PRISMAS Y LA LUZ

Junto con las lentes, los prismas ópticos son de las piezas más útiles que podemos encontrar en los instrumentos ópticos. A la hora de definir este objeto, podemos decir que un prisma óptico es un medio transparente limitado por, al menos, dos superficies planas no paralelas que forman un cierto ángulo diedro.

Tal vez, el momento de gloria de estos objetos estuvo hacia 1670 cuando Isaac Newton los empleó para producir la Dispersión de la luz blanca y demostrar que ésta era el resultado de la combinación de siete colores. El índice de refracción de un material tiene ua ligera dependencia con la longitud de onda. Para muchos materiales, el índice de refracción disminuye ligeramente cuando crece la longitud de onda. Esta dependencia es lo que se denomina Dispersión. Cuando un haz de luz blanca incide formando un cierto ángulo con la superficie de un prisma de vídrio, el ángulo de refracción correspondiente a las longitudes de onda más cortas (hacia el violeta) es ligeramente menor que el correspondiente a las más largas (hacia el rojo). Por tanto, la luz de longitud de onda más corta se desvía más que la de longitud de onda más larga.

Pero un prisma, o la combinación de varios, nos da la posibilidad de estudiar otras propiedades de la luz como la Reflexión o la Refracción. También nos da la oportunidad de mostrar como estas dos propiedades pueden producirse por separado o de forma simultánea, simplemente en función del ángulo de incidencia de la luz sobre el prisma o prismas. Observa las siguientes imágenes:

Reflexión en un prisma

Refracción en un prisma

Reflexión y Refracción entre prismas separados

Reflexión con dos prismas juntos

Refracción con dos prismas juntos

Reflexión y Refracción con dos prismas juntos

Otro fenómeno que nos permite estudiar un prisma es el de la Reflexión Interna Total. Cuando la luz pasa de un medio más denso, (con índice de refracción A) a otro medio menos denso (con índice de refracción B), el rayo de luz incidente no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios y se refleja completamente. Para que este fenómeno ocurra es necesario que el ángulo del rayo de luz incidente respecto a la normal sea mayor o igual a un ángulo denominado Ángulo de Incidencia Crítico. La Reflexión Interna Total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo (vídrio en nuestro caso) hacia medios de menor índice de refracción (aire). El Ángulo de Incidencia Crítico puede calcularse a partir de la Ley de Snell conocidos los índices de refracción de los dos medios y que el ángulo de reflexión con un valor de 90⁰ 

Podemos observar este fenómeno en el siguiente vídeo y una curiosa consecuencia en la formación de imágenes debidas a la Reflexión Interna Total en el prisma.

TOMOSCOPIO

A partir de la idea del Caleidoscopio que ya vimos hace unos meses, podemos hacer una pequeña variación con resultados espectaculares: el Tomoscopio. Sus fundamentos físicos son los mismos: Reflexión y Refracción de la Luz. El único cambio que hay que hacer son las piezas translúcidas de colores por una esfera de cristal. Esta esfera de cristal es la responsable de la Refracción de la luz en ella y luego los espejos interiores, al igual que en el Caleidoscopio, son los responsables de la Reflexión. El resultado, en cualquier caso, es espectacular.

Una de las ventajas del Tomoscopio es la de poder usar cualquier forma, color o volumen que nos rodea, pues al llevar una lente (que es nuestra esfera de cristal), ésta recoge todo lo que nos rodea y lo va convirtiendo en imágenes tomoscopicas. Por otro lado, mientras que con un Caleidoscopio se necesita un mínimo de luz aceptable, con el Tomoscopio se puede jugar con cualquier tipo de iluminación por ínfima que esta sea. En un Caleidoscopio, las figuras se van formando con los trozos de cristal de color que lleva en su interior y aunque su posibilidad de generar imágenes es prácticamente infinita, en cuanto a colorido, siempre estará limitado a la cantidad de colores introducidos previamente. En el Tomoscopio esta limitación no existe y es el ptopio entorno en el que limita las imágenes. Por último, en el Tomoscopio no es necesario hacerlo girar para generar figuras, pero si lo haces, al cambiar la posición del espejo o prisma las figuras a su vez parece que se vayan abriendo o cerrando.

Imagen caleidoscópica

Imagen tomoscópica

Por último, este es un breve vídeo sobre la construcción del Tomoscopio y sus imágenes.