Refracció

1994/07/01 Bandres Unanue, Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

La refracció en si mateixa és només una conseqüència de la velocitat de la llum. Com tots sabem, encara que la velocitat de la llum sigui extremadament alta, no és infinita, és a dir, els raigs de llum necessiten un termini per a complir una distància. Aquesta velocitat és tan alta (300.000 km/s en buit) que en la majoria dels casos no es té en compte i es considera infinita.

Però aquesta velocitat és aquí i en cada entorn té un valor especial, sempre molt alt, això sí. En el buit té el que s'ha dit anteriorment i és el major dels possibles.

Qui no ha vist o utilitzat un parell d'ulleres? O una lupa?. Les lents utilitzades en aquests aparells i en molts altres aparells òptics no fan més que utilitzar la refracció. Per tant, convé conèixer i comprendre en què consisteix la raó de la refracció.

Per què la refracció de la llum

Els raigs de llum, en passar d'un mitjà a un altre, a causa de les velocitats que tenen en cadascun d'ells, modifiquen la seva adreça. Aquest fenomen es coneix com a refracció. Per a molts això és només una curiositat de la Naturalesa: quan viatgen en un mitjà, si els raigs tenen una direcció, en passar a un altre, per què se'ls inclina aquesta direcció? La llum fa el que fan totes les altres ones que es mouen. Per a demostrar-ho, l'astrònom i físic del segle passat, John Herschel, ens va posar un exemple clar: el que es produeix quan un grup militar passa d'una parcel·la a una altra més difícil de recórrer. Veurem com deia ell:

“Pensem que un grup militar en formació es mou per un terreny i que una línia recta divideix el terreny en dues zones: una llisa, neta i accessible, i una altra llisa, sordegada i que no permet caminar tan ràpid com en l'altra.

Pensem, a més, que el front del grup forma un angle amb la línia de separació entre les dues zones, per la qual cosa no tots els soldats que formen aquest front arriben a la mateixa línia, sinó un darrere l'altre. En aquesta situació, una vegada superat el límit, no es pot anar tan ràpid com abans. Amb la resta de soldades de la seva línia, és a dir, amb els quals estan en millor terreny, no formarà la fila i s'anirà retardant cada vegada més.

A cada soldat que supera la frontera li ocorrerà el mateix, ja que troba el mateix obstacle per a caminar, i si la formació no es trenca, la part que ha superat la frontera s'anirà retardant respecte a l'altra, formant un angle obtús respecte a ella en el punt de transició de la línia fronterera. I com cal mantenir el pas sense entorpir als uns als altres, cada soldat ha d'avançar formant un angle recte respecte al nou front de la columna. Per tant, una vegada superada la línia, el camí que porta cadascun d'ells serà, d'una banda, associat al nou front i, per un altre, la relació entre el camí recorregut i el que funcionaria en cas que no hagués estat un retard és igual a la velocitat nova i l'anterior.”

Això és el que li passa a la llum. Nosaltres podem realitzar un senzill assaig en la nostra taula per a tenir una representació gràfica de la refracció de la llum. Per a això, la meitat de la taula s'escala amb un zamau i, després d'un lleuger corbat, es col·loca sobre ella dues rodes amb el mateix eix, és a dir, qualsevol joguina trencada. Si la direcció de les rodes està unida a la de la vora del zamauque, el camí no s'inclina. En aquest cas, és l'expressió de la llei “el raig de llum associat al pla de distribució no es refracta” que es produeix en l'òptica.

Per contra, si la direcció del moviment de les rodes forma un angle amb la vora de la càrrega, el camí que porten es torça en arribar a aquesta vora, és a dir, es produeix la diferència entre les velocitats de les rodes en el límit de totes dues zones. En passar de la part de màxima velocitat (és a dir, sense càrrega) a la part de menor velocitat (és a dir, amb carregament a prestatge), la direcció de la via (del raig) s'aproxima a la “incidència associada” i viceversa en passar de càrrega a taula neta.

De tot això podem extreure una conclusió de gran importància que ens indica l'essència del fenomen que ens ocupa, és a dir, que la refracció està condicionada per la diferència entre les velocitats de la llum en tots dos mitjans. I la refracció serà major com més gran sigui aquesta diferència. Per això, l'anomenat índex de refracció, que s'utilitza per a expressar la desviació dels raigs, és només la relació entre aquestes velocitats.

Per tant, quan en passar de l'aire a l'aigua ens diuen que l'índex de refracció és 4/3, per exemple, la llum va 1,3 vegades més lleugera que de l'aire.