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REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN |
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| Reflexión |
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La reflexión de
una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un
obstáculo grande, como una pared. Aunque el obstáculo absorba
parte de la energía recibida (incluso vibrando si entra en
resonancia) se produce también reflexión en la que se transmite
de vuelta parte de la energía a las partículas del medio
incidente. |
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En la
figura adjunta se representa un frente de ondas plano
llegando a una superficie horizontal con un cierto
ángulo
i de
incidencia (se mide con respecto a la dirección 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 según 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. |
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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 reflexión sobre una
superficie plana. Como se ve
la pérdida de energía que tiene lugar en el rebote es
considerable. No obstante se aprecia bastante bien la
igualdad entre el ángulo de incidencia y el ángulo de
reflexión.
Aplicando leyes
de geometría elemental al proceso, se llega a la conclusión de
que el ángulo de incidencia
i
es igual al ángulo de reflexión
r (ley de
la reflexión) Puedes consultar la deducción de esta ley en
este documento. |
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| Refracción |
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La refracción de
una onda consiste en el cambio de dirección que experimenta
cuando pasa de un medio a otro distinto. Este cambio de
dirección se produce como consecuencia de la diferente velocidad
de propagación que tiene la onda en ambos medios. |
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En la
figura adjunta se representa la refracción de una onda
plana desde un medio 1 a otro medio 2, suponiendo que la
velocidad de propagación es menor en el segundo medio
que en el primero. A medida que el frente de ondas AB va
incidiendo en la superficie de separación, los puntos AC
de esa superficie se convierten en focos secundarios y
transmiten la vibración 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
está más próximo a la superficie de separación que el B.
En consecuencia, al pasar al segundo medio los rayos se
desvían acercándose a la dirección normal N.
Mediante
un razonamiento similar se comprueba que la desviación
de la dirección de propagación tiene lugar en sentido
contrario cuando la onda viaja de un medio donde su
velocidad de propagación es menor a otro en el que es
mayor. |
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Para describir
formalmente la refracción de ondas luminosas (no mecánicas) se
define el índice de refracción de un medio, n, indicando
el número de veces que la velocidad de la luz es mayor en el
vacío que en ese medio. Es decir, el índice de refracción es
igual a 1 en el vacío (donde la luz tiene su máxima velocidad,
300000 Km/s) y mayor que la unidad en cualquier otro medio.
En este documento
se deduce la ley de la refracción, expresada en función del
índice de refracción (ley de Snell).
Normalmente la
reflexión y la refracción se producen de forma simultánea.
Cuando incide una onda sobre la superficie de separación entre
dos medios, los puntos de esa superficie actúan como focos
secundarios, que transmite la vibración en todas las direcciones
y forman frentes de onda reflejados y refractados. La energía y
la intensidad de la onda incidente se reparte entre ambos
procesos (reflexión y refracción) en una determinada proporción. |
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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
vacío (n=1.0) Obsérvese que a partir de un cierto valor
del ángulo de incidencia no se produce refracción y toda
la energía de la onda se traslada al frente de ondas
reflejado. Este fenómeno se llama reflexión total y se
explica teniendo en cuenta que, en este caso, el ángulo
de incidencia es menor que ángulo el de refracción. Al
aumentar el primero lo hace también el segundo hasta el
límite de 90º, por encima del cuál evidentemente no se
produce la refracción. |
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