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La reflexión cambia la dirección de una onda al rebotar en una superficie. La refracción modifica su dirección y velocidad al entrar en otro medio. La difracción curva las ondas alrededor de obstáculos y la polarización orienta las vibraciones de las ondas electromagnéticas.
La reflexión es el cambio de dirección que experimenta una onda al encontrarse con una superficie que no puede atravesar. En este caso, la onda incidente se devuelve al medio original. Estas son sus leyes:
El ángulo de incidencia (
) es igual al ángulo de reflexión (
):
Esto se puede demostrar mediante el Principio de Huygens.
2. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano.
Se pueden diferenciar dos tipos de reflexión:
Reflexión especular: Ocurre en superficies lisas donde las ondas se reflejan de manera ordenada, manteniendo la coherencia del haz reflejado (por ejemplo, un espejo).
Reflexión difusa: Sucede en superficies rugosas donde las ondas se reflejan en múltiples direcciones debido a las irregularidades de la superficie.
En la siguiente sección se comentarán algunos diagramas con el ángulo de reflexión.
La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro con diferente densidad o propiedades, lo que implica un cambio en su velocidad. Tenemos de nuevo dos leyes:
Ley de la Refracción (Ley de Snell): Relaciona los ángulos de incidencia (
) y refracción (
) con las velocidades (
y 
) o índices de refracción (
y 
) de los medios:
2. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano.
El índice de refracción (
) es una medida de cuánto se reduce la velocidad de la onda en un medio respecto al vacío. Se calcula según la relación
donde 
es la velocidad de la luz en el vacío (
) y 
es la velocidad en el medio.
Algunos fenómenos relacionados con la refracción son:
Dispersión: Descomposición de la luz blanca en sus colores componentes debido a diferentes índices de refracción para cada longitud de onda.
Reflexión interna total: Ocurre cuando la onda incide sobre la superficie de separación entre dos medios con un ángulo mayor que el ángulo crítico, reflejándose completamente en el medio de mayor índice. El diagrama de rayos en este caso sería el siguiente:
Se muestran a continuación varios diagramas de rayos correspondientes a varios casos para los valores de los índices de refracción entre los medios involucrados:
 |  |
Recuérdese que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión , mientras que 
denota el ángulo de refracción.
La difracción es el fenómeno por el cual una onda se curva alrededor de obstáculos o se propaga a través de rendijas, extendiéndose más allá de las sombras que estos proyectarían. Estas son sus principales características:
Más pronunciada cuando el tamaño del obstáculo o rendija es comparable a la longitud de onda de la onda incidente.
La forma de la onda difractada depende de la geometría del obstáculo o rendija.
Este proceso se basa o se explica mediante el Principio de Huygens, que establece que cada punto de una onda en propagación actúa como una fuente secundaria de ondas esféricas. La superposición de estas ondas secundarias determina la nueva forma de la onda.
La difracción puede causar patrones de interferencia, como franjas brillantes y oscuras, debido a la superposición de ondas difractadas. Algunos ejemplos son los siguientes:
Ondas de luz pasando por una rendija estrecha formando un patrón de franjas.
La polarización es una propiedad de las ondas electromagnéticas (como la luz) que describe la orientación de sus campos eléctricos y magnéticos. En una onda polarizada, las vibraciones ocurren en un plano específico.
Los tipos de polarización son:
Polarización lineal: El campo eléctrico oscila en una sola dirección.
Polarización circular: El campo eléctrico rota en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario mientras la onda avanza.
Polarización elíptica: Combinación de polarización lineal y circular, formando una elipse.
Estos son algunos ejemplos:
Reflejos en superficies de agua que pueden ser reducidos con gafas polarizadas.
Uso de filtros polarizadores en cámaras para capturar imágenes con menos reflejos y colores más saturados.
1. Un rayo de luz incide sobre un espejo formando un ángulo de 
con respecto a la normal. Determina el ángulo de reflexión y describe la trayectoria del rayo reflejado:
Solución
Según la ley de la reflexión, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
Por lo tanto, el rayo reflejado forma un ángulo de con respecto a la normal, manteniéndose en el mismo plano que el rayo incidente y la normal.
2. Un rayo de luz pasa del aire al agua. El ángulo de incidencia es de 
y el índice de refracción del agua es 
. Calcula el ángulo de refracción.
Solución
Sabiendo que el índice de refracción del aire es 
, aplicamos la ley de Snell:
Por lo tanto, el ángulo de refracción es de aproximadamente 
.
3. Un rayo de luz incide desde el interior de un prisma de vidrio (índice de refracción 
) hacia el aire (
). Determina el ángulo crítico para que se produzca la reflexión interna total. Además, explica qué sucede con el rayo de luz cuando el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico.
Solución
Para que se produzca la reflexión interna total, el ángulo de incidencia debe ser mayor que el ángulo crítico (
). El ángulo crítico se puede calcular utilizando la Ley de Snell cuando el ángulo de refracción es de 90°, ya que justo en este punto la luz ya no se refracta al exterior, sino que se refleja completamente en el medio original.
La Ley de Snell está dada por:
donde:
es el índice de refracción del medio 1 (vidrio),
es el índice de refracción del medio 2 (aire),
es el ángulo de incidencia,
es el ángulo de refracción.
Para obtener el ángulo crítico, imponemos que:
Sustituyendo en la Ley de Snell:
Cuando el ángulo de incidencia es mayor que 
, se produce la reflexión interna total. En este caso, el rayo de luz no se refracta hacia el exterior del prisma, sino que se refleja completamente dentro del prisma de vidrio, permaneciendo en el mismo medio.
Por lo tanto, el ángulo crítico es de aproximadamente 
.