FísicaMedioProblema · 2,5 pts

Luz: reflexión, refracción y ondas electromagnéticas

Andalucía · 2019 · Reserva 4 · Opción B
Enunciado
a) Razone la veracidad o falsedad: i) el espectro electromagnético está formado solo por las ondas que percibimos con la vista; ii) si al iluminar un objeto con luz blanca lo vemos rojo, es porque absorbe las tonalidades rojas.

b) Un rayo monocromático de frecuencia 6⋅1014 Hz6\cdot10^{14}\,\text{Hz} incide con 35∘35^\circ sobre la separación de dos medios. La luz viaja en el primero a 2,4⋅108 m s−12{,}4\cdot10^{8}\,\text{m s}^{-1} y su longitud de onda en el segundo es 5⋅10−7 m5\cdot10^{-7}\,\text{m}. Calcule: i) el ángulo de refracción; ii) el ángulo límite para reflexión total.

Dato: c=3⋅108 m s−1c = 3\cdot10^{8}\,\text{m s}^{-1}.
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Resultado
  θ2=45,8∘;θL=53,1∘  \boxed{\;\theta_2 = 45{,}8^\circ\quad;\quad \theta_L = 53{,}1^\circ\;}
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Estrategia

Los índices salen de las velocidades: n1=c/v1n_1 = c/v_1 y n2=c/v2n_2 = c/v_2 con v2=λ2fv_2 = \lambda_2 f. Después aplicamos la ley de Snell n1 sen θ1=n2 sen θ2n_1\,\text{sen}\,\theta_1 = n_2\,\text{sen}\,\theta_2. El ángulo límite (posible solo al ir de medio más denso a menos denso) cumple sen θL=n2/n1\text{sen}\,\theta_L = n_2/n_1.
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Desarrollo

a.i) Falsa. El espectro electromagnético es el conjunto de todas las ondas electromagnéticas, ordenadas por frecuencia (o longitud de onda): ondas de radio, microondas, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Todas son la misma perturbación (campos E⃗\vec E y B⃗\vec B perpendiculares que se propagan en el vacío a cc), y solo se diferencian en ff y λ=c/f\lambda = c/f. La vista solo percibe una franja muy estrecha, la luz visible, con λ\lambda entre unos 400 nm400\,\text{nm} (violeta) y 700 nm700\,\text{nm} (rojo). Por ejemplo, las ondas de un teléfono móvil (microondas) o los rayos X de una radiografía son ondas electromagnéticas que no vemos.

a.ii) Falsa. La luz blanca contiene todas las frecuencias del visible. El color con que vemos un objeto opaco es el de la luz que refleja (difunde) y llega a nuestros ojos: si lo vemos rojo es porque refleja las tonalidades rojas y absorbe las demás. Si absorbiera el rojo, veríamos el color complementario de las componentes que refleja (por ejemplo, verde-azulado), nunca rojo. Por eso un objeto rojo iluminado solo con luz azul se ve prácticamente negro: no hay rojo que reflejar.

b) Índices: n1=cv1=3⋅1082,4⋅108=1,25n_1 = \dfrac{c}{v_1} = \dfrac{3\cdot10^{8}}{2{,}4\cdot10^{8}} = 1{,}25. En el segundo medio v2=λ2f=5⋅10−7⋅6⋅1014=3⋅108 m/s⇒n2=1v_2 = \lambda_2 f = 5\cdot10^{-7}\cdot6\cdot10^{14} = 3\cdot10^{8}\,\text{m/s}\Rightarrow n_2 = 1.

i) Ley de Snell:n1 sen 35∘=n2 sen θ2⇒sen θ2=1,25⋅0,5741=0,717⇒θ2=45,8∘n_1\,\text{sen}\,35^\circ = n_2\,\text{sen}\,\theta_2\Rightarrow \text{sen}\,\theta_2 = \frac{1{,}25\cdot0{,}574}{1} = 0{,}717\Rightarrow \theta_2 = 45{,}8^\circii) Ángulo límite (de n1=1,25n_1=1{,}25 a n2=1n_2=1):sen θL=n2n1=11,25=0,8⇒θL=53,1∘\text{sen}\,\theta_L = \frac{n_2}{n_1} = \frac{1}{1{,}25} = 0{,}8\Rightarrow \theta_L = 53{,}1^\circ
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Consejo

El rayo se aleja de la normal al pasar a un medio menos denso (n2<n1n_2<n_1), por eso θ2>θ1\theta_2>\theta_1; y solo en ese sentido existe ángulo límite. Deduce siempre los índices de las velocidades antes de aplicar Snell.
Paso 1 de 3
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