Reflexión y refracción de la luz: leyes y ejemplos

La reflexión es el rebote de la luz en una superficie, y en ella el ángulo con que llega es igual al ángulo con que sale. La refracción es el cambio de dirección que sufre la luz al pasar de un medio a otro, porque cambia su velocidad.

¿Qué es la reflexión?

Cuando un rayo de luz choca contra una superficie lisa, como un espejo, rebota. Los ángulos se miden desde la normal, la línea imaginaria perpendicular a la superficie en el punto de choque. No se miden desde la superficie misma, y ahí es donde muchos se equivocan.

Hay dos leyes:

• El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano.
• El ángulo de incidencia (θi) es igual al ángulo de reflexión (θr).

Si un rayo llega con 25° respecto a la normal, sale con 25° respecto a la normal, del otro lado. Respecto a la superficie, el ángulo sería de 65°, pero la ley se aplica con la normal.

¿Qué es la refracción?

La luz viaja a distinta velocidad según el material. En el vacío viaja a unos 3 × 10⁸ m/s. Esa diferencia de velocidad hace que el rayo se doble al cruzar la frontera entre dos medios, por ejemplo aire y agua.

Para medirlo se usa el índice de refracción:

n = c / v

Aquí c es la velocidad de la luz en el vacío y v es su velocidad en el medio. El aire tiene n cercano a 1, y el agua, alrededor de 1.33. Mientras mayor sea n, más lenta va la luz en ese material.

Al entrar a un medio más denso (mayor n), el rayo se acerca a la normal. Al salir a uno menos denso, se aleja.

¿Cómo se calcula el cambio de dirección?

Con la ley de Snell:

n₁ · sen θ₁ = n₂ · sen θ₂

θ₁ es el ángulo de incidencia en el primer medio y θ₂ el ángulo de refracción en el segundo, ambos respecto a la normal.

Ejemplo resuelto

Un rayo pasa del aire (n₁ = 1) al agua (n₂ = 1.33) con un ángulo de incidencia de 30°. ¿Cuál es el ángulo de refracción?

1. Sustituyes: 1 · sen 30° = 1.33 · sen θ₂
2. sen 30° = 0.5, así que 0.5 = 1.33 · sen θ₂
3. sen θ₂ = 0.5 / 1.33 ≈ 0.376
4. θ₂ = arcsen(0.376) ≈ 22°

El rayo se acerca a la normal, como esperabas al entrar a un medio más denso.

Práctica

Un rayo de luz llega a un espejo plano con 40° respecto a la normal. ¿Qué ángulo forma el rayo reflejado con la normal?

Respuesta: 40°. Por la ley de la reflexión, el ángulo de salida es igual al de entrada, y ambos se miden desde la normal.

Dónde practicar esto para el examen

La óptica forma parte del temario de Física, que es uno de los módulos específicos de EXANI II. Revisa el temario oficial de Física para confirmar qué subtemas incluye, y ten en cuenta que solo presentarás los módulos que te correspondan según tu convocatoria. Puedes ver cómo se organizan los módulos en la página de módulos EXANI II.

Para practicar la parte que ya sabes resolver, prueba el simulador EXANI II por área.