La refracció és el canvi de direcció que experimenta la llum (i qualsevol ona) en passar d’un medi material a un altre. Només es produeix si l’ona incideix obliquament sobre la superfície de separació dels dos medis i si aquests tenen índexs de refracció diferents. La refracció s’origina en el canvi de velocitat de propagació de l’ona assenyalada.

Es produeix quan la llum passa d’un mitjà de propagació a un altre, patint un canvi de rapidesa i un canvi de direcció si no incideix perpendicularment a la superfície. Aquesta desviació en la direcció de propagació s’explica per mitjà de la llei de Snell. Aquesta llei, així com la refracció en medis no homogenis, són conseqüència del principi de Fermat, que indica que la llum es propaga entre dos punts seguint la trajectòria de recorregut òptic de menor temps.

Llei de Snell indica que la relació entre el sinus de l’angle d’incidència i el sinus de l’angle de refracció és igual a la raó entre la velocitat de l’ona en el primer medi i la velocitat de l’ona en el segon medi, o dit d’una altra manera, que el producte del índex de refracció del primer medi pel sinus de l’angle d’incidència és igual al producte de l’índex de refracció del segon medi pel sinus de l’angle de refracció, això és:

V2 sin(A) = V1 sin(B)
n1 sin(A) = n2 sin(B)

Essent l’índex de refracció el quocient entre la velocitat de la llum en el buit i en el medi considerat.

N = c/V

La refracció a la piscina indiscreta

Tots coneixem el que passa quan fiquem un llapis dins un vas ple d’aigua: sembla que es trenca. També hem vist moltes vegades a persones banyant-se, mirant-les des de dalt, des de fora de la piscina. El que no estem acostumats és a veure la gent dins l’aigua des del costat, a través d’una paret transparent.

Podem simular una piscina amb un costat transparent amb una peixera en la que fiquem un ninot banyant-se amb el cap fora de l’aigua.

Quan mirem el cap del ninot l’estem veient directament ja que la llum que surt del seu cap ens arriba sempre a través de l’aire (no està submergida), mentre que la llum que es reflexa al cos ha de travessar l’aigua a de la piscina i després l’aire de fora abans d’arribar als nostre ulls amb el consegüent canvi de direcció en canviar de medi. És per això que veiem el cos separat del cap, a no ser que mirem la figureta perpendicularment al vidre de la piscina.

La refracció en una botella: lent d’aigua

Omplim completament una ampolla d’aigua i observem els objectes al seu través. Quan l’ampolla està vertical els objectes que veiem han invertit les seves parts esquerra i dreta, encara que les parts superior i inferior segueixen al seu lloc. En canvi, quan l’ampolla està horitzontal són les parts superior i inferior dels objectes les que apareixen invertides, però no l’esquerra i la dreta. És el que s’observa en les fotografies de sota.

El dibuix de les fletxes el podeu aconseguir aquí, i si voleu observar un canvi més curiós us podeu imprimir aquest altre dibuix per ficar darrera de la botella.

L’ampolla actua com una lent amb un índex de refracció que és bàsicament el de l’aigua del seu interior i sent el seu pla de curvatura el que determina la direcció en què s’inverteixen les imatges dels objectes que estiguin més allunyats de la focal de la lent.

Acostant o allunyant un objecte es pot determinar (aproximadament) la posició de la distància focal quan s’observa que la imatge es veu borrosa, i després deixa d’estar invertida.

Amb ampolles de plàstic com la utilitzada aquí es poden fer múltiples experiments. Rafael García Molina, professor a la Universitat de Múrcia, realitza un taller de divulgació de la Física absolutament recomanable que titula 30 usos científicos para una (…bueno, varias) botella(s) de gaseosa on ens proposa aquest experiment.