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Questions and Answers
¿Cómo disipan las corrientes en los alambres energía?
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Por calentamiento de I²R.
Las ondas con E orientado en forma perpendicular a los alambres pasan completamente alteradas.
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False
¿Qué material se conoce como el filtro polarizador más común para la luz visible?
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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.
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.
