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Luz: reflexión, refracción y ondas electromagnéticas

Castilla y León · 2022 · Junio
Enunciado
Un rayo incide desde el aire sobre un medio con índice de refracción nn. Si el ángulo de incidencia es 60∘60^\circ y el ángulo que forman el rayo reflejado y el transmitido es 90∘90^\circ, ¿cuál es el valor de nn?
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Resultado
  θt=30∘n=3=1,73  \boxed{\;\theta_t = 30^\circ\qquad n = \sqrt{3} = 1{,}73\;}
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Estrategia

Por la ley de la reflexión, el rayo reflejado sale con el mismo ángulo que el incidente, 60∘60^\circ respecto a la normal. Con el dato del ángulo entre el reflejado y el transmitido se obtiene el ángulo de refracción, y la ley de Snell da el índice nn.
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Desarrollo

Esquema: la normal es perpendicular a la superficie. El rayo reflejado forma 60∘60^\circ con la normal (por encima de la superficie) y, por tanto, 90∘−60∘=30∘90^\circ - 60^\circ = 30^\circ con la superficie. El rayo transmitido forma un ángulo θt\theta_t con la normal (por debajo) y 90∘−θt90^\circ - \theta_t con la superficie.

El ángulo entre el reflejado y el transmitido es la suma de los dos ángulos que forman con la superficie:(90∘−60∘)+(90∘−θt)=90∘⟹θt=30∘(90^\circ - 60^\circ) + (90^\circ - \theta_t) = 90^\circ\quad\Longrightarrow\quad \theta_t = 30^\circ(Dicho de otra forma: θr+90∘+θt=180∘\theta_r + 90^\circ + \theta_t = 180^\circ.)

Ley de Snell, con naire=1n_{\text{aire}} = 1:nairesin⁡60∘=nsin⁡30∘⟹n=sin⁡60∘sin⁡30∘=3/21/2=3=1,73n_{\text{aire}}\sin 60^\circ = n\sin 30^\circ\quad\Longrightarrow\quad n = \frac{\sin 60^\circ}{\sin 30^\circ} = \frac{\sqrt{3}/2}{1/2} = \sqrt{3} = 1{,}73Es mayor que 11, como debe ser: el rayo se acerca a la normal al entrar en un medio más refringente.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Haz siempre el dibujo con la normal. Los ángulos de la ley de Snell se miden desde la normal, no desde la superficie, y el reflejado y el transmitido están a uno y otro lado de ella.
Paso 1 de 3
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