| Definición | Índice de refracción |
DEFINICIÓN
Es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio.
ÁNGULO DE INCIDENCIA Y ÁNGULO DE REFRACCIÓN
Se llama ángulo de incidencia -i- el formado por el rayo incidente y la normal. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo.
El ángulo de refracción -r'- es el formado por el rayo refractado y la normal.
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
Se llama índice de refracción absoluto "n" de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío ,"c", y la velocidad que tiene la luz en ese medio, "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad, es una constante característica de cada medio: n = c/v.
Se puede establecer una relación entre los índices de los dos medios n2 y n1. En el applet de esta práctica se manejan estas relaciones:| Substancias | Aire | Agua | Plexiglás | Diamante |
| Índices de refracción | 1.00029 | 1.333 | 1.51 | 2.417 |
| material | aire | vapor de agua | agua dulce | agua de mar | aluminio |
| Velocidad del sonido (m/s) | 331 | 401 | 1493 | 1513 | 5104 |
REFRACCIÓN: LEYES
Un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes:
1.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano.
 | 2.- Se cumple la ley de Snell: |
y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta:
n1sen i = n2 sen r.
Cuando la luz se refracta cambia de dirección porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de la vibración no varía al pasar de un medio a otro, lo que cambia es la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad.La onda al refractarse cambia su longitud de onda:
e = v·t
que equivale a l = v ·T = v / n
Un rayo incidente cambia más o menos de dirección según el ángulo con que incide y según la relación de los índices de refracción de los medios por los que se mueve.Aplicación interactiva
ÁNGULO LÍMITE
Si n2 es mayor que n1, como en el caso de la luz cuando pasa desde el aire (n 1) al vidrio o al agua (n2 ), el rayo refractado se curva y se acerca a la normal tal como muestra la figura de inicio de esta página.
En el caso contrario, es decir, si el rayo de luz pasa del medio 2 (agua) al medio 1 (aire) se aleja de la normal.
Cuando el rayo de luz pasa de un medio más lento a otro más rápido se aleja de la normal.
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A un determinado ángulo de incidencia le corresponde un ángulo de refracción de 90º y el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie de separación de ambos medios.
Este ángulo de incidencia se llama ángulo límite o ángulo crítico.
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Al incidir un rayo sobre una superficie transparente parte de él se refleja.
SIEMPRE QUE SE PRODUCE REFRACCIÓN TAMBIÉN SE PRODUCE REFLEXIÓN
Siempre que la radiación atraviesa un medio, una parte de ella es absorbida por el medio (no se transmite toda).
En física, y más concretamente, en óptica, el número de Abbe de un material transparente es una cantidad adimensional que surge al comparar el índice de refracción del material a distintas frecuencias. Recibe este nombre en honor del físico alemán Ernst Abbe (1840–1905) que lo definió.
En concreto, el número de Abbe, V, de un material se define como:
donde nD, nF y nC son los índices de refracción del material a las longitudes de onda correspondientes a las líneas de Fraunhofer D-, F- y C- (587.6 nm, 486.1 nm y 656.3 nm respectivamente).
Los números de Abbe se usan para clasificar vidrios y otros tipos de materiales transparentes. Materiales con baja dispersión tendrán un número de Abbe grande. Así, cuanto mayor sea el número de Abbe, mejor será la calidad de la lente. Una buena lente suele corresponder a valores de V superiores a 40. Valores más bajos, en torno a 20 corresponden a vidrios flint muy densos, y alrededor de 30 a policarbonato. Por tipos de vidrio, el vidrio flint tiene valores de V< 50, mientras que para el vidrio crown V >50.
La clasificación de los materiales se realiza por medio de un diagrama de Abbe, en que cada material viene representado por un punto de una gráfica del número de Abbe frente al índice de refracción.
Refracción – Número de Abbe
INDICE DE REFRACCIÓN O REFRIGENCIA
Si introducimos un lapiz en un vaso de agua, éste se ve partido (refractado), ya que la porción sumergida se desplaza hacia la vertical. La luz disminuye su velocidad siempre que entra en un medio distinto al aire.
Por este motivo la velocidad de la luz sirve de patrón para compensar la velocidad en diferentes medios. Esta propiedad se mide con un parámetro llamado “índice de refracción”, de modo que cuanto menor sea la velocidad de la luz en un medio, mayor es su refringencia. Significa, que cuanto mayor es el índice de refracción más se doblan los rayos al entrar en ese medio.
Es un detalle importante porque supondrá que con un material de índice de refracción elevado con un grosor menor, conseguiremos el mismo efecto, que con un material menos refrigerante pero de mayor grosor. Cuanto mayor es el índice de refracción, menor espesor necesita la lente para obtener el mismo efecto óptico.
PRISMAS
Los prismas desvían la luz que los incide hacia su base, tanto más cuanto mayor sea la potencia óptica del prisma. Esta potencia se mide en “dioptrías prismáticas”.
En 1890 Charles Frederick Prentice, describió que las dioptrías prismáticas, son iguales a las dioptrías ópticas por el desplazamiento en centímetros. Las lentes convexas se comportan como prismas unidos por su base, mientras que las lentes cóncavas lo hacen como prismas unidos por sus vértices.
Ahora bien, según la formula de Prentice, la desviación prismática depende esencialmente de la distancia focal de la lente y de la distancia en centímetros a la que se encuentra el rayo de luz incidente, con relación al eje óptico de la lente.
Este efecto prismático, tiene gran trascendencia en la tolerancia de la montura, ya que si las lentes no están perfectamente centradas con relación a los ojos del usuario, producirán un efecto prismático desagradable consistente en una sensación de visión doble.
EL NÚMERO DE ABBE
Ernst Karl Abbe, (1840-1905). Nacido en el Gran Ducado de Saxe-Weimar-Eisenach (en la actualidad, Alemania). Físico y matemático. Fue Catedrático de física en la universidad de Jena, Alemania y director del observatorio astronómico de dicha ciudad.
Sus observaciones se basaron en que el índice de refracción de un medio, variaba en función de la longitud de onda de la luz, lo que ocasionaba una descomposición de la luz blanca en sus diferentes longitudes de onda del espectro visible. A este fenómeno le denominó “aberración o dispersión cromática de la luz”. Esta dispersión es mayor cuanto mayor sea el índice de refracción.
Para valorarla desarrolló una formula que denominó “Número de Abbe”. Cuanto mayor es el resultado obtenido, menor dispersión cromática existirá y viceversa. El número de Abbe de un material transparente es una cantidad adimensional (Númeo que no tiene unidades físicas que lo definan, siendo un número puro) que surge al comparar el índice de refracción del material a distintas frecuencias. El número de Abbe, V, de un material se define como:
(nD, nF y nC)
Pertenecen a los índices de refracción del material, a las longitudes de onda correspondientes a las líneas de Fraunhofer; donde D=587,6 nm F=486,1 nm y C=656,3 nm (nm = nanómetro)
Líneas de Fraunhofer: conjunto de líneas espectrales
Los números de Abbe se utilizan para clasificar vidrios y otros tipos de materiales transparentes. Materiales con baja dispersión tendrán un número de Abbe elevado. Así, cuanto mayor sea el número de Abbe, mejor resultará la calidad del material.
La calidad óptica de un lente suele corresponder a valores de V superiores a 40. Valores más bajos, en torno a 20 corresponden a vidrios Flint muy densos, y alrededor de 30 a policarbonatos. Por tipos de vidrio, el vidrio Flint tiene valores de V<50 crown="" de="" el="" em="" es="" mientras="" nbsp="" para="" que="" style="background: transparent; border: 0px; margin: 0px; padding: 0px; vertical-align: baseline;" vidrio="">V
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