FísicaFácilCuestión · 1 pts

Luz: reflexión, refracción y ondas electromagnéticas

Castilla-La Mancha · 2017 · Junio · Opción B
Enunciado
Un rayo láser procedente de la parte inferior izquierda de la figura alcanza la superficie del agua que llena parcialmente la cubeta, y se observa que se refleja sin que haya ningún rayo refractado que atraviese la superficie pasando al aire que hay encima.
Fotografía de una cubeta con agua: un rayo láser sube, llega a la superficie con ángulo i y se refleja entero hacia abajo
Fotografía de una cubeta con agua: un rayo láser sube, llega a la superficie con ángulo i y se refleja entero hacia abajo
(a) Explicar por qué se produce este fenómeno.

(b) ¿Tiene algo que ver en este fenómeno el ángulo ii con el que incide el rayo de luz por debajo de la superficie?

Índice de refracción del agua: 4/34/3; índice de refracción del aire: 11.
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Resultado
  Reflexioˊn total; ocurre solo si i>θL=48,6∘  \boxed{\;\text{Reflexión total; ocurre solo si } i > \theta_L = 48{,}6^\circ\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Al pasar del agua al aire (menor índice), el rayo refractado se aleja de la normal. Si el ángulo de incidencia supera el ángulo límite, no hay rayo refractado: reflexión total.
2

Desarrollo

(a) Es la reflexión total. Por la ley de Snell, 43 sen i=sen r\frac43\,\text{sen}\,i = \text{sen}\,r: el ángulo de refracción es mayor que el de incidencia. Cuando ii hace que rr llegue a 90∘90^\circ, el refractado sale rasante; para ángulos mayores, la ecuación daría sen r>1\text{sen}\,r > 1, imposible, y toda la luz se refleja.

(b) Sí, es decisivo. Solo hay reflexión total si ii supera el ángulo límite:sen θL=14/3=0,75⟹θL=48,6∘\text{sen}\,\theta_L = \frac{1}{4/3} = 0{,}75 \quad\Longrightarrow\quad \theta_L = 48{,}6^\circEn la fotografía, el rayo llega con i>48,6∘i > 48{,}6^\circ; con un ángulo menor, una parte de la luz pasaría al aire.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
3

Consejo

Dos condiciones para la reflexión total: pasar a un medio de menor índice y superar el ángulo límite. Menciona las dos.
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