El documento describe varios fenómenos ópticos relacionados con la refracción de la luz, incluyendo cómo la luz se refracta al pasar de un medio a otro con diferente índice de refracción, cómo se forman imágenes a través de lentes convergentes y divergentes, y cómo órganos como el ojo utilizan la refracción de la luz para formar imágenes en la retina. También explica fenómenos como la formación de arco iris, espejismos y la dispersión de la luz por un prisma.

1. Refracción de la luz
Hernán Verdugo Fabiani
Profesor de Matemática y Física
www.hverdugo.cl

2. RefracciónRefracción
El fenómeno de la refracción ocurre cuando una onda al pasar de un
medio a otro desvía su trayectoria. También cambia la velocidad de
propagación de la onda.
En el fenómeno de la refracción es útil reconocer los siguientes
términos.
Medio de densidad 2.
Rayo de luz incidente
Medio de densidad 1.
Rayo de luz incidente
Rayo de luz refractado
αi
αR
frontera
normal
Ángulo de
incidencia
Ángulo de
refracción

3. Índice de refracciónÍndice de refracción
Se relaciona con el cambio de velocidad de propagación que
experimenta una onda al pasar de un medio a otro.
Corresponde al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y su
velocidad en el medio donde se propaga.

4. Un cálculo convenienteUn cálculo conveniente
¿Cuál es la velocidad de la luz en el agua?
De acuerdo a la tabla que se mostró, el índice de refracción del agua
es 1,33 y la velocidad de la luz en el vacío es 3x108 m/s.

5. Situaciones posiblesSituaciones posibles
La desviación de un rayo de luz cuando se refracta depende de los
índices de refracción de cada medio.
Si el primer medio tiene un índice
de refracción menor que el del
segundo medio. Entonces el ángulo
Si el primer medio tiene un índice
de refracción mayor que el del
segundo medio. Entonces el ángulosegundo medio. Entonces el ángulo
de refracción es menor que el de
incidencia. El rayo refractado se
acerca a la normal.
Medio 1
Medio 2
segundo medio. Entonces el ángulo
de refracción es mayor que el de
incidencia. El rayo refractado se
aleja de la normal.
Medio 1
Medio 2

6. También hay reflexiónTambién hay reflexión
Cuando se produce el fenómeno de la refracción simultáneamente también
ocurre la reflexión.
No nos olvidemos que la reflexión ocurre cuando una onda, luz en nuestro
caso, al ir propagándose por un medio se encuentra con otro.
En internet

7. Reflexión interna totalReflexión interna total
Ocurre cuando la luz pasa de un medio de mayor índice de refracción a uno de
menor valor. Por ejemplo cuando pasa del agua al aire.
La luz refractada, en este caso, se aleja de la normal. Si se aumenta el ángulo de
incidencia también aumenta el ángulo de refracción.
Si se sigue aumentando el ángulo de incidencia ocurrirá que la luz se alejará tanto
de la normal que ahora se desviará en la dirección de la frontera entre los dos
medio.
Si se aumenta más el ángulo de incidencia entonces ya no ocurrirá la refracción,
en cambio se producirá una reflexión. Y a este tipo de reflexión se le llama
“reflexión interna total”.

8. Reflexión interna total

9. Reflexión totalReflexión total
En la fibra óptica En un prisma
En el agua

10. Fenómenos asociados a laFenómenos asociados a la
refracción de la luzrefracción de la luz
Espejismo
Cuando las capas de aire cercanas al
suelo están más calientes, la luz se
refracta y finaliza con la reflexión total,
desviándose la luz hacia arriba, donde el
aire está más frío.
El observador, en éste caso, ve el objeto
invertida y hacia abajo.
Cuando las capas de aire cercanas
al suelo están más frías, la l uz se
refracta y finaliza con la reflexión
total, desviándose la luz hacia
abajo, donde el aire está más frío.
El observador, en éste caso, ve el
objeto invertida y hacia arriba.

11. Fenómenos asociados a laFenómenos asociados a la
refracción de la luzrefracción de la luz
Prisma y luz
Un rayo de luz monocromática cuando incide en una cara de un prisma ingresa a él
produciéndose una refracción y cuando sale nuevamente se produce otra refracción.
Si el prisma es de base cuadrada
el rayo refractado por segunda vez
toma una dirección paralela al rayo
incidente.
αi
αr
En internet

12. Fenómenos asociados a laFenómenos asociados a la
refracción de la luzrefracción de la luz
Prisma y luz
Un rayo de luz monocromática cuando incide en una cara de un prisma ingresa a él
produciéndose una refracción y cuando sale nuevamente se produce otra refracción.
Si el prisma es de base triangular
el rayo refractado por segunda vez
toma una dirección diferente a la
del rayo de luz incidente.

13. Fenómenos asociados a laFenómenos asociados a la
refracción de la luzrefracción de la luz
Prisma y dispersión de la luz
Si ahora la luz que incide es luz
blanca, entonces al entrar al
prisma la luz blanca se
descompone en los colores
que la forma.
Y debido a que la luz roja se
refracta menos que la violeta
se producirá lo siguiente:

14. Fenómenos asociados a laFenómenos asociados a la
refracción de la luzrefracción de la luz
Arco IrisConsideremos una gota de
agua.
Un rayo de luz blanca, proveniente del
sol, incide en la gota, ingresa a ella, se
refracta y se produce una reflexión
total dentro de la gota.total dentro de la gota.
Así, la luz ya dispersada dentro de la
gota vuelve a incidir, ahora por
dentro de ella, y sale produciéndose
una nueva refracción.
Finalmente, la luz blanca que
ingresó a la gota de agua, sale
dispersada en los colores que van a
formar el arco iris.
Esto, al ocurrir simultáneamente con una enorme cantidad de gotas
de agua, produce el efecto que conocemos como arco iris. Aquí
ocurre entonces: refracción, reflexión total y dispersión de la luz.

15. Posición aparente del SolPosición aparente del Sol
Cuando observamos el
Sol tenemos una
apreciación errónea
acerca de su verdadera
posición.
Esto se debe a que los
Posición aparente del Sol
Esto se debe a que los
rayos del Sol al entrar a
la atmósfera terrestre se
refractan en ella y
cambian de dirección.
Hay otra circunstancia
que tiene que ver con la
desviación que sufre la
luz del Sol al entrar a la
atmósfera de la Tierra,
pero por ahora eso no lo
consideraremos.
Posición real del Sol

16. Luz y lentesLuz y lentes
Partes de una lente
F FC CV
Centro de
curvatura
Foco
Eje óptico
Vértice
Distancia focal

17. La luz cuando pasa a través de una lente se refracta dos veces. Al interior de
la lente y cuando sale de ella.
El cómo se refracta depende del tipo de lente.
Luz y lentes
Pero, para efectos prácticos:
En internet.

18. Lentes y luzLentes y luz
Veamos el comportamiento de los rayos de luz al pasar por lentes convergentes.
Primero veamos que ocurre con rayos de luz que son paralelos al eje óptico.
En la lente convergente los rayos
refractados convergen en el foco.
En la lente divergente la proyección de
los rayos refractados convergen en el
foco.
E.O. E.O.
F F
foco.

19. Lentes y luzLentes y luz
Ahora veamos que ocurre con rayos de luz que se dirigen al foco de la lente.
En la lente convergente los rayos
refractados emergen paralelos al eje
óptico.
En la lente divergente los rayos
refractados emergen paralelos al eje
óptico.
E.O. E.O.
F F
óptico. óptico.

20. Lentes y luzLentes y luz
Ahora veamos que ocurre con un rayo que se dirige al
centro de la lente (o vértice).
En la lente convergente el rayo
emerge sin refractarse.
En la lente divergente el rayo emerge
sin refractarse.
E.O. E.O.
V V

21. Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
observador
imagen
F FEje óptico
objeto
Si un objeto se coloca entre la
lente y el foco.
Y un observador lo mira a través de
la lente.
V
La imagen está derecha.
La imagen se ve más grande.
La imagen la determina la intersección
de la prolongación de los rayos
refractados
La imagen es de tipo “virtual”.
En internetinternet.

22. Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
objeto
observador
En internet.
F FEje óptico
Si un objeto se coloca en el
foco.
Y un observador lo mira a través de
la lente.
V
La imagen no se forma (no se vería el
objeto), o también se puede decir que
la imagen se forma en el infinito.
Los rayos refractados emergen
paralelos de la lente.

23. Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
objeto observador
En internet.
F FEje óptico
Si un objeto se coloca entre el foco y
el centro de curvatura.
Y un observador lo mira a través de
la lente.
V
imagen
C
La imagen se forma invertida.
La imagen se ve más grande.
La imagen es real pues se
forma con los rayos refractados.

24. Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
objeto observador
En internet.
F FEje óptico
Si un objeto se coloca en el centro
de curvatura
Y un observador lo mira a través de
la lente.
V
imagen
C
La imagen se forma invertida.
La imagen se ve del mismo tamaño que el
objeto.
La imagen es real pues se forma con los
rayos refractados.
C
La intersección de los rayos
refractados determina la posición
de la imagen.

25. Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
objeto
imagen
observador
En internet.
F FEje óptico
La imagen aparece invertida.
Debido a que se forma con los rayos
refractados, la imagen es “real”.
imagen
Si un objeto se coloca más allá
del foco.
La imagen es más pequeña que el objeto
Y un observador lo mira a través de
la lente.
La intersección de los rayos
refractados determina la posición
de la imagen.
C

26. Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente divergente
objeto observador
En internet
F FEje óptico
La imagen aparece derecha.
La imagen es de tipo “virtual”.
imagenSi un objeto se coloca en
cualquier parte.
La imagen es más pequeña que el objeto
Y un observador lo mira a través
de la lente.
Se interceptan un rayo incidente y
una proyección de un rayo
refractado. Ahí se forma la imagen.
C CV

27. La luz y el ojoLa luz y el ojo

28. Formación de imágenes en el ojoFormación de imágenes en el ojo
A
Los rayos de luz
emitidos por el objeto
pasan por la córnea,
luego pasan a través de
la pupila, de ahí el iris
Coloquemos un objeto
delante del ojo.
A
Ala pupila, de ahí el iris
regula la cantidad de luz
que pasa al ojo.
La luz pasa a través del
cristalino, que actúa
como lente
convergente.
Y la imagen del objeto
que se está viendo se
forma, al revés, en la
retina.
De la retina pasa la información al nervio óptico
y de ahí al cerebro.

29. Visión normalVisión normal
Se tiene una visión normal si la imagen de un objeto que se está
mirando se forma exactamente en la retina del ojo.
A
A

30. Visión defectuosaVisión defectuosa
Miopía
La miopía aparece cuando la
imagen de un objeto se forma
delante de la retina.
Este problema se corrige con
una lente divergente.
A
A
A
A

31. Visión defectuosaVisión defectuosa
Hipermetropía
La hipermetropía aparece
cuando la imagen de un
objeto se forma detrás de la
retina.
Este problema se corrige con
una lente convergente.
A
A
A
A

32. Visión defectuosaVisión defectuosa
Astigmatismo
Ocurre cuando la córnea tiene
más curvatura en una
dirección que en otra. Los
rayos de luz no coinciden en
un mismo punto.
Este problema se corrige con
una lente cilindrica.
un mismo punto.
A A

33. Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticos
Telescopio de Newton o de reflexión

34. Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticos
Telescopio de Galileo o de refracción

35. Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticos
Microscopio
Microscopio de barrido.
Permite ver partículas
invisibles para el ojo humano.

36. Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticos
Otros
Proyector de
diapositivas
Retroproyector
Cámara
fotográfica
periscopio
prismáticos catalejo

39. PrismaPrisma
Un prisma es un cuerpo geométrico que tiene dos caras poligonales iguales y
paralelas, llamadas bases, mientras que las demás caras son rectangulares.
Hay prismas de diversas formas, pero el que más nos interesa por ahora es el de
bases triangulares.
Además, por razones evidentes, nos interesan los prismas de materiales
transparentes.transparentes.

40. Arco IrisArco Iris
El arco iris es un fenómeno óptico y meteorológico.
Fue explicado por primera vez en 1611 por Antonius de Demini. La actual teoría que lo
explica se debe a Thomas Young, Potter y Airy.
Para que una persona vea un arco iris, debe estar con su espalda al sol.
Para que se forme el arco iris es necesario que la luz que sale de las gotas de aguaPara que se forme el arco iris es necesario que la luz que sale de las gotas de agua
lo hagan con un ángulo de 42º respecto a la luz incidente.
Ver en internet

41. LenteLente
Una lente es un trozo de material transparente. Puede ser de vidrio, plástico,
acrílico. Incluso una gota de agua a veces se comporta como lente.
plano
plano
convergente
bicóncavo o
divergente
menisco
cóncavoplano
biconvergente
o convergente
menisco
convergente
divergente
plano
cóncavo

42. Lente convergenteLente convergente
La lente convergente usualmente se conoce
como lupa.
Y, en general, sirve para ver objetos más
pequeños.