1. Introducción: En el presente trabajo se realizaron diversos experimentos relacionados con la óptica geométrica. Dentro de este tema, los puntos específicos que se estudiaron fueron la reflexión, la refracción y diversas aplicaciones, como el ángulo de reflexión interna total. Al incidir sobre un cuerpo de diferente índice de refracción, varía su orientación según las leyes de Reflexión y Refracción. La Ley de Reflexión, explica que el ángulo de incidencia de un rayo es igual al ángulo de reflexión del mismo luego de incidir sobre un objeto. La Ley de Refracción, explica la variación de la orientación de un rayo al ingresar a un cuerpo con diferente índice de refracción.
2. Refracción Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material 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 de propagación de la onda.
Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción.
2.1 Índice de refracción El índice de refracción n, está definida como el cociente de la velocidad c de un fenómeno ondulatorio como luz o sonido en un medio de referencia y la velocidad de fase vP en dicho medio: n
c
v P
2.2 Ley de snell La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción. Dónde: n1 = índice de refracción del primer medio θ1= Ángulo de Incidencia n2 = índice de refracción del segundo medio θ2 = ángulo de refracción n1 sen 1
n2 sen 2
3. Reflexión interna total Se llama reflexión interna total al fenómeno que se produce cuando un rayo de luz atravesando un medio de índice de refracción n más grande que el índice de refracción en el que éste se encuentra se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción. La reflexión interna total se utiliza en fibra óptica para conducir la luz a través de la fibra sin pérdidas de energía. En una fibra óptica el material interno tiene un índice de refracción más grande que el material que lo rodea. El ángulo de la incidencia de la luz es crítico para la base y su revestimiento y se produce una reflexión interna total que preserva la energía transportada por la fibra.
3.1 Reflexión de una superficie esférica
La mayor parte de la terminología tradicional de la óptica geométrica se desarrolló en relación con superficies esféricas de reflexión y refracción. Sin embargo, a veces se consideran superficies no esféricas o asféricas. El eje óptico es una línea de referencia que constituye un eje de simetría, y pasa por el centro de una lente o espejo esféricos y por su centro de curvatura. Si un haz de rayos estrecho que se propaga en la dirección del eje óptico incide sobre la superficie esférica de un espejo o una lente delgada, los rayos se reflejan o refractan de forma que se cortan, o parecen cortarse, en un punto situado sobre el eje óptico. La distancia entre ese punto (llamado foco) y el espejo o lente se denomina distancia focal. Cuando una lente es gruesa, los cálculos se realizan refiriéndolos a unos planos denominados planos principales, y no a la superficie real de la lente. Si las dos superficies de una lente no son iguales, ésta puede tener dos distancias focales, según cuál sea la superficie sobre la que incide la luz. Cuando un objeto está situado en el foco, los rayos que salen de él serán paralelos al eje óptico después de ser reflejados o refractados. Si una lente o espejo hace converger los rayos de forma que se corten delante de dicha lente o espejo, la imagen será real e invertida. Si los rayos divergen después de la reflexión o refracción de modo que parecen venir de un punto por el que no han pasado realmente, la imagen no está invertida y se denomina imagen virtual. La relación entre la altura de la imagen y la altura del objeto se denomina aumento lateral. Si se consideran positivas las distancias medidas desde una lente o espejo en el sentido en que se desplaza la luz, y negativas las medidas en sentido opuesto, entonces, siendo u la distancia del objeto, v la distancia de la imagen y f la distancia focal de un espejo o una lente delgada, los espejos esféricos cumplen la ecuación 1/v + 1/u = 1/f y las lentes esféricas la ecuación 1/v - 1/u = 1/f Si una lente simple tiene superficies de radios r1 y r2 y la relación entre su índice de refracción y el del medio que la rodea es n, se cumple que 1/f = (n - 1) (1/r1 - 1/r2) La distancia focal de un espejo esférico es igual a la mitad de su radio de curvatura.
En la imagen se aprecia como un haz de luz que viaja por un medio con índice de refracción n1, cambia su trayectoria cuando pasa al medio con índice de refracción n2. Los ángulos a y b son iguales (incidencia y reflexión). Según la ley de Snell, el ángulo g se halla de la siguiente manera:
Cuanto menor sea n1 de n2, o cuanto menor sea a más grande será el ángulo g, llegando a un punto en el que el ángulo de refracción g, valdra 90º. Para este caso, el haz refractado iría por la interfase de ambos medios y ese ángulo será el ángulo crítico:
Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción.
En aparatos de óptica se prefiere utilizar la reflexión total en lugar de espejos metalizados. Como ejemplo de utilización de la reflexión total en aparatos corrientes encontramos el pentaprisma de las cámaras fotográficas réflex y los Prisma de Porro o Schmidt-Pechan de los prismáticos. La reflexión interna total es responsable de los destellos de luz que se observan en un diamante tallado.
3.2 Ángulo crítico El ángulo crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la normal de la separación de los medios. El ángulo crítico viene dado por:
Donde y son los índices de refracción de los medios con . Esta ecuación es una simple aplicación de la ley de Snell donde el ángulo de refracción es 90°.
DIFERENCIA ENTRE REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN
4. Bibliografía http://museodelaciencia.blogspot.com/2009/10/como-funciona-la-fibraoptica.html https://sites.google.com/site/benarabifq/2o-de-bachilleratofisica/optica/refexion-y-refraccion http://www.quees.info/que-es-la-fibra-optica.html http://fisicaenelharrison.blogspot.com/2012/05/reflexion-interna-total-yfibras.html http://lgpstecnoredes.blogspot.com/p/fibras-opticas.html http://pagines.uab.cat/enginy/content/fibras-ópticas http://es.scribd.com/doc/228687162/Reflexion-y-Refraccion-191 FISICA – Tomo 2 – HALLIDAY / RESNICK / KRANE – 4ta. Edición – 1994 FISICA TIPLER TOMO 2 http://jeessuueel.wikispaces.com/4.2.3+Reflexi%C3%B3n+interna+total.+Fibra +%C3%B3ptica.+4.3+Im%C3%A1genes+formadas+por+espejos+planos+y+esf %C3%A9ricos.
