6.3.1: Refracción

Una onda que cambia de velocidad a medida que cruza el límite de entre dos materiales también cambiará de dirección si cruza el límite en un ángulo que no sea perpendicular. Esto se debe a que la parte del frente de onda que llega primero al límite, se ralentiza primero. La flexión de una ola debido a los cambios de velocidad a medida que cruza un límite se llama refracción. Como se mencionó en el último capítulo, la luz en el aire o un vacío viaja a\(\text{c} = 3.0\times 10^{8}\text{ m/s}\) pero se ralentiza al pasar por el vidrio. Como se muestra en el diagrama a continuación, esto hará que la luz cambie un poco de dirección. Para un trozo de vidrio con superficies planas esto no es muy notable a menos que el vidrio sea muy grueso. Pero para una superficie curva la luz termina dejando el cristal yendo en una dirección diferente y así es como se hacen lentes para gafas, telescopios, microscopios, binoculares, etc.

Figura\(\PageIndex{1}\)

¿Qué pasa con el sonido? El sonido también sufre refracción. Recordemos del último capítulo que el viento puede cambiar la velocidad del aire. En la siguiente imagen note que Jill puede escuchar a Jack porque el viento acelera los bordes superiores del sonido, doblándolo de nuevo hacia el suelo. Jill no puede escuchar a Dana porque el viento dobla el sonido hacia arriba.

Figura\(\PageIndex{2}\)

De igual manera sabemos que la velocidad del sonido depende de la densidad que cambia con la temperatura y la humedad. En la siguiente imagen note que Jill puede escuchar a Jack porque la temperatura más cálida acelera los bordes superiores del sonido, doblándolo de nuevo hacia el suelo. En la segunda imagen hay una inversión de temperatura con aire más cálido atrapado debajo del aire más frío. Jill ve pero no escucha el relámpago (esto a veces se llama relámpago de calor, como se muestra en la segunda figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{3}\)

Figura\(\PageIndex{4}\)

Ejemplos de video/audio:

• La ilusión de paja rota (debido a la refracción de la luz).
• Ejemplo de refracción sonora de Paul Hewitt.
• Explicación del tanque de ondulación incluyendo la ley de Snell.
• Ejemplo de refracción en una piscina.
• Ilusiones ópticas por la refracción de la luz.
• La ley de Snell te dice cuánto se doblará una onda de luz al pasar del aire al vidrio o viceversa.
• Refracción del sonido en un globo lleno de Dióxido de Carbono.
• La luz que entra en el vidrio termina con un ángulo refractado que es menor que el ángulo incidente. Yendo hacia el otro lado (vidrio al aire) la luz termina con un ángulo refractado mayor que el ángulo incidente. En este caso, ¿qué sucede si el ángulo refractado intenta superar los 90 grados? Refleja de nuevo en el cristal, en lugar de pasar al aire. Esto se conoce como reflexión interna total y es consecuencia de la ley de Snell.
• Un ejemplo de reflexión interna total en una corriente de agua. Lo mismo sucede en un cable de fibra óptica; la luz permanece dentro del cable debido a la reflexión interna total.
• Vidrio desapareciendo por el índice de refracción.
• Mini Laboratorio de Rastreo de Rayos.