¿Cómo funcionan la Ley de Snell y la Reflexión Total Interna?
Cuando un haz de luz pasa de un medio transparente a otro con distinto índice de refracción ($n = c/v$), su velocidad de fase cambia y el rayo se desvía en la interfaz. La relación cuantitativa fue formulada por Willebrord Snellius y René Descartes en el siglo XVII: $n_1 \operatorname{sen}(\theta_1) = n_2 \operatorname{sen}(\theta_2)$, donde $\theta_1$ y $\theta_2$ se miden siempre respecto a la recta normal (perpendicular a la superficie).
Si la luz pasa de un medio rápido como el aire ($n_1 = 1.00$) a uno más denso ópticamente como el agua ($n_2 = 1.33$) o el diamante ($n_2 = 2.42$), el rayo refractado se acerca a la normal ($\theta_2 < \theta_1$). En cambio, cuando la luz intenta salir de un medio más refringente hacia uno menos refringente ($n_1 > n_2$), el rayo refractado se aleja de la normal ($\theta_2 > \theta_1$).
Al aumentar progresivamente $\theta_1$ cuando $n_1 > n_2$, llega un momento en que $\theta_2 = 90^\circ$ (el rayo refractado viaja rasante por la frontera). Ese valor límite se denomina ángulo crítico: $\theta_c = \operatorname{arcsen}(n_2 / n_1)$. Para cualquier ángulo de incidencia mayor ($\theta_1 > \theta_c$), ningún fotón logra cruzar al segundo medio y ocurre la Reflexión Total Interna, principio físico que permite guiar pulsos láser dentro de los cables de fibra óptica submarinos y endoscopios médicos sin pérdidas.
Experimento guiado paso a paso
1. El brillo del diamante: Selecciona el preset Aire → Diamante ($n_2 = 2.42$). Con $\theta_1 = 45^\circ$, verás que el rayo entra apenas a $\theta_2 = 17.0^\circ$ y la luz se frena hasta $123,967\text{ km/s}$.
2. Fibra óptica en acción: Selecciona el preset Vidrio ($n_1 = 1.52$) → Aire ($n_2 = 1.00$). Observa que el ángulo crítico es $\theta_c = 41.1^\circ$. Mueve el deslizador $\theta_1$ entre $35^\circ$ y $50^\circ$ para ver el instante exacto en que desaparece el rayo refractado y el $100\%$ de la intensidad pasa al rayo reflejado.
Preguntas Frecuentes (FAQ)
¿Qué establece la Ley de Snell de la refracción?
Establece que el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice del segundo medio por el seno del ángulo de refracción: $n_1 \operatorname{sen}(\theta_1) = n_2 \operatorname{sen}(\theta_2)$.
¿Cuándo ocurre la Reflexión Total Interna (principio de la fibra óptica)?
Ocurre únicamente cuando la luz viaja desde un medio ópticamente más denso hacia uno menos denso ($n_1 > n_2$) y el ángulo de incidencia supera el ángulo crítico $\theta_c = \operatorname{arcsen}(n_2 / n_1)$. En ese momento el $100\%$ de la luz se refleja sin atravesar la frontera.
¿Cómo cambia la velocidad de la luz dentro del agua o el diamante?
La velocidad de fase de la luz en un medio con índice $n$ es $v = c / n$, donde $c \approx 300,000\text{ km/s}$. En el agua ($n = 1.333$) baja a $\sim 225,000\text{ km/s}$, y en el diamante ($n = 2.417$) se reduce a $\sim 124,000\text{ km/s}$.
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