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  • Matemáticas básicas

Ficha de contenidos

La luz acompaña al hombre desde el comienzo de los tiempos: no podemos perder de vista que es esencial para el propio desarrollo de la vida. Por ello no es de extrañar que algunas de las mentes más brillantes de la historia de la ciencia se hayan dedicado a su estudio, llegando a distintas teorías sobre su naturaleza que causaron gran controversia en su época. Su estudio nos ha facilitado grandes inventos como los telescopios y los microscopios, que nos permiten observar el mundo más lejano y el más inmediato, pero también ingenios ampliamente utilizados para la transmisión de información como la fibra óptica. A buen seguro, la Física del futuro traerá nuevos descubrimientos en torno a este apasionante fenómeno, pero ¿qué sabemos a día de hoy de la luz?

En este tema vamos a aproximarnos a la naturaleza de la luz y a algunos fenómenos lumínicos importantes como son la reflexión, la refracción y la dispersión. Todos ellos están relacionados con  la propia naturaleza de la luz y su interacción con la materia.

Para entender plenamente los contenidos aquí descritos te recomendamos que estés familizarizado con las ondas, y los campos eléctricos y magnéticos tratados en un temas anteriores. Matemáticamente será suficiente con que estés familiarizado con la aritmética, el álgebra y la trigonometría propias del nivel.

Ficha de ejercicios resueltos

Pon a prueba lo que has aprendido en el tema La Luz en Física con esta lista de ejercicios con sus respectivas soluciones y clasificados por apartados.

Velocidad de la Luz

Velocidad de la luz al cambiar de medio

dificultad
Un rayo de luz cuenta con una longitud de onda en el vacío de 640 nm. Determina su velocidad y su longitud de onda, tras penetrar en otro medio cuyo índice de refracción es de 1.45.

Significado índice refracción relativo

dificultad
Un medio tiene un índice de refracción respecto a otro de 0.8. ¿Qué puedes decir de la velocidad con que se propaga la luz en ambos medios, de su longitud de onda y de su frecuencia?

Cálculo del índice de refracción a partir de velocidad

dificultad
La velocidad de un rayo de luz cuya longitud de onda es 589.6 nm disminuye un 33% cuando penetra en cierto material. Determina el índice de refracción de dicho material.

Experimento de Fizeau

dificultad
Imagina que la rueda de dentada de Fizeau tenía 720 dientes y giraba a una velocidad de 12.66 vueltas cada segundo cuando conseguía ocultar completamente el rayo luminoso. Sabiendo que la distancia la rueda y el espejo reflector es de 8633 m, determina la rapidez de la luz. A partir de este valor, ¿a qué velocidad angular tendrá que aumentar el giro de la rueda para que la luz vuelva a ser visible?

Reflexión y Refracción de la Luz

Tiempo de rayo de luz atravesando medio

dificultad
¿Qué tiempo tarda la luz en recorrer un cubo de diamante de 1 m de lado sabiendo que su índice de refracción es de 2.41 y que el rayo entra perpendicularmente por el centro de una cara y sale por el centro de la cara opuesta?

Rayo de luz pasando de diamante a aire

dificultad

Un rayo de luz se encuentra en el interior de un diamante ( n=2.41 para la longitud de onda de la luz ). Sabiendo que la frecuencia del haz es de 4·1014 Hz determina:

  • La velocidad del haz en el diamante
  • El ángulo con el que emergería del diamante suponiendo que incide con uno de 12º sobre la normal

Refracción en lámina de caras planas y paralelas

dificultad

Un rayo de luz monocromática penetra en una lámina de caras planas y paralelas como las de la figura. Determina la posición y el ángulo de salida del rayo de la lámina, así como el desplazamiento del rayo de salida respecto al de entrada.

 

 

Reflexión total para rayos de luz en benceno

dificultad
En el fondo de un cubo de 4 m de profundidad lleno de benceno ( nb = 1.501 )  se sitúa una pequeña bombilla que emite luz en todas direcciones. Sobre su vertical, flotando en la superficie, situamos  por su centro un disco de diamétro D. Determina cual debe ser tal diametro D del disco, teniendo en cuenta que la bombilla no es visible para ningún observador en el exterior.

Ángulo de aceptación en fibra óptica

dificultad
Una fibra óptica está compuesta por dos materiales. Los rayos se propagan en el núcleo de la fibra, con un índice nn = 1.5. Por otro lado la recubierta de dicho material posee un índice de refracción nc = 1.4. Determina el cono de aceptación de la fibra, es decir, que ángulos deben tener los rayos incidentes en la fibra para quedar atrapados en su interior.

Ficha de fórmulas

Aquí tienes un completo formulario del tema La Luz en Física. Entendiendo cada fórmula serás capaz de resolver cualquier problema que se te plantee en este nivel.

Pulsa sobre el icono   para exportarlas a cualquier programa externo compatible.

Velocidad de la Luz

Índice de refracción absoluto

n=v0v

Índice de refracción relativo

n2,1=n2n1=v1v2=λ1λ2

Reflexión y Refracción de la Luz

Reflexión: Ángulo incidente y reflejado

i^=r^

Refracción: Ángulo incidente y refractado

sini^sinr^=v1v2=n2,1

Ley de Snell de Refracción de la Luz

sini^sinr^=n2n1

Ángulo crítico

θc=arcsenn2n1

Dispersión de la Luz

Número de Abbe

V=nD-1nF-nC

Ficha de temas relacionados

El tema no se encuentra disponible en otros niveles educativos.