Simulador de refracción y reflexión total interna
Ecuaciones de esta simulación
| n₁ | Material donde empieza la luz (n₁) | el índice de refracción: cuántas veces más despacio viaja la luz allí que en el vacío | |
|---|---|---|---|
| n₂ | Material en el que entra (n₂) | a la longitud de onda elegida, así que cambia un poco con el color | |
| θ₁ | Ángulo de incidencia θ₁ (°) | medido desde la normal, la línea discontinua perpendicular a la superficie, no desde la superficie | |
| θ₂ | ángulo de refracción | menor que θ₁ al entrar en un material más denso (el rayo se acerca a la normal), mayor al salir de uno |
Con los valores actuales:
| v | velocidad de la luz en el segundo material | c = 299.792 km/s; los puntos en movimiento se frenan en este factor, y ese cambio de velocidad es lo que desvía el rayo |
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Con los valores actuales:
| θ_c | ángulo crítico | solo existe al pasar de un material más denso a uno menos denso (n₁ mayor que n₂); más allá no pasa nada de luz y toda se refleja |
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Con los valores actuales:
| θ_B | ángulo de Brewster | la luz polarizada en el plano de incidencia no se refleja en absoluto aquí, así que el reflejo queda totalmente polarizado; las gafas de sol polarizadas aprovechan esto |
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Con los valores actuales:
| R | fracción de la luz reflejada | las ecuaciones de Fresnel, para luz no polarizada; el resto, T = 1 − R, atraviesa. El gráfico las muestra frente al ángulo |
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Con los valores actuales:
| λ | Longitud de onda λ (nm) | fórmula de Cauchy: la luz violeta ve un índice mayor que la roja, así que se desvía más, y por eso un prisma forma un espectro |
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Con los valores actuales:
| A | Ángulo del vértice del prisma A (°) | el ángulo en la punta del prisma | |
|---|---|---|---|
| δ | desviación | cuánto gira el haz respecto a su dirección original; es mínima, δ_min, cuando el rayo cruza el prisma de forma simétrica |
Con los valores actuales:
| θ_max | ángulo de aceptación de la fibra | la luz que entra por el extremo de la fibra a más de este ángulo de su eje choca con el lateral por debajo del ángulo crítico y se escapa |
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Con los valores actuales:
Cómo usar el simulador de refracción
- Elige el material donde empieza la luz y el material en el que entra, y fija el ángulo de incidencia. El haz se desvía en la frontera según la ley de Snell, un haz reflejado tenue vuelve atrás y los puntos blancos muestran cómo la luz se frena en el material más denso. La línea discontinua es la normal, desde la que se miden todos los ángulos.
- Empieza en agua, vidrio o diamante, entra en aire y aumenta el ángulo. El haz refractado se tumba hacia la superficie y se debilita, y más allá del ángulo crítico desaparece: toda la luz se refleja. Marca Barrer el ángulo para verlo y sigue la parte reflejada en el gráfico, que también marca el ángulo de Brewster, donde la luz polarizada en el plano de incidencia no se refleja en absoluto.
- Cambia al prisma y marca Luz blanca para separar un haz en sus colores, o a la fibra óptica para ver la luz atrapada por reflexión total interna y escapando cuando entra demasiado inclinada. Para lentes y espejos, el Simulador de lentes y espejos dibuja diagramas de rayos.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la ley de Snell?
n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂: el índice de refracción por el seno del ángulo respecto a la normal es igual a ambos lados de una frontera. El índice n indica cuántas veces más despacio viaja la luz en el material que en el vacío, 1,33 en el agua y cerca de 1,5 en el vidrio, así que la luz que pasa del aire al vidrio se acerca a la normal.
¿Qué es el ángulo crítico?
El ángulo de incidencia a partir del cual la luz no puede salir de un material más denso: sin θ_c = n₂ ÷ n₁. Vale 48,6° del agua al aire, unos 41° desde el vidrio y 24,4° desde el diamante, cuyo pequeño ángulo crítico atrapa la luz dentro de una piedra tallada y la hace brillar. Más allá, toda la luz se refleja: reflexión total interna.
¿Por qué un prisma separa la luz blanca?
El índice de refracción del vidrio es algo mayor para la luz violeta que para la roja (dispersión), así que el violeta se desvía más en cada cara. En el vidrio crown el índice va de unos 1,531 a 400 nm a 1,513 a 700 nm, suficiente para abrir la salida de un prisma de 60° en unos 2°. La simulación usa la fórmula de Cauchy n = A + B ÷ λ² para cada material.
¿Cómo conducen la luz las fibras ópticas?
Por reflexión total interna: la luz viaja por un núcleo de vidrio rodeado de un material de menor índice y choca con el lateral siempre más allá del ángulo crítico, así que no escapa nada. Debe entrar dentro del ángulo de aceptación, fijado por la apertura numérica NA = √(n_núcleo² − n_revestimiento²). Las fibras reales tienen un revestimiento con un índice solo un 1 % menor que el núcleo, lo que da ángulos de aceptación de unos 12°.
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