APLICACIONES DE LA REFLEXIÓN TOTAL

Una de las aplicaciones tecnológicas actuales más importantes de la reflexión total es la transmisión de información a través de haces de luz por fibra óptica. Si se inyecta el haz de luz con un ángulo de incidencia igual o superior al ángulo crítico de reflexión total, no habrá rayo refractado cada vez que la luz choque con el borde de la fibra, con lo que toda la energía se mantendrá contenida en la misma. Es el mismo principio que se utiliza para curvar un haz de luz contenida en un chorro de agua.

CURVAR LA LUZ UTILIZANDO LA REFLEXIÓN TOTAL

Uno de las cosas más llamativas que se puede conseguir aplicando con ingenio el fenómeno de reflexión total es contener un haz de luz dentro de un chorro de agua.

REFLEXIÓN TOTAL

El fenómeno de reflexión total se puede producir cuando un haz de luz pasa de un medio con un índice de refracción dado a otro medio con un índice menor. En tal caso, hay un cierto ángulo crítico a partir del cual toda la luz es reflejada (desaparece el rayo refractado).

No hay más que utilizar la Ley de Snell de la refracción e imponer que el ángulo de salida es de 90º con respecto a la normal, para hallar el ángulo de reflexión total dados los índices de refracción de los dos medios. Ello se puede corroborar experimentalmente como se aprecia en el vídeo.

El fenómeno de la reflexión total tiene importantes aplicaciones, entre ellas la canalización de información a través de la luz por fibra óptica.

ÍNDICE DE REFRACIÓN

El índice de refracción es una propiedad de un medio de la que depende la velocidad de propagación de la luz en el mismo. En particular, la velocidad de la luz en un medio es igual a la velocidad de la luz en el vacío c dividido por el índice de refracción n. 

El índice de refracción es 1 en el vacío y mayor que 1 en cualquier otro medio material.

Además, el índice de refracción de cada medio da cuenta del cambio entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción de un haz de luz que cambia de medio según la conocida Ley de Snell. Y precisamente utilizando esta relación para una serie de ángulos medidos experimentalmente es como podemos obtener de forma empírica el índice de refracción de un medio, dado otro conocido (normalmente aire aproximado como vacío).

WILLEBRORD SNELL VAN ROYEN

Willebrord Snell van Royen fue otro ilustre científico holandés de la Holanda del siglo XVII en la que surgió con fuerza la relojería y la Óptica. Contemporáneo de Descartes y Huygens, destacó por su formulación de las leyes de la reflexión y la refracción.

LEY DE SNELL

La ley de Snell formula los fenómenos de la reflexión y la refracción de una onda en tres puntos:

• El rayo incidente, la normal, el reflejado y el refractado están en un mismo plano.
• El ángulo de incidencia θi y el ángulo de reflexión θr son iguales. La relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción depende de los índices de refracción n en cada medio y se resume en la famosa Ley de Snell.
  
  La Ley de Snell puede ser explicada utilizando el principio de Huygens aplicado a los frentes de onda o utilizando el principio de Fermat que formula que la luz elige el camino óptico que minimiza el tiempo empleado para recorrer la distancia entre dos puntos.
  
  

REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE ONDAS

Dos de los fenómenos más característicos de las ondas son la reflexión y la refracción. La forma más habitual de observar estos fenómenos es utilizando rayos de luz. Ambos fenómenos pueden ser explicados por las que se conocen como leyes de Snell de la reflexión y la refracción. El vídeo muestra de forma sencilla ambos fenómenos utilizando un puntero láser y un recipiente con aire y agua.