Reflexión y refracción de la luz

Introducción

La luz, al incidir sobre una superficie de separación entre dos medios, se refracta y refleja. La línea perpendicular a dicha superficie de separación se conoce como normal.

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​​Reflexión

Un rayo incide sobre la superficie de separación entre dos medios, cambia su dirección de propagación, y continúa propagándose en el mismo medio. Esto permite ver objetos no luminosos. 

Ley de la reflexión:

"El ángulo con respecto a la normal formado por el rayo incidente es el mismo que el formado por el rayo reflejado"

$$\alpha_{\rm inc} = \alpha_{\rm refl}$$​​

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Refracción

Un rayo de luz incide sobre una superficie de separación y se propaga al otro medio, produciéndose una desviación de su trayectoria. 

Ley de la refracción o ley de Snell:

"Los ángulos de incidencia $$\alpha_{\rm inc}$$ y refracción $$\alpha_{\rm refr}$$ se pueden relacionar entre sí como

 $$n_{\rm inc} \text{sen}{\alpha_{\rm inc}} = n_{\rm refr} \text{sen}{\alpha_{\rm refr}}$$"

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Ángulo límite y reflexión total

Un rayo de luz se aleja de la normal cuando pasa a propagarse por un medio con un índice de refracción menor (es decir, mayor velocidad de propagación). 

Por lo tanto, existirá un ángulo de incidencia, conocido como ángulo límite, para el cual el ángulo de refracción sea $$\alpha_{\rm refr} = 90^{\circ}$$​

Ángulo de incidencia > Ángulo límite $$\implies$$​ Reflexión total. Cuando esto ocurre, los rayos se reflejan en el medio de incidencia sin pasar al de refracción.

Curiosidad: Este fenómeno es usado en la fibra óptica, que contiene un tubo fino de índice de refracción alto, rodeado por una envoltura de índice de refracción bajo. Así, se produce una reflexión total en el interior del tubo, evitando pérdidas grandes de luz.