BUC: Física II Práctica N 1: Óptica geométrica.

BUC: Física II
Práctica N0 1: Óptica geométrica.
Problema 1: Un haz de luz en el vacío incide sobre
una superficie plana de vidrio. En el vacío la luz
forma un ángulo de 32.5º con la normal a la
superficie, y en el vidrio uno de 21.0o con esa
normal. Determinar el índice de refracción del
vidrio.
que el índice de refracción del aire sobre la pista
varíe con la altura de acuerdo con n=n0(1+a.y)
donde n0 es el índice de refracción en la superficie
de la ruta y a=1.5 10-6 m-1. Sus ojos están puestos a
una altura h=1.7 m del piso. ¿Más allá de que
distancia horizontal d no puede verse la ruta?
Problema 2: Una placa de vidrio de 0.6 cm de
espesor tiene un índice de refracción de 1.55
Cuánto tarda una pulsación de luz en pasar a través
de la placa?
Problema 3: Cuando el tanque rectangular de
metal de la figura se llena hasta el borde con un
líquido desconocido, un observador con los ojos al
nivel de la parte superior del tanque puede ver
precisamente la esquina E. Determinar el índice de
refracción del líquido.
Problema 6: En la figura, B está caminando hacia
el centro de un espejo vertical M de ancho d=30cm.
¿Cuán cerca del espejo deberá estar B para que S
pueda verlo? Considerar los casos en que B es
puntual y en que B tiene un ancho de 20 cm.
Problema 4: La luz de un láser penetra un bloque
de vidrio en A y emerge en B. El bloque tiene una
longitud L=54.7 cm y un índice de refracción
n=1.63. El ángulo de incidencia es θ=24.0o.
Calcular el tiempo necesario para que la luz
atraviese el bloque.
Problema 7: Dos espejos planos forman un ángulo
de 30º entre sí. Localice gráficamente cuatro
imágenes de un punto luminoso A colocado entre
los dos espejos.
Problema 5: Usted está parado sobre una ruta
asfaltada plana y recta. Un gradiente de
temperatura vertical en el aire da como resultado
Práctica N0 1: Optica Geométrica
Problema 8: Un muchacho de 1.50 de estatura
apenas puede ver su imagen en un espejo plano
vertical que se encuentra a 3 m de distancia. Sus
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ojos se encuentran a 1.40m del piso. Determine la
altura del espejo y la posición medida desde el piso
del espejo más corto en que puede ver
completamente su imagen.
sostiene muy cerca de sus ojos. A qué distancia del
trabajo debe colocarse la lente y cuál es el poder de
amplificación de ésta?
Problema 9: Dónde se debe colocar un objeto
respecto a un espejo esférico cóncavo de radio 180
cm para que se forme una imagen real y que tenga
la mitad de las dimensiones lineales del objeto.
Dibujar la trayectoria de los rayos que considere
necesarios para explicar la situación.
Problema 18: En un microscopio compuesto el
objetivo y el ocular tienen distancias focales de
+0.8 y +2.5 cm respectivamente. La imagen real A
formada por el objetivo está a 16 cm de éste.
Determine la amplificación total si el ojo se
mantiene cerca del ocular y se observa la imagen
virtual B a una distancia de 25cm.
Problema 10: ¿Qué clase de espejo esférico se
debe utilizar y cuál tiene que ser su radio para que
forme una imagen derecha de 1/5 de la altura de un
objeto colocado a 15 cm frente a él?
Problema 19: Calcule el poder de amplificación de
un telescopio que tiene un objetivo y un ocular de
distancias focales +60 y +3 cm respectivamente,
cuando está enfocado para rayos paralelos.
Problema 11: El diámetro del sol subtiende un
ángulo de ~32 minutos en cualquier punto de la
tierra. Determinar la posición y diámetro de la
imagen solar formada por un espejo esférico
convexo de radio 400 cm.
Problema 20: En la lente gruesa que se utilizo en
la practica de laboratorio, se hace incidir un rayo
laser paralelo al eje de la lente a distancias
variables. Sabiendo que la lente esta llena de agua
(n=1,33), que el radio de la lente es de 12cm y el
espesor del acrílico (n=1,5) es de 3mm, a que
distancia del eje se producirá reflexión total dentro
de la lente?
Problema 12: Una lente convexa tiene una
distancia focal de +12cm. Determinar por
construcción y analíticamente la posición y tamaño
de la imagen para un objeto de 4cm de altura
ubicado en:
20 cm
8 cm
Problema 13: Idem que el problema 12 pero para
una lente cóncava con una distancia focal de –12
cm.
Problema 14: Una lente tiene una cara convexa
con un radio de curvatura de 20 cm y la otra cara es
cóncava con un radio de curvatura de 40 cm. La
lente está hecha de vidrio con índice de refracción
1.54. Calcule la distancia focal de la lente y diga si
es una lente convergente o divergente.
Problema 15: Cierta persona miope no puede
distinguir objetos que estén mas allá de 80 cm.
Cual es el poder en dioptrías de las lentes de sus
anteojos, los cuales le permitirán ver con claridad
los objetos distantes?
Problema 16: Una cámara da una imagen clara de
un paisaje distante cuando la lente está a 8cm de la
película. Que ajuste se requiere para conseguir una
buena fotografía de un objeto colocado a 72 cm de
la lente?
Problema 21: Sobre un banco óptico se coloca un
objeto, y a 15 cm de él se pone una lente
convergente de distancia focal 10 cm.
a) ¿Dónde se forma la imagen (real o virtual?) de
este objeto?.
b) Una segunda lente, divergente, de distancia
focal 5 cm, se ubica entre la primera y la
imagen hallada en el punto a). ¿Dónde hay que
poner esta segunda lente para que la imagen
del conjunto pueda recogerse en una pantalla
ubicada a 40 cm de la primera lente?
c) Calcular el aumento total del sistema.
Problema 22: Se tiene una objeto y una pantalla,
separados por una distancia D. Entre ellos se coloca
una lente convergente de distancia focal f. Analizar
para que valores de D (en función de f) esta
construcción
a) No produce imagen real sobre la pantalla.
b) Existe una posición de la lente en la cual se
produce la imagen sobre la pantalla.
c) Hay dos posiciones para las cuales se obtiene
la imagen sobre la pantalla.
d) Tomando D=16 f, hallar las posiciones de la
lente en que se obtienen imágenes sobre la
pantalla, y el aumento resultante en cada caso.
Hacer un esquema con el camino de rayos para
cada situación.
Problema 17: Una persona que se dedica a grabar
objetos y que tiene vista normal utiliza una lente
convergente de distancia focal 8 cm, la cual
Práctica N0 1: Optica Geométrica
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BUC: Física II
Práctica N 2 Interferencia y Difracción
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Problema 1: Analice el experimento de
interferencia entre dos ranuras paralelas para
el caso que estén separadas 0.8 mm y a una
distancia de 50 cm .La distancia entre dos
mínimos cercanos al centro es de 0.304 mm. ¿
Cuál es la longitud de onda de la luz?
Problema 8: Deseamos recubrir una placa de
vidrio (n=1.5) con un material transparente
(n=1.25) de tal modo que no refleje luz de
?=620 nm (en el vacío) que incide
normalmente. ¿Cuál es el mínimo espesor que
debe tener el recubrimiento?.
Problema 2: Se lleva a cabo un experimento
con una rendija doble con luz de ?=512 nm.
Las rendijas están separadoas 1.2 mm y la
pantalla está a 5.4 m de distancia. Determinar
la separación con que se ven las franjas
brillantes.
Problema 9: Dos placas de vidrio están
separadas por una película de aire de espesor
d. Suponiendo que la reflexión se produce en
la superficie inferior de la placa de arriba, y en
la superior de la placa de abajo, ¿para qué
espesores d interferirán los rayos constructiva
y destructivamente? Suponga λ=600 nm.
Problema 3: Si la distancia entre los mínimos
primero y décimo de un patrón de rendija
doble es de 18 mm, las rendijas están
separadas por 0.15 mm con la pantalla ubicada
a 50 cm, ¿cuál es la longitud de onda
empleada?
Problema 4: La fuente A de ondas de radio se
adelanta a la fuente B en π/2. La distancia rA a
un detector es mayor que la distancia rB en 100
m. ¿Cuál es la diferencia de fases en el
detector?. La longitud de onda es ?=400 m.
Problema 5: Luz de ?=600 nm incide sobre
dos rendijas angostas separadas por 0.06 mm.
Trazar elpatrón de la intensidad observada en
una pantalla distante en función del ángulo ?
para el intervalo de valores 0<?<0.004
radianes.
Problema 6: Demuestre que el semiancho
angular ? ? de las franjas de interferencia de la
doble rendija está dado por ? ?=?/2d, si ? es lo
suficientemente chico como para que valga la
aproximación sen(?)˜ ?. El semiancho angular
es el ángulo entre los dos puntos de la franja
donde la intensidad es la mitad del máximo.
Problema 7: Dos fuentes sonoras emiten
ondas idénticas de 20 cm de longitud de onda
a lo largo del eje +x. ¿En qué separación de las
fuentes sobre este eje, una persona, también
ubicada sobre el eje y que se encuentra más
allá de las fuentes escuchará a) el sonido mas
fuerte b) el sonido mas débil.
Práctica N0 13: Interferencia y Difracción
Problema 10: Dos placas de vidrio forman
una cuña donde el espaciador es una tira de
papel de Aluminio. La película de aire
contenida en la cuña se examina con la luz
amarilla del Na (589nm) la cual se refleja
normalmente en las dos superficies. Se
observan 42 mínimos de interferencia. Calcule
el espesor de la tira de Aluminio.
Problema 11:¿Cuál es el espesor mínimo que
puede tener de una película de jabón para que
ésta se vea oscura al ser observada
perpendicularmente con luz de sodio. λ =
598.3 n (jabón) = 1.38
Problema 12: Se recubre una lente con
fluoruro de magnesio(n=1,38). Calcule el
espesor mínimo de dicha película para
transmisión máxima para la luz azul
(λ=400nm). Idem para la luz roja (λ=700nm).
Problema 13: Dos placas de vidrio paralelas
están separadas por una pequeña distancia d.
Si se la ilumina con luz roja ( λ=680nm). Para
qué distancia d mínima (d≠0):
1. a)se reflejará hacia el observador
2. b)se transmitirá a través de las placas
d
1
Problema 14: La figura muestra una cuña de
aire. Si se la ilumina con luz monocromática ,
encuentre las posiciones de los máximos en
función del espesor de la cuña desde el vértice
al máximo t. . Calcule el número de franjas
oscuras como función de λ y t.
t
Problema 15: En un experimento para
mostrar los anillos de Newton, se coloca una
lente plano convexa sobre una placa de vidrio
plana. Cuando la lente se ilumina a incidencia
normal, un observador que ve desde arriba
distinguirá anillos brillantes y oscuros
centrados en el punto de contacto, el cual es
oscuro (por qué?). Calcular el espesor de la
película de aire en el tercer anillo oscuro y
en el segundo brillante. Tomar λ = 500 nm
Problema 16: Se usa un aparato de anillos de
Newton para determinar el radio de curvaturta
de una lente. Se mide el diámetro de los
anillos brillantes n-esimo y n+20 y se
encuentra que son 0.162 cm y 0.368 cm
respectivamente, para luz de ?= 546 nm.
Calcular el radio de curvatura de la superficie
inferior de la lente.
Problema 17: Cuando la longitud de uno de
los brazos del interferómetro de Michelson se
incrementa ligeramente, 150 franjas oscuras
barren el campo de visión. Si la luz usada es
de λ=480nm ¿cuánto recorrió el espejo
colocado en ese brazo?.
Problema 18: Una ranura de 0,20mm de
ancho se ilumina con luz monocromática de
λ=480nm y se forma una imagen de difracción
a 1m de la ranura. Calcule el ancho de la franja
central y la distancia entre la segunda y la
tercera franja clara.
Problema 19: Una sola ranura de ancho
s=0.1mm se ilumina con una luz de rayos
paralelos de longitud de onda 600 nm En una
pantalla que se encuentra a 40 cm se observan
las franjas de difracción. ¿A que distancia se
encuentra la tercera franja oscura de la franja
brillante central?
Práctica N0 14: Interferencia y Difracción
Problema 17: Luz de ?=633 nm de longitud
de onda incide sobre una rendija angosta. El
ángulo entre el primer mínimo en un lado del
máximo central y el primer mínimo del otro
lado es de 1.97o. Encontrar el ancho de la
rendija.
Problema 18: Una rendija de 1.16 mm de
ancho es iluminada por luz de ?=589 nm. El
patrón de difracción se observa en una pantalla
alejada a 2.94 m. Determine la distancia entre
los dos primeros mínimos de difracción en el
mismo lado del máximo central.
Problema 19: Sobre una rendija de 25.2 µm
de ancho incide luz monocromática de ?=538
nm. La distancia entre la rendija y la pantalla
es de 3.48 m. Considérese un punto sobre la
pantalla a 1.13 cm del máximo central. a)
Calcular ?. b) Calcular a c) Calcular la razón
entre la intensidad en ese punto y la intensidad
en el máximo central.
Problema 20: Al iluminarse con luz
monocromática una rejilla de difracción de
1000 líneas/cm, se produce un máximo de
primer orden a 4.5cm el máximo central sobre
una pantalla a 1m de distancia. Cuál es el λ de
la luz?
Problema 21: Una rejilla de difracción está
diseñada para que el extremo rojo del visible
(λ=700nm) tenga una distancia angular de 7.5º
desde el centro al máximo de segundo orden.
Cuántas lineas por cm tiene la rejilla?
Problema 22: Una luz roja incide
normalmente sobre una rejilla de difracción
de 4000 lineas/cm, y la imagen de segundo
orden se difracta 34º a partir de la normal.
Calcule la longitud de onda de la luz.
Problema 23: Dos fuentes de luz se
encuentran separadas 50 cm. Estas son
observadas por un ojo a la distancia L. La
pupila de entrada del ojo del observador tiene
como diámetro 3 mm Si el ojo fuera perfecto,
el factor límite para resolver las dos fuentes
sería el de difracción. Dentro de ese límite, ¿
qué tan grande debe ser L para que las fuentes
se continúen viendo como dos objetos
separados? Tomar λ = 500 nm, que es una
longitud de onda media para el visible.
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