Cuando los rayos de luz entran en un medio más denso se curvan hacia la normal.
¿Por qué los rayos eligen el camino hacia ¿lo normal? ¿Por qué no pueden elegir el camino fuera ¿formar lo normal?
Respuestas
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ash108
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Como se ha mencionado aquí también recuerda que la luz tiene onda comportamiento.
Cuando una ola de agua se desplaza sobre aguas poco profundas, se ralentiza. Esto corresponde a que la luz llega a un material de mayor "resistencia" contra su movimiento ondulatorio (simplemente lo medimos midiendo la velocidad de la luz en ese material - el índice de refracción es la proporción $n=c/v$ .)
Este enlace muestra un gif muy ilustrativo: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Propagation_du_tsunami_en_profondeur_variable.gif
Ahora considere que el mismo retardo de la ola ocurre en 2D cuando una ola llega a la orilla en un ángulo (como cuando la luz está golpeando el material en un ángulo).
La parte interior de la ola, que golpea primero el agua poco profunda, empezará a frenar primero. Después, el resto de la ola le sigue gradualmente. Esto provoca el cambio gradual de la dirección de la ola: la ola se ralentiza y se redirige debido a esto.
Cuando la onda luminosa llega a un material de menor índice de refracción $n$ entonces las ondas de luz se moverán más lentamente en ese material y este fenómeno provocará la flexión hacia la normal. Es decir, hacia la ruta más directa a través del material. Cuando la luz entra en un material de mayor $n$ se acelera y, por lo tanto, puede tomar un ruta menos directa a través del material en el mismo tiempo.
Ver en Wikipedia el tema "Velocidad de fase" http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_velocity y también Ley Snellius .
Dejemos que $M_1$ ser un medio menos refractivo, y $M_2$ una más refractiva. Dejemos que $n_1$ respectivamente $n_2$ sean sus índices de refracción. Se sabe que en cualquier medio la onda luminosa tiene un velocidad de fase específico de ese medio, y esta velocidad y el índice de refracción son interdependientes.
Tenga en cuenta que no es el velocidad de la luz que cambia de un medio a otro medio. La velocidad de la luz es c. Es la velocidad de fase que cambia, y aquí abajo hay algunas explicaciones.
La propagación de la luz se describe, en el caso más sencillo, mediante $Asin(\vec k \vec r - 2\pi\nu t)$ . La cantidad $\phi = \vec k \vec r - 2\pi\nu t \ $ se llama fase, y una superficie en la que en un momento dado $t$ la fase es constante, se llama frente de onda. La velocidad de fase es la relación de la distancia entre dos frentes de onda vecinos de la misma fase $\phi$ y la hora $T$ necesaria para que la luz recorra una distancia igual a la distancia $d$ entre dos frentes de onda vecinos. Este tiempo viene dado por
$$ T = 1/\nu . \tag{i}$$
Obsérvese que la frecuencia de la luz $\nu$ no cambia de medio a medio, por lo tanto $T$ no cambia.
Para ilustrar la situación, imagine el siguiente escenario:
Consideremos una onda frontal de fase $\phi$ (línea roja) tocando en el momento $t_0$ el punto $A$ en la superficie de separación entre los dos medios, entonces en un momento $t_1$ el punto $B$ de la onda frontal toca un punto $B_1$ de la superficie de separación, y en un momento $t_2$ el punto $C$ de la onda frontal toca el punto $C_2$ de la superficie de separación. Dejemos que los puntos $A, B, C$ se elija de forma que $t_1 = t_0 + T$ y $t_2 = t_1 + T$ . Como la velocidad de la onda es menor en $M_2$ ,
$$\frac {v_2}{v_1} = \frac {n_1}{n_2} \tag{ii}$$
la distancia que la onda puede recorrer durante el tiempo $T$ es menor,
$$ d_1 = v_1 T, \ \ \ d_2 = v_2 T ==> d_2 < d_1 \tag{iii}$$
(de ahí que la distancia entre dos frentes de onda consecutivos sea menor).
En consecuencia, el ángulo $\theta$ del frente de onda con la superficie de separación es menor en $M_2$ que en $M_1$ . Por último, obsérvese que el ángulo entre la onda frontal en $M_2$ y la superficie de separación es exactamente igual al ángulo de refracción (es decir, entre la normal a la superficie de separación y la normal a t
