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Reflexión y refracción

Física

Conceptos clave

Cuando una onda llega a la frontera entre dos medios, parte se refleja y parte se refracta (pasa al otro medio).
La reflexión conserva el ángulo respecto a la normal.
La refracción cambia la dirección al cambiar la velocidad.
Se rigen por la ley de la reflexión y la ley de Snell.

Ley de la reflexión

El ángulo de incidencia es igual al de reflexión (medidos desde la normal): $\theta_i = \theta_r$ .
El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano.
Vale para cualquier tipo de onda.

Refracción y velocidad

Al pasar a un medio donde va más lento, la onda se acerca a la normal (y al revés).
La frecuencia no cambia; cambian la velocidad y la longitud de onda.
Un medio ópticamente "más denso" tiene mayor índice de refracción.

Índice de refracción

$n = \dfrac{c}{v}$ (velocidad de la luz en el vacío entre la del medio).
Siempre $n \ge 1$ ; mayor $n$ = luz más lenta.
Relaciona velocidades y longitudes de onda entre medios.

Ley de Snell

$n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$ .
Los ángulos se miden desde la normal.
Permite hallar el ángulo refractado conociendo los índices.

Ejemplo resuelto

Problema: la luz pasa del aire ( $n_1 = 1{,}0$ ) al vidrio ( $n_2 = 1{,}5$ ) con $\theta_1 = 30°$ . Halla $\theta_2$ .
Snell: $1{,}0\times\sin 30° = 1{,}5\times\sin\theta_2$ .
$\sin\theta_2 = \dfrac{1{,}0\times0{,}5}{1{,}5} = 0{,}333$ , así que $\theta_2 \approx 19{,}5°$ .

En el examen IB

Mide los ángulos desde la normal, no desde la superficie.
En la refracción la frecuencia no cambia; sí lo hacen $v$ y $\lambda$ .
Error frecuente: medir desde la superficie o intercambiar $n_1$ y $n_2$ .
Al entrar a un medio más lento, el rayo se acerca a la normal.