¿Qué explica la causa del espejismo?

Figura 1 En el aire cuya temperatura cambia con la altura, la luz se refracta en una trayectoria curva.

Figura 2 Refracción de la luz al entrar en el aire procedente del vidrio. Tenga en cuenta que el ángulo de incidencia I es menor que el ángulo de refracción r.

Figura 3 Cuando el ángulo incidente I es mayor que el ángulo crítico c, se produce una reflexión interna total.

Figura 4 El camino del tiempo cuando se produce un espejismo.

En el desierto, las personas perdidas estaban escasas de agua y comida. De repente vieron un oasis, pero cuando se acercaron, se dieron cuenta de que era solo un espejismo. Se sintieron muy felices. Aunque esta es una escena común en las películas, es un espejismo, la naturaleza jugando con nosotros con la magia de la luz. Es causada por la refracción y reflexión interna total de la luz en el aire.

Para entender la causa de los espejismos, primero debemos entender por qué la luz se refracta en el aire. Resulta que el índice de refracción del aire a diferentes temperaturas es diferente, al igual que muchos medios diferentes. El aire cerca del suelo es caliente y tiene un índice de refracción bajo. Podemos pensar en el aire como un medio con muchas capas, cada una con un índice de refracción diferente. Cuanto más cerca del suelo, menor es el índice de refracción. Por lo tanto, cuando la luz se propaga en el aire, el camino es como se muestra en la Figura 1.

Por otro lado, también necesitamos saber qué es la reflexión interna total. Si la luz entra al aire desde el vidrio en un ligero ángulo, parte de la luz se reflejará hacia atrás y parte de la luz se refractará fuera del vidrio. Debido a que el índice de refracción del vidrio es mayor que el del aire, el ángulo de refracción siempre es mayor que el ángulo de incidencia (Figura 2). A medida que el ángulo de incidencia se hace cada vez mayor, la luz refractada se acercará cada vez más a la interfaz entre el aire y el vidrio hasta que el ángulo de incidencia sea mayor que el ángulo crítico, y la luz solo se reflejará pero no se refractará. Este fenómeno se llama reflexión interna total (Figura 3).

La figura 4 muestra el recorrido del tiempo cuando se produce un espejismo. Supongamos que hay un oasis y la luz que emite en el punto A es refractada por el aire y toma una trayectoria curva. En el punto B, la luz sale completamente hacia adentro, lo que hace que apunte hacia arriba. Luego, la luz es refractada por el aire y finalmente la luz entrará en los ojos del observador que se encuentra en el punto C, ¡dándole la ilusión de que el oasis está muy cerca de él! La reflexión interna total fue descubierta y aplicada por el ser humano hace mucho tiempo. Por ejemplo, la fibra óptica, las cámaras réflex de un solo espejo y los binoculares utilizan el principio de reflexión interna total.