En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de hive.blog, en esta oportunidad profundizaremos en el fenómeno de la refracción de la luz, realizando una pequeña pero significativa experiencia práctica utilizando varios medios materiales para poder comprobar como la luz se dobla al propagarse por estos medios elásticos.

Introducción

El conocimiento que hemos podido obtener de nuestro sensacional espectro de luz blanca o visible nos ha permitido ampliar de manera exponencial cualquier conocimiento relacionado a distintos fenómenos desarrollado en nuestro entorno, y esto a través de nuestros sistemas ópticos lo podemos fácilmente comprobar.

Como complemento a mi serie temática sobre la óptica geométrica, en donde, analizamos de manera conceptual cada uno de los fundamentos, principios o leyes que rigen la propagación rectilínea del fenómeno de la luz, y en el cual encontramos al fenómeno intrínseco de la refracción, es importante, poder observar con nuestros propios sistemas ópticos (ojos) diferentes formas de refracción de la luz.

Nuestro entorno como sabemos se encuentra colmado de innumerables partículas, cuerpos u objetos, que en muchos de los casos no es posible poderlos visualizar, ya que dependerá de la longitud de onda emitida por dicho cuerpo u objeto, sin embargo, cuando estos rayos luminosos se encuentra en la fracción espectral visible para nuestro ojos, los mismos llegan a nuestra retina formando de esta manera la imagen del objeto, cuerpo u espacio observado.

Por lo general, el medio material o elástico entre el entorno y nuestros ojos, es el aire, y dicho medio nos permite ver a estos objetos tal y como son, ya que su índice de refracción de dicho medio (aire) es muy parecido a la del vacío, esto lo comprobaremos más adelante, pero no siempre es de esta manera, debido a que no todos los medios por donde se propaga la luz es aire, ya que puede atravesar medios tan comunes como el vidrio, agua, plástico, aceite, entre tanto otros, y esto hace que identifiquemos al fenómeno de la refracción, cuyo índice no es el mismo para todos los medios materiales por donde transita la luz.

Hablemos del índice de refracción

Es importante referirnos a la velocidad de la luz antes de hablar del índice de refracción, y la misma como sabemos representa la mayor velocidad que podemos encontrar en el mundo físico, este valor se encuentra estandarizado en el vacío en 299.792.458 m/s o un valor aproximado a 300.000 km/s cuando no se requiera de tanta precisión, esto de acuerdo a la esencial teoría de la relatividad nos lleva a considerar este valor como una constante universal denotada por c.

Partiendo de lo antes expresado, es necesario resaltar que los rayos luminosos al propagarse por un medio distinto al vacío, tendrán una velocidad diferente a la referida, por lo tanto, podemos designar a esta velocidad en determinado medio material como v, esto nos permite decir que v<c.

La anterior relación la materializamos al decir, que el índice de refracción de la luz al pasar de un medio material a otro, no es más que, el cociente entre la constante universal (c) y la velocidad del medio por el cual se refractara la luz, es decir:

De acuerdo a la formulación antes descrita podemos decir, que el índice de refracción absoluto es adimensional ya que se cancelan las unidades del numerador con las del denominador por ser iguales, y además podemos claramente notar que el resultado será siempre mayor a uno, por ser (c) la variable que representa la mayor velocidad posible, al ser el índice de refracción igual a 1, entonces, estaremos en el vacío.

Por lo tanto, el fenómeno de la refracción ocurre cuando la luz atraviesa por medios materiales diferentes, y por supuesto, existirá cambios en la velocidad de los misma, lógicamente esto nos lleva a la obtención de diferente índices de refracción, lo cual nos permite ver como los rayos del objeto emisor se doblen de manera diferentes entre un medio y el otro, a continuación observaran algunas imágenes captadas de un experimento.

Es importante resaltar de manera general, que las sustancias poseen en común una propiedad denominada densidad, esta característica nos permite señalar que podemos encontrarnos con sustancias que flotaran o se hundirán en otras, debido a que cada sustancia posee su propia densidad particular, esta esencial característica la pudimos observar en este ejemplo, ya que el aire por ser menos denso se encuentra arriba del aceite, pero este a su vez flota en el agua por ser menos denso que la misma.

Gracias a estas características pudimos visualizar a simple vista las distintas formas de refracción de la luz, entre un medio a otro, como el aire, aceite y el agua, estos tres medios se combinaron con la pared de vidrio de nuestro recipiente recolector para refractar los rayos de luz emitidos por nuestro lápiz como objeto principal de emisión de dichos rayos hacia nuestros ojos.

Es importante realizar una demostración de la obtención del índice de refracción de dos de los medios más comunes encontrados por los rayos luminosos en su propagación por nuestro entorno, estos medios son el aire y el agua, según la fórmula 1 tenemos:

Con los cálculos anteriores podemos demostrar que los rayos de luz emitidos por cualquier objeto o cuerpo de nuestro entorno se refractaran de manera diferente según los medios materiales atravesados, ya que dichos medios poseen distintos índices de refracción e inclusive un mismo medio posee índices de refracciones internas diferentes de acuerdo a ciertas condiciones ambientales.

Conclusión

Los rayos luminosos al salir de un determinado ente emisor se propagaran en diferentes direcciones, esto hace que los mismos impacten y puedan atravesar cualquier tipo de medio físico más allá del aire, por lo tanto, se originara el fenómeno denominado refracción de la luz, tomando en cuenta la constante universal de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad del medio atravesado por los rayos luminosos en un determinado momento, podemos conocer su índice de refracción, como se realizó para el aire y el agua a ciertas condiciones.

Este índice de refracción nos permite comprobar el doblaje de los rayos luminosos que observamos en nuestra experiencia práctica, en donde, utilizamos medios materiales como el aire, aceite, agua y vidrio como elemento material componente de nuestro recipiente recolector de los medios antes descritos.

Podemos decir que con las imágenes antes observadas pudimos disfrutar del sensacional fenómeno de la refracción de la luz, y que la misma está ligada al tipo de medio atravesado por dichos rayos, esto influye en la velocidad de la luz al momento de la propagación y al relacionar esta velocidad del medio con la velocidad universal de la luz obtenemos el tan importante índice de refracción, y el mismo es adimensional y mayor que la unidad, al ser igual a 1 estaremos en el vacío, el cual no fue nuestro caso experimental.

Hasta otra oportunidad mis apreciados lectores.

Nota: Algunas de las imágenes fueron elaboradas usando la aplicación de Power Point, las imágenes de nuestra experiencia práctica fueron tomadas con un teléfono ZTE y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape.

Referencias Bibliográficas consultadas y recomendadas

[1]Charles H. Lehmann. Geometría analítica.
[2]DETERMINACIÓN DE INDICES DE REFRACCIÓN.
[3]Propagación de la luz en materiales.