PROPIEDADES DE LA LUZ: LA REFRACCIÓN

Una propiedad de la luz que es de primera importancia en fotografía puede apreciarse cuando un rayo luminoso atraviesa oblicuamente un material transparente para penetrar en otro. El cambio de dirección que se produce entonces se conoce con el nombre de «refracción».

 Refracción en gotas de agua

 

Cada rayo luminoso, si bien se desplaza en línea recta, tiene también un movimiento ondulante (de ondas). Su “frente de onda” puede dibujarse en forma de una línea perpendicular a la dirección general de  desplazamiento, algo parecido a una hilera de crestas de olas que avance sobre las aguas del mar. 

Ya sabemos por anteriores artículos de este blog que la velocidad de la luz varía con el material a través del cual pasa. Alcanza su velocidad máxima cuando se transmite a través del vacío (300.000 kilómetros por segundo), es ligeramente más lenta en el aire y todavía más lenta en el vidrio.

Cuanto más denso es el material, más lenta es la velocidad de la luz.

Cuando la luz pasa desde el aire en ángulo recto y penetra en un bloque de vidrio transparente, disminuye también la velocidad de todo su frente de ondas. No se produce ningún cambio de dirección. Sólo disminuye imperceptiblemente la velocidad.

Pero observemos lo que ocurre cuando un rayo luminoso pasa oblicuamente del aire al interior de un vidrio transparente o un vaso lleno de agua: Un lado del frente de ondas llega al material denso primeramente y disminuye su velocidad. El extremo opuesto del frente de ondas sigue a su velocidad originaria un poquitín más, lo suficiente para «pisar los talones» del frente de ondas, y, por lo tanto, “doblegar” la dirección del rayo luminoso, alejándolo del punto limítrofe.

Refracción en un vaso de agua

 

El efecto viene a ser como una fila de bañistas que penetren corriendo diagonalmente en el mar: los que llegan primero al agua disminuyen de velocidad, alterando con ello la dirección de desplazamiento de toda la hilera.

Gráfico de refracción de la luz

La refracción de la luz es la clave de la óptica fotográfica, porque sin ella los objetivos no podrían desviar la luz para formar imágenes fotográficas.

¿Cómo podemos medir la magnitud de desviación de la luz? 

Suponiendo que proyectamos un estrecho haz de luz oblicuamente para hacerlo penetrar en un bloque de vidrio, las posiciones de la superficie aire/vidrio y la dirección de la luz incidente y la refractada las podemos registrar en un gráfico. 

 Medición del índice de refracción

Se traza una línea «normal», perpendicular a la superficie del vidrio, en el punto de contacto. Como en el caso de la reflexión, el ángulo descrito por el rayo de luz incidente con esta normal recibe el nombre de «ángulo de incidencia». 

El ángulo formado por el rayo refractado con la normal dentro del vidrio se conoce con el nombre de “ángulo de refracción”), el cual es (por razón de ser el vidrio más denso que el aire) menor que el ángulo de incidencia.

Por lo tanto, puede decirse que el «poder de desviación de la luz» de un material transparente viene indicado por su índice de refracción. 

La luz que incide en la superficie del nuevo material y formando ángulo recto (o sea, desplazándose a lo largo de la normal) no se refracta nada, por cuanto resulta afectado uniformemente el frente de ondas. Cuando aumenta el ángulo de incidencia con la normal, aumenta también el cambio en dirección por refracción.

Refracción de la luz blanca en sus longitudes de onda

Una última cuestión: Hasta aquí hemos venido diciendo que la “luz” es refractada. La luz blanca es una banda de longitudes de onda, cada una de las cuales es refractada por una cantidad ligeramente diferente. Por lo tanto, suelen usarse los valores del índice de refracción de las longitudes de onda situadas hacia la mitad del espectro visible (verde). Las longitudes de onda azules son refractadas un poco más y las rojas un poco menos.

Resumiendo:

«Refracción» es la desviación de la luz que pasa oblicuamente desde un medio transparente a otro de densidad distinta. La luz se desvía hacia la normal en el medio más denso.

El cambio general en la dirección de la trayectoria de la luz depende de  lo siguiente:

1. Del tipo del material (su índice de refracción).
2. La dirección desde la cual la luz incide en el material (ángulo de incidencia).
3. La longitud de onda de la luz.

  Refracción en tres copas