Questions and Answers
¿Cómo disipan las corrientes en los alambres energía?
Por calentamiento de I²R.
Las ondas con E orientado en forma perpendicular a los alambres pasan completamente alteradas.
False
¿Qué material se conoce como el filtro polarizador más común para la luz visible?
Polaroid.
¿Qué porcentaje de intensidad de una onda polarizada puede transmitir un filtro Polaroid?
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Un filtro Polaroid solo absorbe parcialmente la componente vertical polarizada de la luz, siendo su eje de ____ el que determina qué onda puede pasar.
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Las moléculas de cadena larga dentro del filtro están orientadas paralelas al eje de polarización.
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¿Qué efecto presenta el material Polaroid en relación a las componentes polarizadas naturales de la luz?
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¿Cuál es la fórmula de la Ley de Snell?
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¿Qué representan n1 y n2 en la Ley de Snell?
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¿Cómo se define la dispersión de la luz?
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Los prismas no pueden cambiar la dirección de la luz.
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¿Qué fenómeno ocurre cuando la luz cambia de dirección al pasar entre medios con diferentes índices de refracción?
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¿Cuál es la ley de reflexión?
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¿Qué tipos de reflexión existen?
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¿Qué tipo de lentes convergen los rayos de luz?
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¿Cuál es la fórmula de la lente?
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Relaciona los tipos de espejo con sus características:
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Study Notes
Metas de Aprendizaje
- Comprensión de los rayos de luz y su relación con frentes de onda.
- Conocimiento de las leyes de reflexión y refracción de la luz.
- Producción de luz polarizada a partir de luz ordinaria.
- Aplicación del principio de Huygens para entender reflexión y refracción.
Importancia de la Óptica
- La óptica es fundamental en física y ciencia en general, facilitando el diseño de telescopios, microscopios, cámaras, lentes y más.
- Principios ópticos base de tecnologías modernas como láseres, fibra óptica y hologramas.
- La comprensión de la luz permite apreciar fenómenos naturales como el color del cielo y los arco iris.
Historia de la Luz
- Inicialmente se pensaba que la luz era una corriente de partículas (corpúsculos) hasta el siglo XIX.
- En 1873, James Clerk Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas, confirmando la naturaleza ondulatoria de la luz.
- A partir de 1930, la electrodinámica cuántica integra las propiedades ondulatorias y corpusculares de la luz.
Propagación de la Luz
- La luz viaja a través del vacío a una velocidad de aproximadamente 299,792,458 m/s.
- Todas las fuentes emiten radiación electromagnética debido al movimiento térmico; la radiación térmica es una mezcla de longitudes de onda.
- Ejemplos de fuentes de luz: llama de una vela, bobinas de calentadores y lámparas incandescentes.
Fuentes Luminosas Modernas
- Los láseres producen luz coherente y monocromática, ideales para aplicaciones médicas y tecnológicas.
- Las lámparas fluorescentes convierten radiación ultravioleta en luz visible, siendo más eficientes que las lámparas incandescentes.
Frentes de Onda y Rayos
- Un frente de onda es el conjunto de puntos en la misma fase de vibración de una onda.
- La representación de la luz a través de rayos facilita el análisis en óptica geométrica.
- Los frentes de onda pueden ser esféricos (de fuentes puntuales) o planos (en distancias grandes).
Reflexión y Refracción
- La luz al incidir en una interfaz entre dos materiales transparentes, generalmente se refleja parcialmente y se refracta hacia el segundo material.
- Ejemplo práctico: al mirar a través de una ventana, se puede observar la reflexión en la superficie, mientras que la luz se refracta al entrar en el vidrio.
Conceptos Clave
- Luz como onda electromagnética y su naturaleza dual (onda y partícula).
- La eficiencia y aplicaciones de distintas fuentes de luz en la tecnología y la medicina.
- Importancia de las leyes de reflexión y refracción en la manipulación de la luz.### Ondas Planas Reflejadas y Refractadas
- La reflexión y la refracción de ondas planas se observan en una ventana donde rayos de luz interactúan al pasar del aire al vidrio.
- La mujer ve la imagen reflejada de un sombrero, mientras que el hombre observa la imagen refractada del mismo sombrero.
Tipos de Reflexión
- Reflexión Especular: Ocurre en superficies muy lisas, donde la luz se refleja con un ángulo definido.
- Reflexión Difusa: Sucede en superficies rugosas, dispersando la luz en varias direcciones, sin ángulo único.
Índice de Refracción
- Denotado por ( n ), es la razón entre la velocidad de la luz ( c ) en el vacío y la velocidad ( v ) en un material:
[ n = \frac{c}{v} ] - En material que no sea vacío, siempre es mayor que uno; el vacío tiene ( n = 1 ).
Leyes de Reflexión y Refracción
- Los rayos incidente, reflejado y refractado, junto con la normal, están en el mismo plano.
- La ley de reflexión establece que ( ur = ua ) (ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia).
- La ley de refracción (Ley de Snell) relaciona los ángulos y los índices de refracción: [ n_a \sin(ua) = n_b \sin(ub) ]
Comportamiento de los Rayos de Luz
- Cuando la luz entra en un material con un índice de refracción mayor, el rayo se desvía hacia la normal.
- Cuando entra en un material con menor índice de refracción, se aleja de la normal.
- Si el rayo incide normalmente, no hay desviación.
Ejemplos Visuales
- Un objeto parcialmente sumergido en agua parece estar doblado debido a la desviación de los rayos de luz al cruzar la interfaz agua-aire.
- Este fenómeno es similar a cómo el Sol parece deformarse al ocultarse en el horizonte, debido a la refracción en la atmósfera.
Índices de Refracción de Sustancias Comunes
- Hielo: ( n = 1.309 )
- Fluorita: ( n = 1.434 )
- Poliestireno: ( n = 1.49 )
- Sal de roca: ( n = 1.544 )
- Cuarzo: ( n = 1.544 )
- Circonio: ( n = 1.923 )
Intensidad de los Rayos
- La intensidad de los rayos reflejados y refractados depende del ángulo de incidencia y los índices de refracción.
- La fracción de luz reflejada es mínima en el ángulo de incidencia normal, aproximadamente 4% en la interfaz aire-vidrio.### Índice de Refracción
- El índice de refracción varía con la sustancia y la longitud de onda de la luz, conocido como dispersión.
- Ejemplos de índices de refracción de sólidos:
- Diamante: 2.417
- Fabulita (SrTiO3): 2.409
- Rutilo (TiO2): 2.62
- Ejemplos de índices de refracción de líquidos a 20°C:
- Agua (H2O): 1.333
- Etanol (C2H5OH): 1.36
- Glicerina: 1.473
- El aire a temperatura y presión estándar tiene un índice de refracción de aproximadamente 1.0003.
Propiedades Ondulatorias de la Luz
- La frecuencia de la luz no cambia al pasar de un material a otro, mientras que la longitud de onda sí se altera.
- Relación de la velocidad de luz con la longitud de onda: ( v = lf ), estando ( v ) menor en materiales que en el vacío.
- La longitud de onda en un material se puede calcular como:
- ( l = \frac{l_0}{n} )
Reflexión y Refracción
- Al encontrar una frontera entre dos materiales, parte de la luz se refleja y parte se refracta.
- La ley de Snell describe la relación entre ángulos de incidencia y refracción:
- ( n_a \sin(u_a) = n_b \sin(u_b) )
- El ángulo crítico se define cuando el ángulo de refracción es 90°, lo que causa reflexión interna total si se supera.
Estrategia para Resolver Problemas de Óptica
- Identificar y clasificar principios relevantes de la óptica geométrica, incluidos los ángulos y los índices de refracción.
- Utilizar geometría y trigonometría elemental para resolver relaciones angulares:
- Los ángulos internos de un triángulo suman 180°.
- Evaluar las respuestas comprobando que las direcciones y ángulos tengan sentido según el índice de refracción.
Reflexión Interna Total
- Ocurre cuando la luz pasa de un material con un índice de refracción mayor a uno menor.
- Solo un rayo con un ángulo de incidencia superior al ángulo crítico experimenta reflexión interna total.
- Ejemplo: la transición de agua (índice ( n_a )) al aire (índice ( n_b )) donde ( n_a > n_b ) provoca que al superar el ángulo crítico, no haya transmisión de luz.
Ejemplos Prácticos
- El índice de refracción del humor acuoso en el ojo se calcula utilizando la longitud de onda de luz en diferentes medios.
- En una situación hipotética con dos espejos perpendiculares, un rayo que se refleja sucesivamente cambia de dirección y evidencia que la dirección final es opuesta a la inicial.
Aplicaciones
- La reflexión interna total se emplea en tecnologías como fibras ópticas y lentes dentro de dispositivos ópticos.
Ley de Snell
- Relaciona los ángulos de incidencia y refracción de la luz al pasar entre diferentes medios.
- Fórmula: n1 * sen(θ1) = n2 * sen(θ2), donde:
- n1, n2 son los índices de refracción de cada medio.
- θ1 es el ángulo de incidencia.
- θ2 es el ángulo de refracción.
- El índice de refracción se calcula como n = c/v, con c como la velocidad de la luz en el vacío y v la velocidad de la luz en el medio.
Prismas
- Objetos transparentes que desvían la luz a través de la refracción.
- La cantidad de desvío de la luz depende del ángulo del prisma y su índice de refacción.
- Los prismas descomponen la luz blanca en su espectro de colores, un fenómeno conocido como dispersión.
- Aplicaciones incluyen espectroscopia y corrección de aberraciones ópticas.
Refracción de la Luz
- Fenómeno en el que la luz cambia de dirección al atravesar medios con diferentes índices de refracción.
- Ocurre por el cambio en la velocidad de la luz al entrar en un nuevo medio.
- Es observable en superficies como agua y vidrio.
- Ejemplos: un canudo en un vaso de agua parece roto; las lentes de los anteojos.
Reflexión
- La luz que incide en una superficie puede ser reflejada.
- Ley de la reflexión: el ángulo de incidencia (θi) es igual al ángulo de reflexión (θr).
- Tipos de reflexión:
- Reflexión especular: ocurre en superficies lisas, como espejos.
- Reflexión difusa: en superficies rugosas, dispersa la luz.
Lentes y Espejos
-
Lentes:
- Lentes convexas convergen los rayos de luz; lentes cóncavas divergen esos rayos.
- Fórmula de la lente: 1/f = 1/do + 1/di, donde:
- f es la distancia focal.
- do es la distancia del objeto.
- di es la distancia de la imagen.
-
Espejos:
- Pueden ser planos o esféricos (cóncavos y convexos).
- La imagen formada varía según la posición del objeto con respecto al espejo.
- Fórmula del espejo esférico: 1/f = 1/do + 1/di, similar a la de las lentes.
- Los espejos son cruciales en la formación de imágenes en instrumentos ópticos como telescopios y microscopios.
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Description
Este cuestionario explora los conceptos fundamentales de la naturaleza y propagación de la luz. A través de preguntas, se evaluará el entendimiento de fenómenos ópticos y sus aplicaciones. Ideal para estudiantes que buscan profundizar en el estudio de la física de la luz.
