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T4: Óptica
Refracción
Teoría
2024 · Extraordinaria · Suplente
C2-a
Examen
a) Explique, con ayuda de un esquema, en qué consiste el fenómeno de reflexión total, indicando las condiciones que deben darse para que dicho fenómeno se produzca.
reflexión totalángulo límiteíndice de refracción
a) El fenómeno de la reflexión total es un proceso óptico que ocurre cuando un rayo de luz que se propaga por un medio con índice de refracción n1n_1 incide sobre la superficie de separación con un medio de menor índice de refracción n2n_2, y es reflejado íntegramente hacia el primer medio sin que exista rayo refractado.

Para que este fenómeno se produzca, deben cumplirse simultáneamente dos condiciones:

1. El índice de refracción del medio inicial debe ser mayor que el del segundo medio (n1>n2n_1 > n_2). Esto asegura que el rayo se aleje de la normal al refractarse.2. El ángulo de incidencia θi\theta_i debe ser mayor que el ángulo crítico o límite (θc\theta_c).

El fundamento físico se explica mediante la ley de Snell para la refracción:

n1sin⁡θi=n2sin⁡θrn_1 \sin \theta_i = n_2 \sin \theta_r

A medida que el ángulo de incidencia θi\theta_i aumenta, el ángulo de refracción θr\theta_r también lo hace hasta alcanzar el valor máximo de 90∘90^\circ, momento en el cual el rayo sale rasante a la superficie. El ángulo de incidencia para el cual ocurre esto se denomina ángulo crítico (θc\theta_c):

n1sin⁡θc=n2sin⁡90∘n_1 \sin \theta_c = n_2 \sin 90^\circ

Dado que sin⁡90∘=1\sin 90^\circ = 1, la expresión para el ángulo crítico es:

θc=arcsin⁡(n2n1)\theta_c = \arcsin \left( \frac{n_2}{n_1} \right)

Si el ángulo de incidencia es superior a este valor (θi>θc\theta_i > \theta_c), no existe un ángulo de refracción real que satisfaga la ecuación, por lo que toda la luz se refleja en la interfase siguiendo la ley de la reflexión, donde el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.