REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ

1. REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ Cuando la luz llega a la superficie de separación de dos medios dieléctricos, en parte se refleja y en parte se re- fracta. A continuación analizaremos estos dos fenómenos.

2. REFLEXIÓN DE LA LUZ La reflexión se produce cuando la luz llega a la superficie de separación y ‘rebota’ en ella, volviendo al primer medio. La velocidad de propagación no cambia. Si la superficie está sufi- cientemente bien pulida (por ejemplo, un espejo) se produce una REFLE- XIÓN ESPECULAR. * ÁNGULO DE INCIDENCIA= ÁNGULO DE REFLEXIÓN * LOS DOS RAYOS ESTÁN EN EL MISMO PLANO

3. REFLEXIÓN DE LA LUZ La reflexión se produce cuando la luz llega a la superficie de separación y ‘rebota’ en ella, volviendo al primer medio. La velocidad de propagación no cambia. Si la superfície es rugosa, se produce una REFLE- XIÓN DIFUSA: los rayos salen reflejados en todas direcciones. La ley de la reflexión sigue siendo vá- lida, pero hay distintos ángulos de incidencia.

4. REFLEXIÓN DE LA LUZ REFLEXIÓN ESPECULAR Y DIFUSA. En esta imagen, se proyecta luz sobre una pantalla blanca que tiene un espejo. La pantalla envía más luz a la cámara que el propio espejo.

5. REFRACCIÓN DE LA LUZ La reflexión se produce cuando la luz llega a la superficie de separación y entra en el segundo medio. Al cambiar de medio se produce un cambio de velocidad y el haz de luz se desvía de su trayectoria original ¿Qué relación hay entre los ángulos de incidencia y refracción?

6. REFRACCIÓN DE LA LUZ Haciendo incidir un rayo de luz desde aire hacia agua se obtienen los siguientes resultados .... n1 sin (i) = n2 sin (r)

7. REFRACCIÓN DE LA LUZ n1 sin (i) = n2 sin (r) n1 < n2 i > r i’ < r’

8. REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ ¿De qué forma varía el porcen- taje de energía reflejada? ¿De qué depende el coeficiente de reflexión? Problema complejo: * polarización * índices de refracción * ángulo de incidencia * ...... Analicemos primero la depen- dencia con el ángulo i. Supondremos que n1 > n2

9. En incidencia normal la mayor parte del haz se refracta, pasando al se- gundo medio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Coeficiente de refracción mayor que el de reflexión

10. Inicialmente., a medida que aumentamos el ángulo de incidencia, la fracción de luz que pasa al segundo medio aumenta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El coeficiente de refrac-ción aumenta y el de reflexión disminuye

11. Siguiendo la tendencia inicial., a medida que aumentamos el ángulo de incidencia, la fracción de luz que pasa al segundo medio aumenta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El coeficiente de refrac-ción continua aumentan-do y el de reflexión disminuyendo

12. A partir de un valor del ángulo de incidencia, la tendencia se invierte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El coeficiente de refrac-ción ha pasado por un máximo y el coeficiente de REFLEXIÓN POR UN MÍNIMO (que puede ser cero, según sea la polarización de la luz)

13. Aumentando aún más el ángulo de incidencia, la fracción de energía que se refleja tiende a aumentar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los coeficientes de refracción y reflexión llegan a igualarse

14. Para ángulos mayores, la mayor parte de la ener-gía se refleja en la super-ficie de separación de los dos medios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El coeficiente de refle-xión se hace mayor que el de refracción

15. Para ángulos mayores, continúa la tendencia y prácticamente toda la energia se refleja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El coeficiente de refle-xión se hace continua creciendo, a expensas del de refracción

16. Para un cierto ángulo (ÁNGULO LÍMITE) toda la energía se refleja en la superfície, no se transmite luz al segundo medio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El coef. de reflexión es máximo (=1) y el de refracción, mínimo (=0) n1 sin (i) = n2 sin (r) n1 > n2

17. Para ángulos de inciden-cia superiores al ángulo límite, continúa produ-ciéndose reflexión total. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n1 sin (iL) = n2 sin (90°) sin (iL) = n2/n1 aire n1=1 vidrio n2=1.5 iL=41.8°

18. Para ángulos de inciden-cia superiores al ángulo límite, continúa produ-ciéndose reflexión total. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n1 sin (iL) = n2 sin (90°) sin (iL) = n2/n1 aire n1=1 vidrio n2=1.5 iL=41.8° La reflexión total es la base de la FIBRA ÓPTICA

19. REFLEXIÓN TOTAL DE LA LUZ La determinación del ángulo límite es uno de los métodos más rápidos (y precisos) para determinar el índice de refracción de una sustancia. En la figura puede observarse un REFRACTÓMETRO DE ABBE.

20. REFLEXIÓN TOTAL DE LA LUZ Otra de las aplicaciones de la reflexión total de la luz es la que se utiliza en la FIBRA ÓPTICA

21. FIBRAS ÓPTICAS Una fibra óptica está formada por un cable transparente llamado CORE que tiene un recubrimiento con un material de MENOR ÍNDICE de refracción, llamado CLADDING

22. FIBRAS ÓPTICAS Cuando un rayo de luz incide con un ángulo muy grande, la energía se transmite de forma poco eficiente, debido a que una parte importante pasa al recubrimiento.

23. FIBRAS ÓPTICAS Pero los rayos que inciden con un ángulo pequeño (relaciona-do con la APERTURA NUMÉRICA de la fibra), llegaran al cladding con un ángulo superior al ángulo límite y se refleja-rán sin pérdidas energéticas, saliendo por el otro extremo.

24. DIFUSIÓN DE LA LUZ Cuando la luz se propaga por un medio material, interacciona con él. Los dos fenómenos más importantes son la absorción y la difusión. De momento nos centraremos en el estudio de la difusión de la luz. La absorción será objeto de estudio detalla-do más adelante.

25. DISFUSIÓN DE LA LUZ Los haces luminosos son invisibles, aquí vemos la fuente luminosa y la reflexión sobre una pantalla, pero nada entre la fuente y el blanco.

26. DIFUSIÓN DE LA LUZ Si se introducen partículas finas en el aire, el haz luminoso se muestra claramente, como resultado de la difusión de la luz en los ‘centros difusores’.

27. DIFUSIÓN DE LA LUZ ¿De qué parámtros depende la difusión de la luz? * Tamaño de las partículas * Longitud de onda de la luz (mayor en el azul)