4b. Ángulo límite. Reflexión total.
Ya hemos visto en la pregunta anterior que los rayos de luz al cambiar de medio cambian de dirección. Si la velocidad de la luz es mayor en el segundo medio el ángulo segundo es mayor. El ángulo de refracción será en estas condiciones será mayor que el de incidencia.
La reflexión total es un fenómeno que se aprovecha para la conducción del rayo luminoso en los filamentos de vidrio o de plástico transparente que constituyen la fibra óptica (el filamento interior o núcleo de la fibra está recubierto por una sustancia de índice de refracción menor que la del revestimiento, lo que hace posible la reflexión total). El rayo de luz, que entra por un extremo, sufre la reflexión total en la pared interior del filamento, una y otra vez, desde que entra por un extremo hasta que sale por el otro.
Si el rayo cambia desde el agua (n=1,33) hasta el aire (n=1) el cambio de dirección será importante:
seni . 1´33 = senr´. 1 seni=1/1,33 . sen r´ sen i = 0,75 sen r´
En estas condiciones el ángulo de salida puede ser mayor que el de entrada, puede llegar a valer r´=90º
En estas condiciones podemos decir que:
Ángulo límite: El ángulo de incidencia que nos da un valor del ángulo de refracción de 90' se llama ángulo límite.
Puedes entenderlo mejor con la animación:
En el caso agua-aire tiene un valor de 48,6º. Lógicamente, en cada caso tendremos un ángulo límite diferente.
Pero lo más importante del ángulo límite es que por encima de él no se produce refracción, y por tanto solo hay reflexión. la onda queda atrapada en el primer medio. Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite, entonces el seno del ángulo de refracción debería ser mayor que la unidad, lo que es imposible, e indica que en este caso no habrá rayo refractado y el haz luminoso se refleja en un 100 %.
Otra aplicación del ángulo límite es la medida precisa de la velocidad de la luz en un medio.:
sea el ángulo límite a podemos escribir la ley de la refracción:
v / c = sen a /sen90 = sen a por tanto v= c. sen a.
Una aplicación muy importante de la fibra óptica la tenemos en Medicina, donde se usa para fabricar instrumentos como el endoscopio, que sirve para obtener imágenes del interior del cuerpo humano, y también se emplea como sistema de transmisión en comunicaciones ópticas.
