REFRACCIONPROPIEDADES DE LAS ONDAS - Reflexin y refraccin

Reflexin La reflexin de una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un obstculo grande, como una pared. Aunque el obstculo absorba parte de la energa recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce tambin reflexin en la que se transmite de vuelta parte de la energa a las partculas del medio incidente.

En la figura adjunta se representa un frente de ondas plano llegando a una superficie horizontal con un cierto ngulo i de incidencia (se mide con respecto a la direccin normal, N) De acuerdo con el principio de Huygens, cuando el frente de ondas empieza a "tocar" la superficie, el punto A se convierte en un nuevo foco que emite ondas secundarias y segn transcurre el tiempo y el frente AB va incidiendo, repiten este comportamiento todos los puntos de la superficie comprendidos entre A y C. El frente de ondas reflejado, DC, es el envolvente de las ondas secundarias que se han ido emitiendo durante un tiempo igual al periodo desde el tramo AC de la pared.

El video adjunto fue filmado por estudiantes en el laboratorio, usando la cubeta de ondas. Con una regla generaron un frente de ondas plano para observar su reflexin sobre una superficie plana. Como se ve la prdida de energa que tiene lugar en el rebote es considerable. No obstante se aprecia bastante bien la igualdad entre el ngulo de incidencia y el ngulo de reflexin.

Aplicando leyes de geometra elemental al proceso, se llega a la conclusin de que el ngulo de incidencia i es igual al ngulo de reflexin r (ley de la reflexin) Puedes consultar la deduccin de esta ley en el documento vinculado.

Refraccin La refraccin de una onda consiste en el cambio de direccin que experimenta cuando pasa de un medio a otro distinto. Este cambio de direccin se produce como consecuencia de la diferente velocidad de propagacin que tiene la onda en ambos medios.

En la figura adjunta se representa la refraccin de una onda plana desde un medio 1 a otro medio 2, suponiendo que la velocidad de propagacin es menor en el segundo medio que en el primero. A medida que el frente de ondas AB va incidiendo en la superficie de separacin, los puntos AC de esa superficie se convierten en focos secundarios y transmiten la vibracin hacia el segundo medio. Debido a que la velocidad en el segundo medio es menor, la envolvente de las ondas secundarias transmitidas conforma un frente de ondas EC, en el que el punto E est ms prximo a la superficie de separacin que el B. En consecuencia, al pasar al segundo medio los rayos se desvan acercndose a la direccin normal N.

Mediante un razonamiento similar se comprueba que la desviacin de la direccin de propagacin tiene lugar en sentido contrario cuando la onda viaja de un medio donde su velocidad de propagacin es menor a otro en el que es mayor.

Para describir formalmente la refraccin de ondas luminosas (no mecnicas) se define el ndice de refraccin de un medio, n, indicando el nmero de veces que la velocidad de la luz es mayor en el vaco que en ese medio. Es decir, el ndice de refraccin es igual a 1 en el vaco (donde la luz tiene su mxima velocidad, 300000 Km/s) y mayor que la unidad en cualquier otro medio. En el documento vinculado se deduce la ley de la refraccin, expresada en funcin del ndice de refraccin (ley de Snell).

Normalmente la reflexin y la refraccin se producen de forma simultnea. Cuando incide una onda sobre la superficie de separacin entre dos medios, los puntos de esa superficie actan como focos secundarios, que transmite la vibracin en todas las direcciones y forman frentes de onda reflejados y refractados. La energa y la intensidad de la onda incidente se reparte entre ambos procesos (reflexin y refraccin) en una determinada proporcin.

El dibujo animado adjunto muestra el rayo luminoso reflejado y el rayo luminoso refractado cuando incide luz procedente de un medio material (n=1.5) hacia el vaco (n=1.0) Obsrvese que a partir de un cierto valor del ngulo de incidencia no se produce refraccin y toda la energa de la onda se traslada al frente de ondas reflejado. Este fenmeno se llama reflexin total y se explica teniendo en cuenta que, en este caso, el ngulo de incidencia es menor que ngulo el de refraccin. Al aumentar el primero lo hace tambin el segundo hasta el lmite de 90, por encima del cul evidentemente no se produce la refraccin.La refraccin es el cambio de direccin que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separacin de los dos medios y si estos tienen ndices de refraccin distintos. La refraccin se origina en el cambio de velocidad de propagacin de la onda sealada.

Un ejemplo de este fenmeno se ve cuando se sumerge un lpiz en un vaso con agua: el lpiz parece quebrado. Tambin se produce refraccin cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el ndice de refraccin. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refraccin, denominado reflexin total. Aunque el fenmeno de la refraccin se observa frecuentemente en ondas electromagnticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

ndice [ocultar] 1 Explicacin fsica2 ndice de refraccin3 Refraccin de ondas de radio4 Refraccin de ondas ssmicas5 Ley de refraccin (Ley de Snell)6 Vase tambin7 Enlaces externosExplicacin fsica[editar]Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagacin a otro con una densidad ptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de direccin si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviacin en la direccin de propagacin se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, as como la refraccin en medios no homogneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido ptico de menor tiempo.

Lpiz "quebrado" debido a la refraccin.Por otro lado, la velocidad de la penetracin de la luz en un medio distinto del vaco est en relacin con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviacin. Este fenmeno es conocido como dispersin de la luz. Por ejemplo, al llegar a un medio ms denso, las ondas ms cortas pierden velocidad sobre las largas (ej: cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta 4 veces ms dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, ya que para esa gama de colores el ndice de refraccin es mayor y se dispersa ms.

En la refraccin se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio:

El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.Los ngulos de incidencia y reflexin son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separacin trazada en el punto de incidencia.La velocidad de la luz depende del medio por el que viaje, por lo que es ms lenta cuanto ms denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro ms denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercndose a la normal y por tanto, el ngulo de refraccin ser ms pequeo que el ngulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio ms denso a uno menos denso, ser refractado alejndose de la normal y, por tanto, el ngulo de incidencia ser menor que el de refraccin. As podemos decir que la refraccin es el cambio de direccin de la propagacin que experimenta la luz al pasar de un medio a otro.

ndice de refraccin[editar]Artculo principal: ndice de refraccinEs la relacin entre la velocidad de propagacin de la onda en un medio de referencia (por ejemplo el vaco para las ondas electromagnticas) y su velocidad en el medio del que se trate.

ngulo crtico: cualquier rayo que incida con un ngulo 1 mayor al ngulo crtico c correspondiente a ese par de sustancias, se reflejar en la interfaz en lugar de refractarse.Refraccin de ondas de radio[editar]El fenmeno de la refraccin se observa en todo tipo de ondas. En el caso de las ondas de radio, la refraccin 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.

Refraccin de ondas ssmicas[editar]Otro ejemplo de refraccin no ligado a ondas electromagnticas es el de las ondas ssmicas. La velocidad de propagacin de las ondas ssmicas depende de la densidad del medio de propagacin y, por lo tanto, de la profundidad y de la composicin de la regin atravesada por las ondas. Se producen fenmenos de refraccin en los siguientes casos:

Refraccin entre la transicin entre dos capas geolgicas, especialmente entre el manto terrestre y el ncleo de la Tierra.En el manto, por pequeas desviaciones de la densidad entre capas ascendentes menos densas y descendentes, ms densas.