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Cuando miramos a una piscina, las cosas no parecen bien lo que son. En realidad, parece que todo está exprimido y que la propia piscina es más baja de lo que debería ser. La razón de esto tiene que ver con la forma en que la luz atraviesa el agua y el aire.
Ondas de luz
La luz que viene de una fuente o es rebatida por un objeto se desplaza en una onda.Así como una onda de agua en la superficie de un lago se propaga de dentro hacia fuera, como un círculo en expansión, la onda de luz (o cualquier otra que se mueva en tres dimensiones) se propaga de dentro hacia fuera como una esfera en expansión . Cuando la esfera de luz encuentra un objeto o una superficie, ella lo ilumina. Cuando atravesa otro medio, como cuando la luz deja el agua y entra en el aire, algo sucede con la onda.
La naturaleza de la luz
La identidad de una onda de luz está profundamente arraigada en el reino de la mecánica cuántica, pero para nuestro propósito, podemos pensar en ella como ondas de campos eléctricos y magnéticos. Siempre que un campo eléctrico se mueve, él crea un campo magnético, y éste, a su vez, crea más campos eléctricos. Juntos, los dos producen una onda de energía que percibimos como luz. Es por eso que la luz también se llama radiación electromagnética.
La luz y los medios
La luz viaja a una velocidad fija en el vacío, lo que define la velocidad de la luz. Sin embargo, cuando la luz atraviesa un medio (como el aire, el agua o el cristal), se desplaza un poco más lentamente. Dado que la luz está compuesta de campos eléctricos y magnéticos, las partículas eléctricamente cargadas sienten su presencia. Conforme las ondas de luz atravesan un medio, ellas hacen todos sus protones y electrones oscilando un poco, y esa oscilación hace que las partículas emitan su propia radiación electromagnética, que viene luego de la luz original. Cuando estas ondas retrasadas se suman, esto resulta en una onda de luz con la misma frecuencia, pero la longitud de onda más corta, produciendo el efecto de la luz moviéndose más lentamente a través de un medio.
refracción
Conforme la onda de luz pasa a un nuevo medio, cambia de velocidad. Este cambio de velocidad es acompañado por un cambio de ángulo. Una analogía clásica para eso se hace con una banda marcial. Imagínese el efecto en las filas de músicos a medida que pasan de un suelo liso a un atolón fangoso, lo que los desacelera. La transición se da en un determinado ángulo, de modo que el lado izquierdo del grupo llegue al lama primero, seguido por el lado derecho. Como usted puede imaginar, si los músicos más lentos de la izquierda quieren mantenerse alineados con los más rápidos de la derecha, ellos necesitan cambiar de dirección levemente. Cuando todos están en el fango, se mueven un poquito a la izquierda en relación a la dirección original. De la misma manera, las ondas delanteras de la luz cambian de dirección a medida que pasan de un medio a otro.
efectos
De esta manera, la refracción de la luz produce la ilusión de la piscina rasa. Mientras usted observa la piscina de arriba hacia abajo, está viendo la luz que cambia de ángulo mientras sale del agua al aire. Específicamente, la luz se desplaza mucho más rápido en el aire que en el agua. La luz que viene del fondo de la piscina es refractada en sus ojos en un ángulo más pequeño. Así, usted ve el fondo de la piscina un poquito encima de la posición en que él realmente se encuentra.