La refracción y la desviación de la luz

Es posible que hayas oído hablar acerca de la rapidez de la luz de Einstein y que siempre es la misma. La parte que la mayoría de la gente deja fuera es que esto solo es cierto en un vacío, cuando no hay moléculas molestas de aire o agua para alentarla. Pero cuando la luz se mueve a través de un medio más familiar como el aire, se mueve más lentamente debido a las interacciones de los fotones individuales con las moléculas en el material. En general, cuanto más denso sea ópticamente el medio, más lento se moverá la luz. Entonces, ¿qué le pasa a la luz cuando pasa de un medio a otro?

Imagina que tú y tus amigos están en la playa. Todos ustedes deciden nadar juntos, así que unen los brazos y se acercan al agua como una línea recta. A medida que empiezan a caminar hacia dentro del agua, todos caminan más lento, porque es más difícil caminar a través del agua que a través del aire. Así que imagínate que se acercan al agua en un ángulo con relación a la línea de costa. La persona en un extremo llegará al agua y desacelerará primero, luego la siguiente persona en la línea, luego la siguiente, hasta que todos estén caminando a través del agua. Como un extremo de la línea se desaceleró antes que el otro extremo, la línea de la gente se ve torcida, con las personas que todavía están en la playa a un ángulo diferente en relación a la orilla del agua que las personas que ya entraron al océano.

Puedes decir que el agua dobla la trayectoria de cada individuo hacia una recta normal dibujada de manera perpendicular a la línea de costa, ya que la trayectoria de la gente que todavía está en la orilla se dobla más lejos de la línea de costs que la de los que están en el agua.

Sucede lo mismo con un rayo de luz cuando se mueve del aire al agua o de cualquier medio rápido a un medio lento: se dobla hacia la normal.

Otra forma de pensar en esto es imaginar que tú y tu amigo están corriendo hacia una balsa en medio de un lago. Tienes que viajar a través de una playa y luego a través del agua.

Tu amigo decide hacer una trayectoria recta hacia la balsa y corre por la playa. Tú sabes que puedes correr más rápido de lo que puedes nadar, así que te diriges hacia el agua en un ángulo para correr más tiempo del que vas a nadar.

En efecto, tu estrategia funciona y llegas primero a la balsa. Tu amigo tomó el camino más corto en términos de distancia, pero tú tomaste en cuenta la diferencia de rapidez en cada medio, y tomaste el camino más corto en términos de tiempo. Esto significa que tomaste el camino de menor tiempo.

La luz hace exactamente eso cuando se mueve entre medios. Toma el camino que le tomará la menor cantidad de tiempo, cuando das cuenta de la diferencia de rapidez entre los medios.

Por ejemplo, imagina que estás mirando hacia afuera de una ventana. Tienes aire, vidrio y luego aire de nuevo. El vidrio es más denso que el aire, de modo que la luz del exterior pasa de un medio rápido, a través de un medio lento y hacia un medio rápido de nuevo. La luz tomará el camino desde fuera hasta tu ojo que toma el menor tiempo.

También puedes ver que la regla anterior sigue aplicándose: cuando la luz entra en el vidrio, el rayo se dobla hacia la normal. Cuando sale del vidrio, se dobla alejándose de la normal y recupera el mismo ángulo que antes de entrar en el vidrio.

Supón que estás en el acuario y hay un tanque totalmente lleno con agua, así que hay un vidrio sobre la parte superior y en los lados. Si te haces un poco para atrás, puedes ver la misma mantarraya a través de la parte superior y la pared del tanque.

Como tú ves la luz que pasa a través del cristal en dos puntos diferentes, ves dos imágenes de la misma mantarraya.