La luz y las ondas electromagnéticas


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1 La luz y las ondas electromagnéticas Cuestiones (96-E) a) Qué se entiende por interferencia de la luz? b) Por qué no observamos la interferencia de la luz producida por los dos faros de un automóvil? (96-E) a) Qué es una onda electromagnética? B) Cambian las magnitudes características de una onda electromagnética que se propaga en el aire al penetrar en un bloque de vidrio? Si cambia alguna, aumenta o disminuye? por qué? (97-R) a) Enuncie las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz. Explique la diferencia entre ambos fenómenos. b) Compare lo que ocurre cuando un haz de luz incide sobre un espejo y sobre un vidrio de ventana. (97-R) a) Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío con velocidad c. Cambia su velocidad de propagación en un medio material? Definir el índice de refracción de un medio. b) Sitúe, en orden creciente de frecuencias, las siguientes regiones del espectro electromagnético: infrarrojo, rayos X, ultravioleta y luz visible. Dos colores del espectro visible: rojo y verde, por ejemplo, pueden tener la misma intensidad? y la misma frecuencia? (98-E) a) Los rayos X, la luz visible y los rayos infrarrojos son radiaciones electromagnéticas. Ordénelas en orden creciente de sus frecuencias e indique algunas diferencias entre ellas. b) Qué es una onda electromagnética? Explique sus características. (98-E) a) Describe brevemente el modelo corpuscular de la luz. Puede Explique dicho modelo los fenómenos de interferencia luminosa? b) Dos rayos de luz inciden sobre un punto. Pueden producir oscuridad? Explique razonadamente este hecho. (98-R) a) Explique los fenómenos de reflexión y refracción de la luz. b) El índice de refracción del agua respecto del aire es n>1. Razone cuáles de las siguientes magnitudes cambian, y cómo, al pasar un haz de luz del aire al agua: frecuencia. Longitud de onda, y velocidad de propagación. (99-E) a) Explique la naturaleza de las ondas electromagnéticas. Cómo caracterizarías mejor una onda electromagnética, por su frecuencia o por su longitud de onda? b) Ordenar, según longitudes de onda crecientes, las siguientes regiones del espectro electromagnético: microondas, rayos X, luz verde, luz roja, ondas de radio. (99-R) a) Explique en qué consiste el fenómeno de la refracción de la luz y enuncia sus leyes. b) Un haz de luz pasa del aire al agua. Razone cómo cambia su frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación. (99-R) a) En qué consiste la dispersión de la luz? Depende dicho fenómeno del índice de refracción del medio y/o de la longitud de onda de la luz? b) Explique la dispersión de la luz por un prisma, ayudándote de un esquema. (00-E) a) Explique, con ayuda de un esquema, los fenómenos de reflexión y refracción de la luz y escribir sus leyes. b) Puede formarse una imagen real con un espejo convexo? Razone la respuesta utilizando los esquemas que se consideren oportunos. (01-E) a) Qué se entiende por refracción de la luz? Explique que es el ángulo límite y, utilizando un diagrama de rayos, indique cómo se determina. b) Una fibra óptica es un hilo transparente a lo largo del cual puede propagarse la luz, sin salir al exterior. Explique por qué la luz "no se escapa" a través de las paredes de la fibra. PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

2 (01-E) a) Indique qué se entiende por foco y por distancia focal de un espejo. Qué es una imagen virtual? b) Con ayuda de un diagrama de rayos, describa la imagen formada por un espejo convexo para un objeto situado entre el centro de curvatura y el foco. (01-R) a) Enuncie y explique, utilizando los esquemas adecuados, las leyes de la reflexión y refracción de la luz. b) Un rayo láser pasa de un medio a otro, de menor índice de refracción. Explique si el ángulo de refracción es mayor o menor que el de incidencia Podría existir reflexión total?!" #!$!!%&%!' &"!&(!!)$%' $!% *!"'+& "!&,''!!- -!( #!!(!&! '-! * &"!&! '$!$.!!!'$-!$ (03-R) a) Comente la concepción actual de la naturaleza de la luz. b) Describa algún fenómeno relativo a la luz que se pueda explicar usando la teoría ondulatoria y otro que requiera la teoría corpuscular. /!!" - (!"% $ 0 #1-("'!,( 2!! " 0! "! $"1 $!! $%$' ' - 0' 3 " 4($(! PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

3 05"'!&!"$ 2!$( &"-!, "!&!! '"'-!&!- $- 6+%!,"!! $ 3 )%&& & b) La distancia objeto es igual a la focal. 6!"'"! b) Un haz de luz pasa del aire al agua. Razone cómo cambian su frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación. 7Razone las respuestas a las siguientes cuestiones: a) Cuando un rayo pasa a un medio con mayor índice de refracción, se acerca o se aleja de la normal? b) Qué es el ángulo límite? Existe este ángulo en la situación anterior? 7 a) Enuncie las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz, explicando las diferencias entre ambos fenómenos. b) Un rayo de luz pasa de un medio a otro más denso. Indique cómo varían las siguientes magnitudes: amplitud, frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación. Es corriente utilizar espejos convexos como retrovisores en coches y camiones o en vigilancia de almacenes, con objeto de proporcionar mayor ángulo de visión con un espejo de tamaño razonable. a) Explique con ayuda de un esquema las características de la imagen formada en este tipo de espejos. b) En estos espejos se suele indicar: Atención, los objetos están más cerca de lo que parece. Por qué parecen estar más alejados? PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

4 La luz y las ondas electromagnéticas Problemas (96-E) Una antena emite una onda electromagnética de frecuencia 50 Hz. a) Calcule su longitud de onda. b) Determine la frecuencia de una onda sonora de la misma longitud de onda. c = m s -1 ; v s = 340 m s -1 (97-R) El espectro visible en el aire está comprendido entre las longitudes de onda 380 nm (violeta) y 780 nm (rojo). a) Calcule las frecuencias de estas radiaciones extremas. Cuál de ellas se propaga a mayor velocidad? b) Determine entre qué longitudes de onda está comprendido el espectro visible del agua, cuyo índice de refracción es 4/3. c = m s -1 (97-R) Una onda electromagnética tienen, en el vacío, una longitud de onda de m. a) Determine la frecuencia y el número de onda. Cuál es la energía de los fotones? b) Si dicha onda entra en un determinado medio, su velocidad se reduce a 3c/4. Determine el índice de refracción del medio y la frecuencia y la longitud de onda en el medio. c = m s -1 ; h = 6, J s (98.R) Un rayo de luz amarilla, emitida por una lámpara de sodio, tiene una longitud de onda en el vacío de m. a) Determine la velocidad de propagación y la longitud de onda de dicha luz en el interior de una fibra de cuarzo, cuyo índice de refracción es n = 1,5. b) Pueden existir valores del ángulo de incidencia para los que un haz de luz, que se propague por el interior de una fibra de cuarzo, no salga al exterior? Explique el fenómeno y, en su caso, calcule los valores del ángulo de incidencia para los cuales tiene lugar. c = m s -1 (98-R) Un rayo de luz pasa del agua al aire con un ángulo de incidencia de 30º respecto a la normal. a) Dibuje en un esquema los rayos incidente y refractado y calcule el ángulo de refracción. b) Cuál debería ser el ángulo de incidencia para que el rayo refractado fuera paralelo a la superficie de separación agua-aire? (Índice de refracción del agua respecto al aire: n = 1,3) (98-R) El espectro visible tiene frecuencias comprendidas entre Hz y Hz. a) Determine las longitudes de onda correspondientes a dichas frecuencias en el vacío. b) Se modifican estos valores de las frecuencias y de las longitudes de onda cuando la luz se propaga por el agua? En caso afirmativo, calcule los valores correspondientes. (Índice de refracción del agua respecto al aire: n = 1,3) ; c = m s -1 (99-E) Un objeto se encuentra frente a un espejo plano a una distancia de 4 m del mismo. a) Construya gráficamente la imagen y explique sus características. b) Repita el apartado anterior si se sustituye el espejo plano por uno cóncavo de 2 m de radio. PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

5 (99-R) a) Un objeto se encuentra a una distancia de 0,6 m de una lente delgada convergente de 0,2 m de distancia focal. a) Construya gráficamente la imagen que se forma y explique sus características. b) Repita el apartado anterior si el objeto se coloca a 0,1 de la lente. (99-R) Cuando un rayo de luz se propaga a través del agua (n = 1,33) emerge hacia el aire para ciertos valores del ángulo de incidencia y para otros no. a) Explique este fenómeno e indique para qué valores del ángulo de incidencia emerge el rayo. b) Cabría esperar un hecho similar si la luz pasa del aire al agua? (00-R) Un diamante está sumergido en agua y un rayo de luz incide a 30º sobre una de sus caras. a) Haga un esquema del camino que sigue el rayo luminoso y determine el ángulo con que se refracta dentro del diamante. b) Cuál es el ángulo límite para la luz que pasa del diamante al agua? Y si pasa del agua la diamante? n (diamante) = 2,41 ; n (agua) = 1,33 (00-R) Una lámina de caras paralelas, de vidrio de índice de refracción 1,54 y de espesor 10 cm, está colocada en el aire. Sobre una de sus caras incide un rayo de luz con un ángulo de incidencia de 30º. a) Haga un esquema de la marcha del rayo y determine el tiempo que este tarda en atravesar la lámina. b) Con qué ángulo se refracta el rayo en la segunda cara? Compare este resultado con el ángulo de incidencia. 8* 9 :! 9 95"'! &!-!$& $(0&; 9 ;! a) Determine la frecuencia, velocidad de propagación y longitud de onda de la luz en el interior de una fibra óptica de índice de refracción 1,5. b) Cuál es el ángulo de incidencia mínimo para que un rayo que incide en la pared interna de la fibra no salga al exterior? Cómo se denomina este ángulo? 8* 9 :! 9 9<!!,''$ ='& (!-!! &0> +!%! h = 6, J s ; e = 1, C (01-R) Construya la imagen de un objeto situado a una distancia entre f y 2f de una lente: a) Convergente. b) Divergente. Explique en ambos casos las características de la imagen. 95!!A =' $(& $%.B!,%.C"!* 9 * DE 9 PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

6 ! &&8!!-!8 -! "" c = m s 1 5,''%-!$&*!& - /0F!'$"!- +!-! - "-!!4!'$-!$ c = m s -1 ; n vidrio = 1, 3 5,''!!-0G9 9/ =' ('!-!$" E-- -!"%" (,86&6G9 */ H?8*G9 :! 9? $ 89& E" -!! "(3 5%&0! $9!? 5%!%$ * 5"'!!-! $,#- 9;&0F"*F +! ( " $ ' $ E! & -," "? & ' $!" - 8*9 :! 9? 89 *5"'&" $(69 7! $ +("$ " ' #"! - *F&!- " 8*9 :! 9? 89&** *E" -!! 3 5%&0!%$! 5%!!% (! "!! PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

7 / 5-!$&( 9&0&"9!&- # "'&!! E3 )"!!'$-! 8*I9 :! 9 0 5"'! $960J! 9! $ *J! 9 +%" "!"-!!- *F!!"(H 0E-! 9A =' #! &'(!! "!! $(! &!$ 8*9 :! 05,''$%$), %"!- *F"F&$!&! E$'$"(,! - (!"!$ 8*9 :! 9 6 5"'!!--!$& "&- *F)-!- &0!"(9&0 a) Dibuje el camino seguido por el rayo y calcule el ángulo que forma el rayo que emerge de la lámina con la normal. b) Calcule la longitud recorrida por el rayo en el interior de la lámina. 65"!!- F! a) Qué ángulo formarán entre sí los rayos reflejado y refractado? b) Variando el ángulo de incidencia, podría producirse el fenómeno de reflexión total? Razone la respuesta. 89? 89&** 6 - (!$ 6F5"'& $& - /0F" a) Explique qué es el ángulo límite y determine el índice de refracción del vidrio. b) Calcule el ángulo de refracción en el agua. 89&** PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

8 (07-R) Un foco luminoso puntual está situado bajo la superficie de un estanque de agua. a) Un rayo de luz pasa del agua al aire con un ángulo de incidencia de 30º. Dibuje en un esquema los rayos incidente y refractado y calcule el ángulo de refracción. b) Explique qué es el ángulo límite y determine su valor para este caso. naire = 1 ; nagua = 1,33 7 El láser de un reproductor de CD genera luz con una longitud de onda de 780 nm medida en el aire. a) Explique qué características de la luz cambian al penetrar en el plástico del CD y calcule la velocidad de la luz en él. b) Si la luz láser incide en el plástico con un ángulo de 30º, determine el ángulo de refracción. c = m s -1 ; naire = 1 ; nplástico = 1,55 7 Un haz de luz de Hz viaja por el interior de un diamante. a) Determine la velocidad de propagación y la longitud de onda de esa luz en el diamante. b) Si la luz emerge del diamante al aire con un ángulo de refracción de 10º, dibuje la trayectoria del haz y determine el ángulo de incidencia. c = m s -1 ; ndiamante = 2,42 PONENCIA DE FÍSICA DE ANDALUCÍA. CURSO

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