Optics Comprendiendo Ángulo Crítico para Reflexión Interna Total
Óptica-Angulo-Crítico-Para-La-Reflexión-Interna-Total
Entendiendo-La-Reflexión-Interna-Total
Imagina-que-estás-en-el-borde-de-una-piscina-en-un-día-soleado.-Pones-tu-cara-cerca-del-agua-y-miras-en-un-ángulo.-Notas-que-en-un-cierto-ángulo-apenas-puedes-ver-nada-fuera-del-agua-casi-parece-un-espejo.-Este-fenómeno-donde-la-luz-rebotacompletamente-en-el-medio-en-lugar-de-refractarse-se-conoce-como-Reflexión-Interna-Total-(TIR).
En-el-centro-de-TIR-yace-un-concepto-fascinante-conocido-como-el-ángulo-crítico.-El-ángulo-crítico-es-el-ángulo-mínimo-de-incidencia-a-partir-del-cual-ocurre-la-reflexión-interna-total.-Ahora-vamos-a-explorar-la-ciencia-detrás-de-esto.
Ángulo-Crítico-Explicado-En-Términos-Simples
El-ángulo-crítico-se-puede-entender-usando-los-principios-de-la-refracción-de-la-luz-regidos-por-la-Ley-de-Snell.-Cuando-la-luz-pasa-de-un-medio-más-denso-(como-el-agua)-a-un-medio-menos-denso-(como-el-aire)-se-desvía-del-a-normal.-A-medida-que-el-ángulo-de-incidencia-aumenta-el-rayo-refractado-se-desvía-más-del-a-normal.-Cuando-este-ángulo-alcanza-un-cierto-punto-el-rayo-refractado-rozará-la-frontera-de-los-dos-medios.-Este-ángulo-específico-se-llama-ángulo-crítico.-Cualquier-ángulo-mayor-que-el-ángulo-crítico-conduce-a-la-reflexión-interna-total.
La-Fórmula-Para-El-Ángulo-Crítico
La-Ley-de-Snell-define-la-relación-entre-los-ámbitos-de-incidencia-y-refracción-y-los-índices-de-refracción-de-los-dos-medios:
n1*-sin(θ1)-=-n2*-sin(θ2)
Donde:
- n1:-Índice-de-refracción-del-medio-más-denso
- θ1:-Ángulo-de-incidencia
- n2:-Índice-de-refracción-del-medio-menos-denso
- θ2:-Ángulo-de-refracción
En-el-ángulo-crítico-(θc)-el-ángulo-de-refracción-θ2-se-convierte-en-90-grados-puesto-que-el-rayo-refractado-se-desliza-a-lo-largo-de-la-frontera.-Sustituir-esto-en-la-Ley-de-Snell-nos-da:
n1*-sin(θc)-=-n2*-sin(90°)
Ya-que-sin(90°)-=-1-la-fórmula-se-simplifica-a:
sin(θc)-=-n2-/-n1
O-en-una-forma-fácil-de-usar:
θc-=-arcsin(n2-/-n1)
Uso-De-Parámetros:
n1:-Índice-de-refracción-del-medio-más-denso-(sin-dimensiones)n2:-Índice-de-refracción-del-medio-menos-denso-(sin-dimensiones)
Ejemplos-De-Cálculo-Del-Ángulo-Crítico
Ejemplo-1:-Interfaz-Agua-Aire
Tomemos-el-caso-de-la-luz-viajando-desde-el-agua-(n1-=-1,33)-al-aire-(n2-=-1,00).-Usando-la-fórmula:
θc-=-arcsin(1,00-/-1,33)
Calcular-esto-nos-da:
θc-≈-48,75°
Esto-significa-que-para-cualquier-ángulo-de-incidencia-mayor-a-48,75°-la-luz-sufrirá-una-reflexión-interna-total-en-la-frontera-agua-aire.
Ejemplo-2:-Interfaz-Vidrio-Aire
Considere-la-luz-viajando-desde-el-vidrio-(n1-=-1,5)-al-aire-(n2-=-1,00):
θc-=-arcsin(1,00-/-1,5)
Calcular-esto-nos-da:
θc-≈-41,81°
La-luz-viajando-del-vidrio-al-aire-con-ángulos-de-incidencia-mayor-a-41,81°-será-totalmente-internamente-reflejada.
Sección-De-FAQ
¿Cuál-Es-La-Significancia-Del-Ángulo-Crítico?
El-ángulo-crítico-es-significativo-en-óptica-porque-determina-la-condición-para-la-reflexión-interna-total-crucial-para-varias-aplicaciones-como-fibra-óptica-prismáticos-y-algunos-instrumentos-ópticos.
¿Puede-Ocurrir-La-Reflexión-Interna-Total-Cuando-La-Luz-Viaja-De-Un-Medio-Menos-Denso-A-Un-Medio-Más-Denso?
No-la-reflexión-interna-total-solo-puede-ocurrir-cuando-la-luz-viaja-de-un-medio-más-denso-a-un-medio-menos-denso.
¿Qué-Pasa-Si-El-Ángulo-De-Incidencia-Es-Exactamente-Igual-Al-Ángulo-Crítico?
Si-el-ángulo-de-incidencia-es-exactamente-igual-al-ángulo-crítico-el-rayo-de-luz-refractado-viajará-a-lo-largo-de-la-frontera-de-los-dos-medios.
Conclusión
Entender-el-ángulo-crítico-es-pivotal-en-el-estudio-de-óptica.-Usando-la-fórmula-θc-=-arcsin(n2-/-n1)-y-sabiendo-los-índices-de-refracción-de-los-dos-medios-en-cuestion-uno-puede-determinar-el-ángulo-más-allá-del-cual-ocurrirá la reflexión interna total. Este fenómeno no sólo es fascinante sino también enormemente práctico sirviendo de base para la tecnología en fibra óptica y varios dispositivos ópticos.