Reflexión y refracción de la luz: espejos y lentes

Ideas clave

• En la óptica geométrica la luz se estudia con rayos: líneas rectas que muestran hacia dónde viaja. En un medio uniforme la luz viaja en línea recta, y por eso un objeto opaco forma una sombra. En el vacío su rapidez es de unos $300\,000$ km/s, la mayor que existe.
• En la reflexión, el rayo que llega se llama incidente y el que rebota, reflejado. La normal es la recta perpendicular a la superficie en el punto de choque. Los ángulos se miden desde la normal. La ley de la reflexión dice que el ángulo de incidencia es igual al de reflexión, y que el rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano.
• Un espejo plano forma una imagen virtual: se ve detrás del espejo, pero la luz no pasa por ahí, así que no se puede proyectar en una pantalla. La imagen es del mismo tamaño que el objeto y queda tan lejos detrás del espejo como el objeto está delante. Parece invertida de lado: si levantas la mano derecha, tu imagen levanta la que queda frente a ella, como si fuera la izquierda. Una imagen real, en cambio, se forma donde la luz llega de verdad y sí se puede proyectar.
• Los espejos curvos pueden ser cóncavos o convexos. El cóncavo (como el interior de una cuchara) hace converger los rayos paralelos en un punto, el foco. Si el objeto está más lejos que el foco, forma una imagen real e invertida; si está más cerca, una virtual, derecha y ampliada. El convexo hace divergir los rayos (los separa, como si vinieran de un punto detrás del espejo) y siempre forma una imagen virtual, derecha y más pequeña; por eso se usa en retrovisores y en las esquinas de pasillos.
• La refracción es el cambio de dirección de la luz al pasar de un medio a otro, por ejemplo del aire al agua. Ocurre porque la luz cambia de rapidez. Si pasa a un medio donde va más lenta (agua, vidrio), se acerca a la normal; si pasa a uno donde va más rápida, se aleja. Por eso un lápiz en un vaso con agua se ve quebrado.
• Las lentes son piezas de vidrio o plástico que refractan la luz. La lente convergente es más gruesa al centro y junta los rayos paralelos en su foco. La lente divergente es más delgada al centro y los separa. Una lupa es una lente convergente: si el objeto está más cerca de la lente que su foco, forma una imagen virtual, derecha y ampliada.
• La reflexión total interna ocurre cuando la luz va de un medio donde es más lenta a otro donde es más rápida (por ejemplo, del vidrio al aire) y llega con un ángulo muy inclinado: no sale, y se refleja toda hacia el interior. La fibra óptica y los prismáticos la usan.
• Muchos instrumentos usan estos fenómenos: la lupa y el telescopio (con lentes o espejos curvos que juntan luz), los prismáticos (lentes y prismas con reflexión total) y la fibra óptica, que lleva luz por una curva reflejándola una y otra vez.

Reglas y fórmulas

Ejemplos resueltos