Información importante. 1. La Luz 2. Propagación de la luz

Preuniversitario Solidario
Fı́sica común
Guı́a 15
Información importante.
Aprendizajes esperados: Es guı́a constituye una
herramienta que usted debe manejar para poder
comprender los conceptos de:
La luz como una onda electromagnética
Fenómenos ondulatorios de la luz
Figura 1: Espectro electromagnético
1.
La Luz
2.
La luz visible es un tipo de onda electromagnética, es decir, es una perturbación
del campo electromagnético que se propaga a través del espacio. Probablemente
resulte difı́cil imaginar una perturbación del campo electromagnético, pero ¡no es
necesario imaginarlo, pues podemos verlo! En realidad, es lo único que podemos
ver, ya que como su nombre lo indica, la luz visible es todo lo que nuestros ojos
pueden percibir.
2.1.
Rapidez de la luz
Un aspecto interesante de la luz, y de las ondas electromagnéticas en general, es
que se propagan a la máxima rapidez alcanzable en el universo, la cual corresponde
aproximadamente a 3 · 108 [m/s] en el vacı́o, es decir, un rayo de luz demorarı́a un
segundo en dar siete vueltas y media a la tierra.
Pero la luz visible es sólo un tipo de onda electromagnética, correspondiente a
una breve porción del espectro electromagnético, el cual incluye a todos los demás
tipos de ondas de esta clase, como lo son los rayos gamma, los rayos X, la radiación ultravioleta, la radiación infraroja y las ondas de radio, ordenados según su
longitud de onda, de menor a mayor.
Coordinación Fı́sica
Nicolás Soto Muñoz
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Propagación de la luz
Eso sı́, como ya hemos visto anteriormente, la rapidez de propagación de una
onda depende exclusivamente del medio en que esta se encuentre, y las ondas
electromagnéticas no son la excepción: mientras más denso sea el medio, más lento
se propagan. A continuación se muestran algunas rapideces en distintos medios.
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2.2
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Principio del tiempo mı́nimo
Medio
Vacı́o
Aire
Agua
Cuarzo
Diamante
Rapidez [m/s]
299.792.458
299.705.543
224.844.349
194.166.099
124.034.943
Cuadro 1: Rapidez de la luz en distintos medios
A cada medio se le puede asociar un ı́ndice de refracción (n), el cual corresponde
al cuociente entre la velocidad de la luz en el vacı́o (c) y la velocidad de la luz en
dicho medio (vm ), es decir:
n=
c
vm
Figura 2: Reflexión
2.2.
Principio del tiempo mı́nimo
Para responder esta pregunta utilizamos el principio del tiempo mı́nimo: Sabemos que el rayo irá por la trayectorı́a que le tome el menor tiempo, por lo que
si proyectamos el punto B al otro lado de la superficie (punto B’) resulta natural
que la trayectoria seguida sea la linea recta que una A con B’. Pues bien, por
simetrı́a, el largo del camino tomado por la luz será el mismo en ambos lados de
la superficie.
Ası́, concluimos que el triángulo BCB’ es isósceles y luego se tiene que:
Otra caracterı́stica importante de la propagación de las ondas electromagnéticas
es que siempre recorren el camino que les toma menos tiempo para ir de un lugar
a otro.
Esto tiene varias consecuencias, la más obvia es que al propagarse dentro de
un medio uniforme, la luz siempre lo hará en lı́nea recta
Este principio también es sumamente útil para analizar cualitativa y cuantitativamente algunos fenómenos ondulatorios vistos anteriormente, como lo son la
reflexión y la refracción.
θr = θi
2.2.1.
Reflexión
2.2.2.
Imaginemos que una onda luminosa debe llegar del punto A al punto B de la
figura, ambos en un mismo medio uniforme, rebotando en algún lugar (punto C)
de una superficie reflectora. ¿Qué camino seguirá?
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Refracción
Imaginemos ahora que la luz pasa de un medio A a un medio B que es más
denso ¿Qué camino seguirá?
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3.
Ejercicios
1. Cuando un haz de luz pasa del aire al agua, el rayo refractado:
I. Se aleja de la normal.
II. Se acerca a la normal.
III. Mantiene constante su frecuencia.
a) Sólo I
b) Sólo II
c) Sólo III
d ) Sólo I y III
e) Sólo II y III
2. De las siguientes aseveraciones, indique cual es verdadera:
a) Las ondas electromagnéticas solo se propagan en el vacı́o.
b) Las ondas siempre transportan masa y energı́a.
c) La elongación corresponde a la amplitud máxima.
d ) Las ondas sonoras son un ejemplo de ondas transversales.
e) La longitud de onda comprende un monte y un valle.
Figura 3: Refracción
3. El orden creciente de los colores de acuerdo a su frecuencia es:
Pues en este caso, la luz ya no seguirá la linea recta entre ambos puntos, ya que
al tener que hacer el recorrido en el menor tiempo posible, es más conveniente que
el recorrido en el medio menos denso (donde viaja más rápido) sea más largo que
el recorrido en el medio más denso (donde viaja más lento).
En efecto se cumple que:
a) Rojo, amarillo, azul, violeta.
b) Rojo, azul, amarillo, rojo.
c) Violeta, azul, amarillo, rojo.
d ) Azul, amarillo, violeta, rojo.
e) Amarillo, violeta, azul, rojo.
vA
sin(θi )
=
⇒ nA · sin(θi = nB · sin(θr
sin(θr )
vB
4. Un rayo de luz atraviesa un vidrio. Respecto a su velocidad al salir del vidrio.
Se puede afirmar que es:
Donde vA y vB corresponden a las velocidades de la luz en el medio A y en el
medio B respectivamente.
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a) Mayor que antes de incidir en el vidrio
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b) Igual que antes de incidir en el vidrio
e) Dispersión
c) Menor que antes de incidir en el vidrio
8. Un niño apunta un rayo de luz roja a un prisma para observar el fenómeno
de dispersión cromática. El(los) color(es) que el niño observara al emerger del
prisma será(n):
d ) Menor o igual que antes de incidir en el vidrio
e) No se puede determinar
I. Rojo
5. El orden creciente de los colores de acuerdo a su longitud de onda es:
II. Todos, excepto el rojo
a) Violeta, verde, naranjo, rojo.
III. Todos, incluyendo el rojo.
b) Verde, violeta, naranjo, rojo.
a) Solo I
c) Rojo, naranjo, verde, violeta.
b) Solo II
d ) Naranjo, violeta, rojo, verde.
c) Solo III
e) Rojo, verde, naranjo, violeta.
d ) No se puede determinar
6. Respecto a la luz es correcto afirmar que:
e) Ninguno
I. Es de naturaleza electromagnética
9. La rapidez de la luz en cierto vidrio es 2x108 [m/s]. ¿Cuál es el ı́ndice de
refracción del vidrio?
II. Es una onda transversal
III. No se propaga en medios materiales
a) 1, 5
a) Solo I
b) 2
b) Solo II
c) 2, 5
c) Solo III
d) 3
d ) Solo I y II
e) 3, 5
e) I, II y III
10. Las ondas recibidas por la antena de un televisor y las emitidas por su pantalla:
7. El mito del Caleuche en Chiloé puede tener su explicación cientı́fica en el
fenómeno de:
I. Son de la misma naturaleza
II. Difieren en su longitud de onda
a) Reflexión
III. Tienen distintas velocidades
b) Refracción
c) Difracción
a) Sólo I
d ) Absorción
b) Sólo II
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c) Sólo III
d ) Sólo I y II
e) Sólo I y III
4.
Respuestas
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