Índice de refracción

Qué es el índice de refracción

La luz viaja a su máxima velocidad en el vacío y se ralentiza al entrar en cualquier sustancia transparente. El índice de refracción de un medio es, precisamente, el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y su velocidad dentro de ese medio. Como la luz nunca va más rápida que en el vacío, el valor siempre es igual o mayor que uno: cuanto más alto, más se frena el haz y más se curva al cruzar la superficie.

El nombre describe el fenómeno. «Refracción» procede del latín refringere, "quebrar", porque el rayo parece quebrarse al pasar de un medio a otro; «índice», del latín index, "lo que señala". La relación entre el ángulo con que la luz incide y el ángulo con que sale desviada obedece a una regla física, la ley de Snell, que vincula esos ángulos con los índices de los dos medios en contacto.

Los medios refractivos del ojo

El ojo funciona como una sucesión de lentes transparentes, cada una con su propio índice. El aire tiene un valor de 1; la córnea ronda 1,376; el humor acuoso que la sigue, alrededor de 1,336, muy parecido al del agua; el cristalino es más denso, con un valor medio próximo a 1,42; y el vítreo que rellena el fondo vuelve a situarse cerca de 1,336. La luz se dobla un poco en cada frontera entre dos de estos medios.

Nada más cruzar la primera superficie ocurre el salto decisivo. Al pasar del aire a la córnea, la diferencia de índice es la mayor de todo el recorrido, así que ahí se produce el grueso de la desviación: cerca de dos tercios de la potencia total del ojo se concentran en esa frontera. Un detalle cotidiano lo confirma. Bajo el agua vemos borroso porque el líquido tiene casi el mismo índice que la córnea, de modo que esa primera lente pierde su capacidad de enfocar y las imágenes se desdibujan.

El cristalino, una lente que no es uniforme

El cristalino no se comporta como un vidrio uniforme: no tiene un índice único. Su interior está organizado en capas cada vez más compactas hacia el centro, de manera que el índice aumenta de forma gradual desde la corteza hasta el núcleo. Esta estructura, llamada de gradiente de índice, permite enfocar con menos aberraciones de las que tendría una lente homogénea. El cristalino, además, cambia de forma para ajustar el enfoque a distintas distancias, el proceso conocido como acomodación.

Por qué le importa a la oftalmología

Medir la curvatura de la córnea y traducirla en potencia óptica obliga a asignarle un índice. Los aparatos que exploran su superficie emplean por convención un valor estandarizado, en torno a 1,3375, que compensa el efecto de la cara posterior de la córnea sin necesidad de medirla. Ese índice de referencia es la base de muchos cálculos previos a la cirugía ocular.

Un cambio en el índice de los medios también puede alterar la visión. Cuando el cristalino aumenta su densidad óptica, por ejemplo en ciertas fases de una catarata, incrementa su poder de refracción y desplaza el enfoque hacia la miopía. Ese fenómeno recibe el nombre de miopía de índice y muestra que la graduación de un ojo no depende solo de su forma, sino también de las propiedades del material que lo compone.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra refracción?

Del latín refringere, "quebrar". Alude a la manera en que un rayo de luz parece quebrar su línea recta al pasar de un medio a otro de distinta densidad óptica.

¿Qué parte del ojo refracta más la luz?

La córnea. Al ser la primera superficie que encuentra la luz al pasar del aire, y por la gran diferencia de índice entre ambos, concentra alrededor de dos tercios de la potencia refractiva del ojo. El cristalino aporta el resto y se encarga del ajuste fino.

¿Por qué se ve borroso debajo del agua sin gafas?

Porque el agua y la córnea tienen índices de refracción casi iguales. La luz apenas se desvía al pasar del agua a la córnea, así que esa primera lente deja de enfocar y la imagen llega desenfocada a la retina.

¿El índice de refracción es lo mismo que la refracción ocular?

No. El índice de refracción es una propiedad física de cada medio transparente. La refracción ocular es el resultado global de cómo el conjunto del ojo desvía la luz para formar una imagen nítida.

Referencias

1. MedlinePlus en español. Errores de refracción. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Disponible en: medlineplus.gov
2. National Eye Institute. Errores refractivos. Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos. Disponible en: nei.nih.gov
3. Universidad Complutense de Madrid. El ojo humano y sus defectos (documento docente). Disponible en: ucm.es
4. HyperPhysics. Índice de refracción y ley de Snell. Georgia State University. Disponible en: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu