Animación 11.Oleg Alexandrov. Dominio público

Cuando una onda llega a la superficie de separación de dos medios distintos (distintas velocidades de propagación) , se producen dos fenómenos muy importantes, ya que parte de la energía que lleva la onda pasa al segundo medio y parte de la energía permanece en el mismo medio.La primera fracción de la onda se refracta y la segunda se refleja.

Animación 12. Dicklyon. Creative commons

Estos fenómenos, la reflexión y la refracción, cuando se producen en dos o tres dimensiones vienen acompañados de unos cambios en la dirección de propagación.

En el estudio de la propagación de una onda aparecen una serie de fenómenos como la reflexión, la refracción y la difracción, que pueden explicarse fácilmente analizando el paso de un frente de onda al siguiente.

Christian Hüygens (1629-1695) visualizó una construcción geométrica para pasar de una superficie de onda a otra, que constituye el Principio de Hüygens.

Supón, por sencillez, que las ondas que se propagan son ondas planas (el frente de onda es un plano) y que la superficie de separación entre los medios es un plano. (Las leyes siguen siendo válidas cuando el frente de onda no es un plano, y la superficie de separación entre los medios tampoco).

Reflexión

Observa la figura adjunta. En ella se representa la porción de un frente de onda plana, limitado por dos rayos A y B, que se propaga por el medio1. Al llegar a la superficie de separación con el medio 2, el frente de onda vuelve propagándose por el medio 1.

Imagen 19. Elaboración propia

De acuerdo con el principio de Hüygens, el punto A' es un foco emisor de ondas secundarias; mientras el punto B' pasa a ocupar la posición B'', las ondas secundarias de A' habrán avanzado una distancia A'A'' , de modo que, considerando el mismo proceso para todos los puntos del frente de onda, una vez que todos ellos hayan alcanzado la superficie de separación, el nuevo frente de onda reflejado será A''B''

De lo anterior puedes observar facilmente que los frentes de onda después de la reflexión también son planos y que el ángulo de incidencia es igual que el ángulo de reflexión (ley de la reflexión).

Refracción

La construcción de la figura adjunta, muestra un frente de onda plana que se propaga por el medio 1, que llega a la superficie de separación con el medio 2, y continúa propagándose por el medio 2. Consideramos que la velocidad de propagación en el medio 1, v1, es mayor que la del medio 2, v2. Cuando A llega a la superficie de separación, el punto A', por el principio de Hüygens, se convierte en foco emisor de ondas secundarias, de modo que, mientras el punto B' pasa a ocupar la posición B'', el punto A' ocupará A''. La distancia B'B'' será: B'B'' = v1t y la A'A'' será: A'A'' = v2t Utilizando el principio de Huygens puedes obtener la ley de Snell (ley de la refracción) que fué obtenida de forma empírica por W. Snell en 1621.

Imagen 20. Stefan-Xp. Creative commons

Difracción

Con el nombre de difracción se conoce un fenómeno característico del movimiento ondulatorio. La difracción se observa cuando una onda en su propagación se encuentra con un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a su longitud de onda. El obstáculo puede ser una pantalla con una abertura pequeña, un pequeño objeto o un borde de un objeto.

Animación 13.Lawebpedagogique. Creative commons

Imagen 21. norro. Creative commons

Debido a la difracción, las ondas se extienden alrededor de los obstáculos interpuestos en su camino. En la imagen puedes observar que la onda plana que llega al orificio (rendija), se convierte en circular llegando así a los puntos situados detrás de la pantalla.

Para explicar este fenómeno puedes utilizar el principio de Hüygens. Al llegar la onda a la rendija, los puntos correspondientes del frente de ondas se convierten en focos emisores de ondas secundarias. Los nuevos frentes de onda tendrán una forma u otra dependiendo del tamaño de la rendija. Cuando la abertura es de un tamaño comparable a la longitud de onda, el fenómeno de la difracción adquiere una mayor importancia.