Superficies de ondas y rayos

Superficies de ondas y rayos.

Las ondas también pueden clasificarse según el espacio de propagación en unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. Ondas unidimensionales son, por ejemplo, las que se propagan por cuerdas y muelles cuando podemos considerarlos como líneas. Da lo mismo que la onda sea longitudinal o transversal: en esta clasificación no se tiene en cuenta la dirección del movimiento originado por la perturbación, sino únicamente el espacio de propagación de la onda, que es el espacio ocupado por el medio de propagación cuando está en equilibrio. Por la misma razón las olas que se propagan por la superficie del agua son bidimensionales: podemos considerar que la superficie del agua en equilibrio forma un plano horizontal, el plano de propagación, aunque el movimiento del agua al paso de la onda no tenga lugar en ese plano. El sonido es un ejemplo de onda tridimensional.

Para representar una onda multidimensional podemos "señalar" puntos que se encuentren en un estado per turbativo semejante. En el caso de las ondas bidimensionales estos puntos forman líneas, y en el de las tridimensionales superficies denominadas frentes de onda. Las ondas emitidas por un emisor puntual (que llamaremos foco puntual a partir de ahora) forman frentes de onda esféricos. Podemos generarlos en la superficie del agua haciendo vibrar en ella una punta afilada, aunque, en este caso, debido a que la onda es bidimensional, los frentes de onda son circunferencias y es más correcto denominarlos frentes de onda circulares. El pulso sonoro a la explosión de un petardo también queda perfectamente representado por un frente de ondas esférico. También son importantes los frentes de onda planos. Pueden crearse frentes de onda rectilíneos en la superficie del agua haciendo vibrar sobre ella el filo de una lámina plana. Los frentes de onda se extienden y se propagan por el espacio en dirección perpendicular a ellos mismos. La propagación de los frentes puede representarse mediante líneas orientadas denominadas rayos. Los rayos son perpendiculares a los frentes.

Ley de la reflexión.

La hipótesis de los rayos rectos luminosos no es la única hipótesis de la óptica geométrica. Para explicar el fenómeno de la reflexión de la luz (Figura 4) es necesario suponer que la dirección delos rayos luminosos cambia en algunas circunstancias. Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera atrás, y no frente a éste. La óptica geométrica explica este familiar fenómeno suponiendo que los rayos luminosos cambian de dirección al llegar al espejo. La forma precisa en que ocurre este cambio se conoce como ley de la reflexión de la luz. Es una ley muy sencilla: los rayos incidente y reflejado hacen ángulos iguales con el espejo; o con la perpendicular al espejo, que es como suelen medirse estos ángulos (Figura 10). Esta ley, por cierto, también se puede deducir aplicando la ley de variación del tamaño aparente con la distancia para explicar los tamaños aparentes de un objeto y de su imagen en un espejo plano. O, dicho de otra forma, si vemos nuestra imagen en un espejo plano del tamaño que la vemos es porque los rayos incidente y reflejado forman ángulos iguales con el espejo.

Determinación de la refracción de la luz

Ley de Snell.

La ley de Snell es una fórmula simple 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 holandés Willebrord Snel van Royen (1580-1626). La denominaron "Snell" debido a su apellido pero le pusieron dos "l" por su nombre Willebrord el cual lleva dos "l".

La misma afirma que el producto del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios. 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.

Consideremos dos medios caracterizados por índices de refracción y separados por una superficie S. Los rayos de

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