¿Por qué la luz cambia de dirección cuando atraviesa el cristal?

Question

Esto me lo explicó hace muchos años un profesor de física con la siguiente analogía:

"Si alguien que está en la playa quiere llegar a otra persona que está en el agua, tratará de viajar todo lo que pueda por la playa y lo menos posible por el agua, porque así llegará más rápido".

Estoy parafraseando, por supuesto, pero esto es lo más exacto que recuerdo.
Esta explicación no tiene sentido para mí. ¿Me estaba diciendo que la luz sabe a dónde va? ¿Quiere llegar más rápido? ¿Elige una dirección diferente?
(No hace falta que respondas a estas preguntas, sólo trataba de entender la analogía).

Mis intentos de aclarar la cuestión fueron infructuosos y muchos años después sigo sin saberlo.

¿Por qué la luz cambia de dirección cuando viaja a través del vidrio?

Answer 1

La luz es una onda electromagnética. Las oscilaciones del campo eléctrico y del campo magnético son perpendiculares entre sí. Se generan mutuamente. La dirección de propagación de una onda EM viene dada por el Vector de Poynting, que es un vector en dirección perpendicular a las dos direcciones de vibración del campo eléctrico y del campo magnético. Ahora bien, cuando la luz pasa de un medio a otro, por ejemplo, del aire al vidrio, lo que ocurre es que el campo E polariza los átomos del vidrio. Ahora bien, como el campo E oscila, el efecto de polarización también oscila, es decir, cambia la dirección de los momentos dipolares inducidos, por lo que las cargas positivas y negativas del interior de los átomos del vidrio ahora también oscilan y generan su propio campo eléctrico y magnético, por lo que el campo eléctrico y magnético neto en cualquier instante será la resultante de los campos producidos por la fuente original, así como los campos producidos por las cargas del interior de los átomos del vidrio. Por lo tanto, la dirección de la luz cambia.

Answer 2

La luz cambia de dirección al pasar por un prisma porque la densidad del aire es diferente a la del vidrio. Por lo tanto, la velocidad cambia, cuando algo (por ejemplo, el vidrio o un prisma) es ópticamente denso, es más difícil que la luz lo atraviese, por lo que su velocidad disminuye. Cuando las ondas se encuentran con el prisma, disminuyen su velocidad, por lo que si se encuentran con él en un ángulo, parte de la primera parte de la onda disminuye primero, dejando que la parte restante disminuya después. Esto es lo que cambia la dirección y hace que la luz viaje de forma diferente.