Luz y óptica básica CN-G6-DBA5

¿Alguna vez has visto un arcoíris y te preguntaste de dónde vienen sus colores? La respuesta está en la óptica, la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz.

La luz visible viaja en línea recta a 300.000 km/s en el vacío. Cuando encuentra una superficie, ocurre uno de dos fenómenos. En la reflexión, la luz rebota: el rayo incidente y el rayo reflejado forman ángulos iguales respecto a la "normal". Los espejos planos, cóncavos y convexos aprovechan este principio; un espejo retrovisor o un telescopio reflector son ejemplos cotidianos.

En la refracción, la luz cambia de velocidad al pasar de un medio a otro y, en consecuencia, cambia de dirección. Las lentes aprovechan la refracción: la lente convergente concentra los rayos en un foco (lupas, cámaras, el ojo humano) y la lente divergente los dispersa (corrección de miopía).

Cuando la luz blanca atraviesa un prisma de vidrio, cada color se refracta en un ángulo distinto porque cada longitud de onda viaja a velocidad levemente diferente en ese medio. El resultado es la separación en los colores del espectro visible: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. La misma dispersión explica los colores del arcoíris natural que se forma cuando la luz solar atraviesa gotas de lluvia.

Práctica

Según el diagrama del prisma arriba, ¿por qué el rojo se desvía menos que el violeta al atravesar el vidrio?

El rojo tiene mayor longitud de onda y viaja más rápido en el vidrio, por lo que se refracta menos. El violeta tiene menor longitud de onda, viaja más lento y se refracta más. Esta diferencia de ángulos separa los colores, lo que se llama dispersión óptica.

Clasifica estos instrumentos ópticos según el fenómeno que usan (reflexión o refracción): espejo retrovisor, lupa, gafas de miopía, telescopio reflector.

Reflexión: espejo retrovisor y telescopio reflector (usan espejo cóncavo). Refracción: lupa (lente convergente concentra rayos en el foco) y gafas de miopía (lente divergente dispersa rayos para corregir el ojo).

Explica el mecanismo por el cual se forma un arcoíris. ¿Qué papel juegan la refracción y la reflexión interna en las gotas de agua?

La luz solar entra en la gota y se refracta separando colores. Dentro de la gota se refleja en la pared interna trasera. Al salir, vuelve a refractarse, amplificando la separación. Cada color emerge en un ángulo distinto, formando el espectro visible del arcoíris en el cielo.