FÍSICA II - 2004 Segunda parte

FÍSICA II - 2004
Segunda parte
1.- Ondas Electromagnéticas. Ondas electromagnéticas. Intensidad, vector de Poynting. Reflexión,
transmisión, leyes de Snell, ecuaciones de Fresnel. Polarización. Reflexión total. Polarización por
reflexión.
2.- Óptica geométrica. Espejos esféricos. Dióptricos esféricos. Lentes delgadas. Aumentos laterales,
axiales y angulares. Instrumentos ópticos simples: lupa, microscopio, telescopios refractores y
reflectores.
3.- Interferencia. Diferencia de camino óptico. Interferencia. Películas delgadas. Cuñas de aire. Anillos
de Newton. Experiencia de Young.
4.- Difracción. Difracción de Fraunhofer por una rendija rectangular. Difracción e interferencia en una
experiencia de Young. Difracción de Fraunhofer por un apertura circular. Resolución de un instrumento.
Red de difracción. Poder resolvente de una red.
5.- Polarización. Fotometría. Espectrofotometría.
TRABAJO PRÁCTICO Nº 1.
Problema 1: El campo eléctrico de una onda electromagnética en el vacío se representa como: E x= Ez=
0; Ey= 100 sen (1 x 107 x - t), donde todas las magnitudes están expresadas según el Sistema
Internacional de Medidas (SI). Determinar: a) la longitud de onda, la frecuencia f y la dirección de
propagación, b) las componentes x, y, z del campo magnético, c) el vector de Poynting, d) la intensidad
transportada por la onda.
Problema 2: El haz de un láser de 1 mW es expandido y colimado como en la figura. a) ¿Qué valor de
potencia medirá un detector de 1 cm 2 ubicado en el punto A? b) ¿Cuánto vale el módulo del vector de
Poynting en A? c) Calcule la amplitud de los vectores E y B en el punto A.
Láser
A
1 mm
50 mm
Problema 3: El filamento de una lámpara incandescente tiene una resistencia de 50  y consume una
corriente de 1 A.
a)
¿Cuál es la potencia emitida por la lámpara en forma de ondas e. m.?
b)
Suponga que un 5 % de la potencia se emite en el visible donde la longitud de onda
representativa se considera igual a 555 nm. Encuentre las amplitudes de E y B (suponga una onda
esférica) a 1 m del filamento.
c)
Repita a 5 m de la lámpara.
Problema 4. ¿Cual es la potencia emitida por el Sol si a la parte alta de la atmósfera terrestre llega una
intensidad de 1,35 kW/m2? La distancia media entre el Sol y La Tierra es 1,5 x 1011 m.
A
B

n = 1,5
Problema 5: Reflexión total interna. Calcular el ángulo máximo de incidencia en A para que haya reflexión
total interna en B.
a)
el bloque está en el aire,
b)
el bloque está sumergido en agua.
c)
Discuta el funcionamiento de los prismas utilizados como espejos.
Problema 6: (ecuaciones de Fresnel) Una superficie de vidrio (n =1,5) está recubierta por una película
de un material transparente. ¿Cuál es el índice de la película si se refleja prácticamente la misma
cantidad de luz en la primer superficie que separa el aire de la película, que en la segunda, que separa la
película del vidrio?. Suponga que la cantidad de luz que incide en la película es la misma que llega al
vidrio. Recuerde este ejercicio para luego poder diseñar películas antirreflectantes.
Problema 7: a) Luz natural de intensidad Io incide sobre un polarizador A cuyo eje de transmisión es
vertical. La luz trasmitida incide a su vez sobre un polarizador B orientado con su eje perpendicular al
anterior. ¿Cuánto vale la intensidad antes y después del polarizador B?
c) Se introduce entre ambos polarizadores un tercer polarizador con su eje formando 45 grados con la
dirección de A. ¿Cuánto vale la intensidad a la salida de B?
d) B se rota 90 grados, ¿cuál es la intensidad a la salida? ¿Por qué?
Polaroids cruzados
Problema 8. Espejos planos. Una estudiante tiene una altura de 1,65 m y sus ojos están a 120 mm de
la parte mas alta de su cabeza. Si desea verse completa en un espejo plano vertical. a) ¿ Que altura
mínima debe tener el espejo? b) ¿depende la respuesta de la distancia entre la estudiante y el espejo?
Problemas adicionales
Problema 9. Una cierta clase de vidrio tiene un índice de refracción de 1.650 para la luz azul y un índice de
refracción de 1.615 para la luz roja. Si un haz que contiene estos dos colores incide con un ángulo de 30º
sobre un bloque de caras paralelas de este vidrio, (a) ¿Cuales el ángulo entre los dos haces dentro del
vidrio? (b) Que espesor debería tener el vidrio para que, al salir, los haces estén separados por 1 cm?
Problema 10. Una fibra óptica consiste de un núcleo central de vidrio de SiO 2 generalmente dopado con Ge
de índice de refracción n1 rodeada de un material similar pero de índice de refracción n 2, como muestra el
esquema. El ángulo de aceptación de la fibra es el máximo valor que puede tomar  sin que la luz incidente
desde el aire escape del núcleo y pueda, de ese modo, propagarse por la fibra. a) Si la fibra trabaja por
reflexión total interna, muestre que n2 < n1. b) Encuentre el ángulo de aceptación para n1 = 1,50, y n2 = 1,49,
si la fibra óptica está sumergida en aire.
Problema 11. Angulo de polarización
(Brewster). Modelo del dipolo radiante. La luz
incide sobre la superficie del agua (índice 4/3)
bajo un ángulo tal que la luz reflejada (rayo 1 de
la figura) está completamente polarizada en un
plano. a) ¿Cuál es el ángulo de incidencia? b) La
parte refractada dentro del agua llega a una
placa de vidrio (índice 3/2) donde la reflexión
también está linealmente polarizada (rayo 2).
¿Cuál es el ángulo  formado entre la superficie
del vidrio y la del agua?
Problema 12: En una disposición de tres polaroids, como la del problema anterior, los extremos están
cruzados y el del centro gira con una velocidad angular . Calcular la intensidad transmitida en función
del tiempo si la luz incidente no está polarizada.
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