REFRACCIÓN DE LA LUZ EJERCICIOS RESUELTOS DE LEY DE SNELL PDF
Nuestro objetivo será describir y entender las leyes de refracción de la luz y de snell, analizando su aplicación en el estudio de los espejos y las lentes.
¿QUÉ ES LA REFRACCIÓN DE LA LUZ?
La refracción de la luz es un fenómeno luminoso donde, la luz cambia de dirección al pasar de un medio transparente a otro también transparente con propiedades ópticas diferentes.
Este fenómeno se explica de manera satisfactoria utilizando la teoría ondulatoria.
¿QUÉ DICE LA LEY DE SNELL?
La ley de snell nos dice que el índice de refracción del medio en el cual se propaga el rayo incidente, multiplicado por el seno del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del medio en el cual se propaga el rayo refractado, multiplicado por el seno del ángulo de refracción.
☛ Si un rayo de luz pasa de un medio, a otro más denso, el rayo refractado se acerca a la normal.
☛ Si un rayo de luz pasa de un medio, a otro menos denso, el rayo refractado se aleja de la normal.
☛ Refracción es aquel fenómeno luminoso que consiste en el cambio de dirección que experimenta la luz al atravesar la superficie de separación de dos medios de diferente densidad (Una de las propiedades ópticas).
☛ El fenómeno de refracción de la luz explica el funcionamiento de los telescopios, proyectores, cámaras fotográficas, telescopios, lupas, lentes, etc.
☛ Explica porqué los cuerpos en el agua se ven quebrados, porqué los cuerpos sumergidos en el agua se ven más cerca a la superficie (profundidad aparente).
☛ Explica los fenómenos del espejismo, refracción atmosférica, dispersión de la luz, etc.
¿A qué se debe que la luz se desvíe de su trayecto al pasar a otro medio?
La desviación del rayo al pasar a otro medio es causada por la diferentes propiedades electromagnéticas que presentan las sustancias.
Para caracterizar ópticamente a cada medio, se emplea una cantidad adimensional denominada índice de refracción
ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE UN MEDIO
Llamado también densidad óptica del medio, es un número que está relacionado con la rapidez de la luz de un medio dado. Este número depende del estado físico del medio (temperatura, densidad, tensiones, elásticas, etc.).
Depende también del comportamiento de la propia luz.
ÁNGULO LIMITE
Cuando un rayo luminoso pasa de un medio denso a otro menos denso, el rayo refractado se aleja de la normal, de modo que si el ángulo de incidencia aumenta, hasta que llega un momento en que ángulo de refracción mida 90° y el rayo luminoso sale al ras de la superficie de separación, el ángulo de incidencia que corresponde a esa refracción se llama ángulo límite.
REFLEXIÓN TOTAL
Cuando un rayo luminoso pasa de un medio denso a otro menos denso y el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite, el rayo ya no se refracta; si no más bien se refleja en la superficie como si éste fuera un espejo, en esas condiciones, la luz no puede salir del medio y el fenómeno se llama reflexión total, también se llama espejismo.
PROBLEMA 1 :
Un rayo de luz pasa a un cristal desde un medio cuyo índice de refracción es igual a 1,5. La. refracción total se produce cuando el ángulo de incidencia es igual a 60°, Encuentre el ángulo de incidencia con el cual se produce la refracción total cuando el rayo de luz pasa a dicho cristal desde un medio cuyo índice de refracción es igual a 1,8. Dé como respuesta . la tangente del mencionado ángulo.
A) 3/√23
B) 4/√23
C) 5/√23
D) 6/√23
E) 7/√23
RESOLUCIÓN :
Rpta. : "C"
PRACTICA
PREGUNTA 1 :
¿Cuál de los siguientes fenómenos de la luz se debe a la refracción de la luz?
I) La formación de la imagen en un espejo.
II) Lápiz aparentemente doblado en el interior de un vaso con agua.
III) La aparente vibración de las estrellas.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) II y III
PREGUNTA 2 :
Indicar que proposiciones están relacionados con la refracción de la luz.
I) Desviación que experimenta un haz de luz.
II) Rebotan sobre una superficie.
III) Atraviesan de una sustancia a otra.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) I y III
PREGUNTA 3 :
Indicar V o F según corresponda:
I) El índice de refracción es una cantidad adimensional.
II) El medio se denomina translúcido cuando permite ver los cuerpos del otro lado.
III) El índice de refracción esta relacionado con la velocidad de propagación de la luz.
a) VFV
b) FFV
c) FVV
d) VVV
e) VFV
PREGUNTA 4 :
Indicar V o F respecto a la refracción de la luz:
I) La velocidad de propagación de la onda luminosa no cambia.
II) La frecuencia del haz luminosa permanece invariable.
III) La longitud de onda del rayo luminoso cambia.
a) VFV
b) VFF
c) VVV
d) FVV
e) FVF
PREGUNTA 5 :
Si el índice de refracción de una sustancia es 4/3. Hallar la velocidad de propagación de la luz en el medio.
A) 4×10⁸ m/s
B) 2,25×10⁸
C) 22,5×10⁶
D) 2,25×10⁵
E) 4×10⁵
PREGUNTA 6 :
¿Cuántas sustancias de las mostradas son transparentes?
I) Agua
II) Concreto
III) Plástico
IV) Madera
V) Aire
A) I y III
B) II y IV
C) I y V
D) I, III y V
E) II, III, IV
PREGUNTA 7 :
Si la luz al propagarse en una sustancia disminuye su velocidad en un 25%. Hallar el índice de refracción del medio.
a) 3/4
b) 4/3
c) 5/4
d) 1/4
e) 4
PREGUNTA 8 :
En una sustancia un haz de luz se propaga con una velocidad de 200 000 km/s. Hallar el índice de refracción.
a) 0,6
b) 1,5
c) 0,5
d) 1,6
e) 2,5
PREGUNTA 9 :
El diamante tiene un índice de refracción n=2,5, ¿Cuál es la velocidad de la luz en el diamante en km/s?.
A) 180 000
B) 120 000
C) 160 000
D) 250 000
E) 240 000
PREGUNTA 10 :
Al incidir un rayo luminoso en un medio transparente, su rapidez se ve afectada disminuyendo en un 60%. Determinar el índice de refracción del medio.
A) 1,5
B) 1,3
C) 2
D) 2,5
E) 1,8
PREGUNTA 11 :
Calcular el ángulo crítico de una sustancia que tiene como índice de refracción n=2, si un rayo luminoso viaja de la sustancia al aire.
A) 15°
B) 16°
C) 37°
D) 20°
E) 30°
PREGUNTA 12 :
Si la velocidad de la luz fuera la misma en todos los medios que atraviesa ¿Cuál de los siguientes, fenómenos no podría ocurrir?
A) Interferencia
B) Difracción
C) Polarización
D) Refracción
E) Dispersión
Rpta. : "D"
PREGUNTA 13 :
¿Cuántas de las siguientes proposiciones son falsas? respecto de la refracción de la luz.
i) Para que produzca refracción la luz debe penetrar oblicuamente hacia un medio distinto del vacío.
ii) El fenómeno de refracción involucra un cambio en la frecuencia de la luz.
iii) Un haz de luz que se refracta hacia un medio de mayor índice de refracción, lo hace bajo un ángulo mayor que el de incidencia.
A) 1
B) 2
C) 3
D) ninguna
Rpta. : "C"
PREGUNTA 14 :
Un rayo de luz incide desde el aire sobre la superficie plana de un material transparente con un ángulo de 53° respecto a la normal. Se observa que los rayos reflejado y refractado son mutuamente perpendiculares.
¿Cuál es el ángulo crítico para la reflexión total interna?
A) sen−¹(0,30)
B) sen−¹(0,45)
C) sen−¹(0,50)
D) sen−¹(0,75)
E) sen−¹(0,90)
Rpta. : "D"
PREGUNTA 15 :
Cuando se sumerge en el agua , un buzo ve el Sol a un ángulo aparente de 45° respecto de la vertical.
¿A qué ángulo respecto de la vertical vería el Sol el buzo si estuviese fuera del agua?
(índice de refracción del agua n=1,33)
A) sen−¹(0,34)
B)sen−¹(0,52)
C) sen−¹(0,62)
D) sen−¹(0,82)
E) sen−¹(0,94)
Rpta. : "E"
PREGUNTA 16 :
El agua tiene un índice de refracción 4/3, ¿bajo que ángulo debiera incidir un haz luminoso sobre la superficie del agua para que el haz reflejado esté polarizado en un plano?
A) 16°
B) 37°
C) 45°
D) 53°
E) 60°
Rpta. : "D"
PREGUNTA 17 :
Un haz de luz luego de incidir en un vidrio de forma esférica de índice de refracción, se refracta con un ángulo de 37°.
Determine el ángulo de refracción cuando emergen de vidrio.
A) 15°
B) 30°
C) 37°
D) 53°
E) 60°
Rpta. : "D"
PREGUNTA 18 :
¿Cuál ha de ser el ángulo de incidencia de un rayo en un prisma de 60° que incide para que emerja con la mínima desviación?
A) 30°
B) 37°
C) 45°
D) 53°
E) 60°
Rpta. : "C"
ESPEJISMO
Se produce cuando el rayo de luz se refracta en una zona muy cálida como el desierto.
Cuando el suelo se encuentra muy caliente (en un verano cálido), las capas de aire que se encuentran en contacto con el suelo, están mas calientes que en las zonas alejadas del suelo; por esta razón la densidad del aire aumenta con la altura, doblándose o refractándose el rayo luminoso que se dirige al observador.
Se sabe que cuando los rayos luminosos viajan de mayor a menor densidad se refractan alejándose de la normal, por eso en el gráfico que se muestra; un rayo va incidiendo con ángulos cada vez mayores, por sucesivas refracciones hasta alcanzar el ángulo límite y a partir de entonces se produce la reflexión total, llegando el rayo luminoso a los ojos del observador.
PROFUNDIDAD APARENTE
Es un fenómeno de la refracción de la luz donde los objetos sumergidos en un medio transparente (agua, vidrio) aparentemente esta a menor profundidad de la que están.
REFRACCIÓN ATMOSFÉRICA
Cuando un rayo luminoso del espacio ingresa a la atmósfera, pasa por las distintas capas de aire refractándose de menor a mayor densidad acercándose a la normal.
PRISMA ÓPTICO
Es todo medio refringente o refractivo limitado por dos caras planas inclinadas, una respecto a otra: estás son la caras del prisma.
Los más usados son los prismas de formas geométricas triangulares.
MARCHA DE LA LUZ
Las características del paso de la luz a través del prisma son deducidas conociendo las leyes de la refracción.
ÁNGULO DE DESVIACIÓN MÍNIMA
El ángulo de desviación es mínima cuando se cumple que: i=i'
Es decir el ángulo de incidencia (i) es igual al ángulo de emergencia i'
CÁLCULO DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN DEL PRISMA
Un fenómeno de la refracción de la luz.
Cuando el sol calienta el suelo, las capas de aire cercanos a la superficie se calientan y su densidad disminuye.
Un rayo luminoso que pasa de una capa de aire de mayor densidad a otra de menor densidad se refracta alejándose de la normal luego se vuelve a refractar de mayor a menor densidad acercándose a la normal.
Estás imágenes son vistas por los viajeros, por ejemplo en el desierto sobre su superficie se ven estanques de agua (laguna), en realidad es el espejo del cielo azul sobre el suelo.
Cuando una pista asfaltada está caliente un observador lo ve como inundado de agua.
POLARIZACIÓN TOTAL O POLARIZACIÓN PARCIAL
El grado de polarización de un rayo reflejado varía con el ángulo de incidencia.
La polarización del rayo reflejado es máxima cuando el rayo reflejado es perpendicular al rayo refractado a través de un cristal.
¿Cómo se puede saber si un rayo esta o no polarizado totalmente?
De ello se encarga el analizador: Si la imagen desaparece por completo cuando el está colocado de modo que su plano de incidencia es perpendicular al del polarizador, el rayo estaba polarizado totalmente; si en esa misma posición la imagen tiene su brillo mínimo pero no llega a anularse, la polarización es parcial.
EL ARCO IRIS
El “arco iris” generalmente aparece después de una lluvia, cuando el Sol resplandece, mayormente en el atardecer.
Esto se debe a que después de la lluvia, gotas de agua quedan suspendidas en la atmósfera comportándose cada una como un pequeño prisma.
Los colores del arco iris van desde el violeta hasta el rojo (de abajo hacia arriba), sin embargo, nosotros vemos arriba el violeta y abajo el rojo, ya que la imagen proyectada sobre el cielo se aprecia invertida.
EL ESPECTRO DE LUZ VISIBLE
El rayo de luz blanco está compuesto por siete colores.
La luz blanca al atravesar el prisma óptica se descompone en sus colores primarios.
