de inicio de esta página.
En el caso contrario, es decir, si el rayo de luz pasa del medio 2 (agua) al medio 1 (aire) se aleja de la normal.
Cuando el rayo de luz pasa de un medio más lento a otro más rápido se aleja de la normal.


A un determinado ángulo de incidencia le corresponde un ángulo de refracción de 90º y el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie de separación de ambos medios.
Este ángulo de incidencia se llama ángulo límite o ángulo crítico.






La ley de Snell de la refracción:



Consideremos un frente de ondas que se acerca a la superficie de separación de dos medios de distintas propiedades. Si en el primer medio la velocidad de propagación de las ondas es v1 y en el segundo medio es v2 vamos a determinar, aplicando el principio de Huygens, la forma del frente de onda un tiempo posterior t.



El principio de Huygens:

El principio de Huygens proporciona un método geométrico para hallar, a partir de una forma conocida del frente de ondas en cierto instante, la forma que adoptará dicho frente en otro instante posterior. El principio supone que cada punto del frente de ondas primario da origen a una fuente de ondas secundarias que producen ondas esféricas que tienen la misma frecuencia y se propagan en todas las direcciones con la misma velocidad que la onda primaria en cada uno de dichos puntos.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/snell/snell.htm

El principio de Fermat:

A partir del principio del tiempo mínimo de Fermat, se puede obtener las leyes de la reflexión y de la refracción de un modo muy sencillo.
Este principio afirma, que la trayectoria real que sigue un rayo de luz entre dos puntos es aquella en la que emplea un tiempo mínimo en recorrerla.

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/reflex_Refrac/Refraccion.htm



http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/snell/snell.htm