Para realizar este experimento necesitaremos: Un recipiente, un vaso de agua y canicas de agua. Vertemos las canicas en agua y esperamos unas horas hasta que crezcan. Quitamos el agua y añadimos un objeto pequeño. Añadimos agua de nuevo y... ¡Las canicas desaparecen!
¿Pero, por qué? Cuando la luz pasa a través de diferentes medios, cambia su ángulo y varía su dirección. A esto se le conoce como índice de refracción. El agua y las canicas poseen el mismo índice de refracción, por eso al añadir agua nuestros ojos no pueden distinguir las canicas.
La refracción de la luz
En óptica, el índice de refracción de un material es un número adimensional que describe qué tan rápido viaja la luz a través del material. Se define como:
{\ Displaystyle n = {\ frac {c} {v}},} n = {\ frac {c} {v}}
donde c es la velocidad de la luz en el vacío yv es la velocidad de fase de la luz en el medio. Por ejemplo, el índice de refracción del agua es 1.333, lo que significa que la luz viaja 1.333 veces más lento en el agua que en el vacío. Aumentar el índice de refracción corresponde a disminuir la velocidad de la luz en el material.
El índice de refracción determina cuánto se dobla o refracta la trayectoria de la luz al entrar en un material. Esto se describe mediante la ley de refracción de Snell, n1 senθ1 = n2 senθ2, donde θ1 y θ2 son los ángulos de incidencia y refracción, respectivamente, de un rayo que cruza la interfaz entre dos medios con índices de refracción n1 y n2. Los índices de refracción también determinan la cantidad de luz que se refleja al llegar a la interfaz, así como el ángulo crítico para la reflexión interna total, su intensidad (ecuaciones de Fresnel) y el ángulo de Brewster.
La velocidad de la luz y la longitud de onda
Se puede ver como el factor por el cual la velocidad y la longitud de onda de la radiación se reducen con respecto a sus valores de vacío: la velocidad de la luz en un medio es v = c / n, y de manera similar la longitud de onda en ese medio es λ = λ0 / n, donde λ0 es la longitud de onda de esa luz en el vacío. Esto implica que el vacío tiene un índice de refracción de 1 y que la frecuencia (f = v / λ) de la onda no se ve afectada por el índice de refracción. Como resultado, el color percibido de la luz refractada para un ojo humano que depende de la frecuencia no se ve afectado por la refracción o el índice de refracción del medio.
La propagación de la luz
El índice de refracción varía con la longitud de onda, esto hace que la luz blanca se divida en colores constituyentes cuando se refracta. A esto se le llama dispersión. Puede observarse en prismas y arco iris, y como aberración cromática en lentes. La propagación de la luz en materiales absorbentes se puede describir mediante un índice de refracción de valor complejo. La parte imaginaria luego se encarga de la atenuación, mientras que la parte real representa la refracción. Para la mayoría de los materiales, el índice de refracción cambia con la longitud de onda en varios porcentajes en todo el espectro visible. Sin embargo, los índices de refracción de los materiales se informan comúnmente usando un solo valor para n, típicamente medido a 633 nm.
El concepto de índice de refracción se aplica en todo el espectro electromagnético, desde los rayos X hasta las ondas de radio. También se puede aplicar a fenómenos ondulatorios como el sonido. En este caso, se utiliza la velocidad del sonido en lugar de la de la luz, y se debe elegir un medio de referencia distinto al vacío.
