Refracción

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

• Fisika

La refracción en sí misma es sólo una consecuencia de la velocidad de la luz. Como todos sabemos, aunque la velocidad de la luz sea extremadamente alta, no es infinita, es decir, los rayos de luz necesitan un plazo para cumplir una distancia. Esta velocidad es tan alta (300.000 km/s en vacío) que en la mayoría de los casos no se tiene en cuenta y se considera infinita.

Pero esa velocidad está ahí y en cada entorno tiene un valor especial, siempre muy alto, eso sí. En el vacío tiene lo dicho anteriormente y es el mayor de los posibles.

¿Quién no ha visto o utilizado un par de gafas? ¿O una lupa?. Las lentes utilizadas en estos aparatos y en muchos otros aparatos ópticos no hacen más que utilizar la refracción. Por lo tanto, conviene conocer y comprender en qué consiste la razón de la refracción.

Por qué la refracción de la luz

Los rayos de luz, al pasar de un medio a otro, debido a las velocidades que tienen en cada uno de ellos, modifican su dirección. Este fenómeno se conoce como refracción. Para muchos esto es sólo una curiosidad de la Naturaleza: cuando viajan en un medio, si los rayos tienen una dirección, al pasar a otro, ¿por qué se les inclina esa dirección? La luz hace lo que hacen todas las demás ondas que se mueven. Para demostrarlo, el astrónomo y físico del siglo pasado, John Herschel, nos puso un ejemplo claro: el que se produce cuando un grupo militar pasa de una parcela a otra más difícil de recorrer. Vamos a ver cómo decía él:

“Pensemos que un grupo militar en formación se mueve por un terreno y que una línea recta divide el terreno en dos zonas: una lisa, limpia y accesible, y otra lisa, sordegada y que no permite caminar tan rápido como en la otra.

Pensemos, además, que el frente del grupo forma un ángulo con la línea de separación entre las dos zonas, por lo que no todos los soldados que forman ese frente llegan a la misma línea, sino uno tras otro. En esta situación, una vez superado el límite, no se puede ir tan rápido como antes. Con el resto de soldados de su línea, es decir, con los que están en mejor terreno, no formará la fila y se irá retrasando cada vez más.

A cada soldado que supera la frontera le ocurrirá lo mismo, ya que encuentra el mismo obstáculo para caminar, y si la formación no se rompe, la parte que ha superado la frontera se irá retrasando respecto a la otra, formando un ángulo obtuso respecto a ella en el punto de transición de la línea fronteriza. Y como hay que mantener el paso sin entorpecer a unos a otros, cada soldado debe avanzar formando un ángulo recto respecto al nuevo frente de la columna. Por lo tanto, una vez superada la línea, el camino que lleva cada uno de ellos será, por un lado, asociado al nuevo frente y, por otro, la relación entre el camino recorrido y el que funcionaría en caso de que no hubiera sido un retraso es igual a la velocidad nueva y la anterior.”

Eso es lo que le pasa a la luz. Nosotros podemos realizar un sencillo ensayo en nuestra mesa para tener una representación gráfica de la refracción de la luz. Para ello, la mitad de la mesa se escala con un zamau y, tras un ligero curvado, se coloca sobre ella dos ruedas con el mismo eje, es decir, cualquier juguete roto. Si la dirección de las ruedas está unida a la del borde del zamauque, el camino no se inclina. En este caso, es la expresión de la ley “el rayo de luz asociado al plano de distribución no se refracta” que se produce en la óptica.

Por el contrario, si la dirección del movimiento de las ruedas forma un ángulo con el borde de la carga, el camino que llevan se tuerce al llegar a dicho borde, es decir, se produce la diferencia entre las velocidades de las ruedas en el límite de ambas zonas. Al pasar de la parte de máxima velocidad (es decir, sin carga) a la parte de menor velocidad (es decir, con cargamento a estante), la dirección de la vía (del rayo) se aproxima a la “incidencia asociada” y viceversa al pasar de carga a mesa limpia.

De todo ello podemos extraer una conclusión de gran importancia que nos indica la esencia del fenómeno que nos ocupa, es decir, que la refracción está condicionada por la diferencia entre las velocidades de la luz en ambos medios. Y la refracción será mayor cuanto mayor sea esta diferencia. Por ello, el llamado índice de refracción, que se utiliza para expresar la desviación de los rayos, es sólo la relación entre esas velocidades.

Por lo tanto, cuando al pasar del aire al agua nos dicen que el índice de refracción es 4/3, por ejemplo, la luz va 1,3 veces más ligera que del aire.