Page 700 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

35.2 Las leyes de refracción
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(a) (b)
Figura 35.3 (a) El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie están en el mismo plano,
(b) Los rayos refractados son reversibles.
(a) (b)
Figura 35.4 (a) El desplazamiento lateral de la luz al pasar por vidrio, (b) Una analogía mecánica.
Estas dos leyes se demuestran fácilmente mediante la observación y la experimentación. Sin
embargo, desde el punto de vista práctico, es mucho más importante entender y predecir el
grado de flexión que ocurre.
Para entender cómo un cambio de velocidad de la luz puede alterar la trayectoria de ésta
a través de un medio, consideremos la analogía mecánica que se muestra en la figura 35.4.
En la figura 35.4a. la luz que incide sobre una lámina de vidrio primero sufre una desviación
hacia la normal mientras pasa a través del medio más denso, y luego se desvía alejándose de
la normal al retornar al aire. En la figura 35.4b la acción de ruedas que encuentran a su paso
una franja de arena se asemeja al comportamiento de la luz. Al aproximarse a la arena, una de
las ruedas la toca primero y disminuye su rapidez. La otra rueda continúa a la misma rapidez,
provocando que el eje forme un nuevo ángulo. Cuando ambas ruedas están en la arena, de
nuevo se mueven en línea recta con velocidad uniforme. La primera rueda que entra en la are­
na es también la primera en salir de ella, y aumenta su rapidez al dejar la franja de arena. Por
tanto, el eje regresa a su dirección original. La trayectoria del eje es análoga a la trayectoria
de un frente de onda.
El cambio en la dirección de la luz al entrar en otro medio se puede analizar con la ayuda
de un diagrama de frente de onda como el de la figura 35.5. Una onda plana en un medio de
índice de refracción n l choca con la superficie plana de un medio cuyo índice de refracción es
n . Al ángulo de incidencia se le denomina 0,. En la figura, se supone que el segundo medio
tiene una densidad óptica mayor que el primero (n2 > «,). Un ejemplo de lo anterior se pre­
senta cuando la luz pasa del aire (n = 1) al agua («, = 1.33). La línea AB representa el frente
de onda en un tiempo t = 0 justamente cuando entra en contacto con el medio 2. La recta CD