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T4: Óptica
Refracción
Teoría
2023 · Extraordinaria · Titular
C1-a
Examen
a) Un rayo de luz pasa del aire a otro medio con un índice de refracción mayor. Razone cómo cambian el ángulo con la normal, la frecuencia, la longitud de onda y la velocidad de propagación.
RefracciónÍndice de refracciónLey de Snell
a) Al pasar la luz de un medio a otro con diferente índice de refracción, se produce el fenómeno de la refracción, regulado por la ley de Snell y las propiedades ondulatorias de la luz.

Frecuencia (ff): La frecuencia es una propiedad intrínseca de la fuente de luz y no cambia al cambiar de medio de propagación. Por tanto, la frecuencia permanece constante durante la refracción.

f1=f2f_1 = f_2

Velocidad de propagación (vv): El índice de refracción de un medio (nn) se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (cc) y la velocidad en dicho medio (vv):

v=cnv = \frac{c}{n}

Dado que el rayo pasa del aire (n11n_1 \approx 1) a un medio con un índice de refracción mayor (n2>n1n_2 > n_1), la velocidad de propagación en el nuevo medio será menor (v2<v1v_2 < v_1).Longitud de onda (λ\lambda): La velocidad de una onda se relaciona con su frecuencia y su longitud de onda mediante la expresión v=λfv = \lambda \cdot f. Como la frecuencia es constante, la longitud de onda es directamente proporcional a la velocidad:

λ2=v2f=cn2f=λvacıˊon2\lambda_2 = \frac{v_2}{f} = \frac{c}{n_2 \cdot f} = \frac{\lambda_{vacío}}{n_2}

Al ser la velocidad menor en el segundo medio, la longitud de onda de la luz también disminuye (λ2<λ1\lambda_2 < \lambda_1).Ángulo con la normal (θ\theta): El comportamiento geométrico del rayo se describe mediante la ley de Snell:

n1sinθ1=n2sinθ2n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2

Si el rayo pasa a un medio con un índice de refracción mayor (n2>n1n_2 > n_1), para mantener la igualdad el seno del ángulo de refracción debe ser menor que el del ángulo de incidencia (sinθ2<sinθ1\sin \theta_2 < \sin \theta_1). En consecuencia, el ángulo de refracción disminuye (θ2<θ1\theta_2 < \theta_1), lo que significa que el rayo se desvía acercándose a la normal.