Reflexión de la luz

Reflexión de la luz

La reflexión es el cambio de dirección de una onda al entrar en contacto con la superficie (interfaz) que separa dos medios diferentes.

La luz es una fuente de energía y gracias a ella las imágenes pueden ser reflejadas en un espejo, en la superficie del agua o un suelo muy brillante. Esto se debe a un fenómeno llamado reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente, muy distinta a la refracción.

El ángulo que forman el rayo incidente y el reflejado con la normal a la superficie de separación  es el mismo. En la reflexión no cambia la velocidad de la luz v, ni su frecuencia f, ni su longitud de onda λ.

Atendiendo a las irregularidades que pueden existir en la superficie de reflexión, podemos distinguir dos tipos de reflexiones de la luz:

• Reflexión especular: Se produce cuando las irregularidades del medio son pequeñas en comparación con la longitud de onda de la luz incidente y se proyectan varios rayos sobre este.
• Reflexión difusa: Se produce cuando las irregularidades del medio son de un orden de magnitud comparable al tamaño de la longitud de onda de la luz incidente y se proyectan varios rayos sobre este

La reflexión es el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie, para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

• 1^a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.
• 2^a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Reflexión total interna

Para que tenga lugar el fenómeno de reflexión total interna es necesario que la fuente de luz esté en un medio de índice de refracción mayor que el medio en el que la luz se refracta y que el ángulo incidente, respecto de la normal al medio de separación, sea mayor que el ángulo límite. En estas condiciones no aparece el fenómeno de la refracción y tan solo tiene lugar el fenómeno de la reflexión en el medio incidente. Aplicando la ley de Snell para la refracción se obtiene la condición para el ángulo límite de incidencia, que tiene lugar cuando el de refracción es de 90º.

La fracción de luz reflejada en una superficie límite de separación entre dos medios (por ejemplo agua y aire), depende del ángulo de incidencia y de los índices de refracción de los dos medios, el incidente y el refractado, n1 y n2 respectivamente. En el fenómeno de la refracción de la luz, el rayo cambia de medio y sufre, además, un cambio de dirección. El cambio de dirección viene dado por la ley de Snell de la refracción, que es:

Donde:

Ley de Snell

La ley de Snell es una fórmula utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. El nombre proviene de su descubridor, el matemático neerlandés en el siglo XVI. Esta ley afirma que la multiplicación del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia respecto a la normal es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie diferente de dos medios. Es decir, el componente del índice de refracción paralelo a la superficie es constante. Aunque la ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda varíe.

La ley de Snell, nos permite calcular el valor del ángulo límite el cual depende de los índices de refracción de los dos medios. Si el medio refractado es el aire, cualquier medio físico incidente permite observar el fenómeno de reflexión total interna ya que sus índices de refracción son siempre mayores que el del aire.

Ángulo límite

La reflexión total interna es un fenómeno que sucede únicamente cuando la luz pasa de un medio de mayor índice de refracción a un medio de menor índice de refracción. Cuando se hacen incidir rayos sobre una superficie límite de separación entre dos medios, todos los rayos que no se aproximen a la superficie de manera perpendicular a esta, la dirección normal a la superficie, se desvían alejándose de dicha la normal. En estas condiciones se observa que al aumentar el ángulo de incidencia , el ángulo de refracción  aumenta respecto a la normal también hasta llegar a un ángulo llamado ángulo límite 

El «ángulo crítico» o «ángulo límite» también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total.​ El ángulo de incidencia se mide respecto a la normal de la separación de los medios. El ángulo límite o crítico viene dado por:

donde n₁ son los índices de refracción de los medios con n₂. Esta ecuación es una simple aplicación de la ley de Snell donde el ángulo de refracción es 90°.