Refracción de la luz en un prisma de vidrio
Un prisma triangular de vidrio tiene dos caras inclinadas (superficies refractantes). El ángulo entre ellas es el ángulo del prisma (A).
- En la primera cara la luz pasa del aire al vidrio (de menos denso a más denso) y se desvía hacia la normal.
- En la segunda cara pasa del vidrio al aire y se desvía alejándose de la normal.
- Las dos desviaciones giran el rayo hacia la base del prisma.
El ángulo entre el rayo que entra (prolongado) y el rayo que sale es el ángulo de desviación (D). A diferencia de una lámina de vidrio, el rayo que sale de un prisma no es paralelo al que entra, porque las dos caras no son paralelas.
Palabras para marcar en un dibujo
Rayo incidente, rayo refractado, rayo emergente, ángulo de incidencia (i), ángulo de refracción (r), ángulo de emergencia (e), ángulo de desviación (D).
Dispersión de la luz blanca
Cuando un haz estrecho de luz blanca atraviesa un prisma, en una pantalla aparece una banda de siete colores. Esa banda es el espectro y la separación se llama dispersión.
Orden desde la base hacia arriba: Violeta, Indigo, Azul, Verde, Amarillo, Naranja y Rojo (en inglés VIBGYOR).
¿Por qué se separan los colores?
En el vacío todos los colores viajan a la misma velocidad. En el vidrio, la luz violeta se frena más y la roja menos, así que el vidrio tiene un índice de refracción algo mayor para el violeta. Mayor índice de refracción → más desviación. Por eso el violeta se desvía más y el rojo menos.
Recomposición (experimento de Newton)
Isaac Newton puso un segundo prisma idéntico, al revés, después del primero. Los colores salieron otra vez como luz blanca. Esto demostró que el prisma no añade color; la luz blanca ya es una mezcla de todos los colores.
Cómo se forma un arcoíris
Un arcoíris es un espectro natural que aparece en el cielo después de la lluvia. Las gotitas de agua suspendidas en el aire actúan como pequeños prismas:
- Refracción y dispersión cuando la luz del Sol entra en la gota.
- Reflexión interna en el fondo de la gota.
- Otra refracción cuando la luz sale, que separa aún más los colores.
El rojo llega a nuestro ojo desde gotas más altas del cielo (unos 42°) y el violeta desde gotas más bajas (unos 40°), por eso el rojo queda en el borde exterior y el violeta en el interior. El arcoíris siempre se ve en la dirección opuesta al Sol: el Sol debe estar a tu espalda. También puedes hacer uno con un aspersor de agua en una mañana soleada.
Claves para el examen
Preguntas frecuentes: dibujar la trayectoria de un rayo por un prisma y marcar i, e y D (2–3 puntos); por qué el violeta se desvía más; qué significan dispersión y espectro; la recomposición de Newton; los tres pasos de la formación del arcoíris y por qué aparece opuesto al Sol.
Fórmulas y definiciones clave
- Dispersión: separación de la luz blanca en sus colores
- Orden del espectro (de menos a más desviado): R O Y G B I V
- Índice de refracción: n(violeta) > n(rojo) en el vidrio, por lo tanto D(violeta) > D(rojo)
- Prisma: el rayo se desvía hacia la base en las dos caras
- Arcoíris = refracción + dispersión + reflexión interna + refracción
Ejemplos resueltos
1. Un rayo de luz blanca pasa por un prisma. ¿Qué color aparece más cerca de la base en la pantalla y por qué?
El violeta. El vidrio tiene el índice de refracción más alto para el violeta, así que este se desvía más y queda más cerca de la base.
2. ¿Por qué una lámina de vidrio no separa la luz blanca en colores como lo hace un prisma?
En una lámina las dos caras son paralelas, así que la desviación en la segunda cara deshace exactamente la de la primera. Los colores salen paralelos y se superponen otra vez en luz blanca (solo hay un pequeño desplazamiento lateral). En un prisma las caras están inclinadas, por eso las desviaciones se suman y los colores se separan.
3. ¿Cómo demostrarías que la luz blanca está formada por siete colores?
Se hace pasar un haz estrecho por un prisma para obtener un espectro. Luego se coloca un prisma idéntico al revés en el camino: los colores se juntan de nuevo en luz blanca. Separar y volver a juntar demuestra que la luz blanca es una mezcla.
4. ¿Por qué en India nunca se ve un arcoíris al mediodía en el cielo del sur?
Un arcoíris se forma opuesto al Sol, a unos 40–42° del punto exactamente opuesto. Al mediodía el Sol está alto, así que ese punto queda muy por debajo del horizonte y el arco no se puede ver. Los arcoíris aparecen por la mañana o al final de la tarde.
Errores comunes
- Escribir que el prisma crea los colores. Los colores ya estaban en la luz blanca; el prisma solo los separa.
- Decir que el rojo se desvía más. El rojo se desvía menos; el violeta es el que más.
- Dibujar el rayo emergente desviándose hacia el vértice. En las dos caras el rayo gira hacia la base.
- Creer que un arcoíris se ve mirando hacia el Sol. Siempre aparece en el lado opuesto al Sol.