FísicaMedioProblema · 2,5 pts

Luz: reflexión, refracción y ondas electromagnéticas

Andalucía · 2017 · Junio · Opción A
Enunciado
a) Explique la naturaleza de las ondas electromagnéticas e indique las distintas zonas en las que se divide el espectro electromagnético, indicando al menos una aplicación de cada una de ellas.

b) Una antena de radar emite en el vacío radiación electromagnética de longitud de onda 0,03 m0{,}03\,\text{m}, que penetra en agua con un ángulo de incidencia de 20∘20^\circ respecto a la normal. Su velocidad en el agua se reduce al 80 %80\,\% del valor en el vacío. Calcule el periodo, la longitud de onda y el ángulo de refracción en el agua.

Dato: c=3⋅108 m s−1c = 3\cdot 10^{8}\,\text{m}\,\text{s}^{-1}.
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Resultado
  T=1⋅10−10 sλagua=0,024 mr=15,9∘  \boxed{\;T = 1\cdot 10^{-10}\ \text{s} \qquad \lambda_{\text{agua}} = 0{,}024\ \text{m} \qquad r = 15{,}9^\circ\;}
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Estrategia

El apartado a) es teoría pura: ondas transversales formadas por campos E⃗\vec{E} y B⃗\vec{B} perpendiculares entre sí y a la propagación, que no necesitan medio material.

En b) hay tres preguntas encadenadas y todas salen de dos ideas: la frecuencia no cambia al entrar en el agua, y el índice de refracción es n=c/vn = c/v. Con nn ya se puede aplicar Snell.
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Desarrollo

a) Las ondas electromagnéticas consisten en la propagación conjunta de un campo eléctrico y otro magnético, perpendiculares entre sí y a la dirección de avance (son transversales). No necesitan medio material: se propagan en el vacío a c=3⋅108 m s−1c = 3\cdot 10^{8}\,\text{m}\,\text{s}^{-1}. Las genera toda carga acelerada, y transportan energía y cantidad de movimiento.

Zonas del espectro, de menor a mayor frecuencia:
  • Ondas de radio: radiodifusión, televisión.
  • Microondas: radar, telefonía móvil, hornos microondas.
  • Infrarrojo: mandos a distancia, cámaras térmicas.
  • Visible: la visión, iluminación.
  • Ultravioleta: esterilización, lámparas germicidas.
  • Rayos X: radiografías, cristalografía.
  • Rayos gamma: radioterapia, esterilización de material.
b) En el vacío, λ0=0,03 m\lambda_0 = 0{,}03\,\text{m}:T=λ0c=0,033⋅108=1⋅10−10 sf=1T=1⋅1010 HzT = \frac{\lambda_0}{c} = \frac{0{,}03}{3\cdot 10^{8}} = 1\cdot 10^{-10}\,\text{s} \qquad f = \frac{1}{T} = 1\cdot 10^{10}\,\text{Hz}La frecuencia no cambia en el agua. La velocidad allí es el 80 %80\,\% de cc:v=0,8 c=2,4⋅108 m s−1n=cv=10,8=1,25v = 0{,}8\,c = 2{,}4\cdot 10^{8}\,\text{m}\,\text{s}^{-1} \qquad n = \frac{c}{v} = \frac{1}{0{,}8} = 1{,}25Longitud de onda en el agua:λ=vf=2,4⋅1081⋅1010=0,024 m\lambda = \frac{v}{f} = \frac{2{,}4\cdot 10^{8}}{1\cdot 10^{10}} = 0{,}024\,\text{m}Ángulo de refracción por la ley de Snell, con nvacıˊo=1n_{\text{vacío}} = 1:1⋅sen 20∘=1,25 sen r⟹sen r=0,3421,25=0,2741\cdot\text{sen}\,20^\circ = 1{,}25\,\text{sen}\,r \quad\Longrightarrow\quad \text{sen}\,r = \frac{0{,}342}{1{,}25} = 0{,}274r=15,9∘r = 15{,}9^\circ
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Consejo

El periodo se pide en el vacío y sale de λ0\lambda_0 y cc; la longitud de onda se pide en el agua y sale de vv y ff. Si mezclas los dos medios en la misma fórmula, el resultado se va.

Y el ángulo de refracción es menor que el de incidencia porque la luz entra en un medio más refringente: si te sale mayor, has invertido el cociente en Snell.
Paso 1 de 3
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