Tema- Optica geometrica.

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9. Considere una luz que pasa de un medio a otro con un índice diferente de refracción. a) ¿La longitud de onda de la luz cambia? b) ¿Cambia la frecuencia? c) ¿Que sucede con la rapidez? d) ¿La dirección siempre cambia?

A) Sí. (b) No. c) Sí. (d) No. Si la luz se mueve en un medio de mayor índice de refracción, su longitud de onda disminuye. La frecuencia permanece constante. La velocidad disminuye por un factor igual al índice de refracción. Si el ángulo de incidencia es 0°, continuará en la misma dirección.

10. Un rayo láser que pasa por una solución azucarada no homogénea sigue una trayectoria curva. Explique por qué.

Si un rayo láser entra en una solución de azúcar con un gradiente de concentración (densidad e índice de refracción aumenta con la profundidad) entonces el rayo láser será progresivamente doblado hacia abajo (hacia la normal) como pasa en las regiones de mayor índice de refracción.

11. a) ¿La luz puede someterse a reflexión interna total en una interfaz uniforme entre aire y agua? Si es así, ¿en cuál medio debe viajar originalmente? b) ¿El sonido puede someterse a reflexión interna total en una interfaz uniforme entre aire y agua? Si es así, ¿en cuál medio debe viajar originalmente?

A) Sí. Se debe viajar en el medio en que se mueve más despacio, el agua, para someterse a la reflexión total interna. B) Sí. Se debe viajar en el medio en que se mueve más despacio, aire, para someterse a la reflexión total interna.

12. Explique por qué un diamante brilla más que un cristal de vidrio de la misma forma y tamaño.

El diamante tiene mayor índice de refracción que el vidrio y, consecuentemente, un menor ángulo crítico para la reflexión total interna. Un brillante diamante de corte está conformada para recibir la luz desde arriba, se reflejan totalmente en los aspectos convergentes en la parte inferior de la joya, y deje que la luz escape sólo en la parte superior. El Cristal tiene menos luz reflejada internamente.

13. La reflexión interna total se aplica en el periscopio de un submarino para permitir que los marineros “vean alrededor de las esquinas”. En este aparato, se colocan dos prismas como se ve en la figura P35.13, de modo que un rayo de luz incidente sigue la trayectoria mostrada. Podría usarse espejos plateados paralelos inclinados, pero los prismas de vidrio que no tengan superficies plateadas darán una luz de salida intensa. Proponga una explicación para esta mayor eficiencia.

[pic 3]

Los espejos plateados reflejan aproximadamente el 98% de la luz incidente. Con un 2-espejo de periscopio, que se traduce en aproximadamente un 4% de disminución en la intensidad de la luz, como la luz que pasa a través del periscopio. Esto puede no parecer mucho, pero en condiciones de poca luz, esa luz perdida puede significar la diferencia entre ser capaz de distinguir un enemigo armado o un iceberg desde el cielo más allá. Los resultados utilizando prismas de reflexión total interna, en el sentido de que el 100% de la luz incidente es reflejada a través del periscopio.

14. Suponga que usted encuentra experimentalmente que dos colores de luz, A y B, que originalmente viajan en la misma dirección en aire se envían a través de un prisma de vidrio y A cambia de dirección mas que B. ¿Cuál viaja más lentamente en el prisma, A o B? Alternativamente, ¿hay insuficiente información para determinar cuál se mueve más lentamente?

La luz con el mayor cambio en la velocidad tendrá la mayor desviación. Dado que el vidrio tiene un índice más alto que el aire circundante, viaja más lento en el cristal.

15. La retrorreflexión por esferas transparentes que se mencionó en el texto de la sección 35.4 se puede observar con gotas de rocío; para hacerlo, observe la sombra de su cabeza sobre césped con rocío. Compare sus observaciones con las reacciones de otras dos personas. El artista del Renacimiento Benvenuto Cellini describió el fenómeno y la reacción en su Autobiografía, al final de la primera parte. El filósofo norteamericano Henry David Thoreau hizo lo mismo en Walden, “Baker Farm”, párrafo dos. El despliegue óptico alrededor de la sombra de su cabeza se denomina heiligenshein, que en alemán significa halo de luz. Trate de encontrar una persona que haya visto el halo. ¿Qué piensa de esto?

Inmediatamente alrededor de la oscura sombra de mi cabeza, veo un halo más brillante que el resto de la hierba de rocío. Se llama el halo. Cellini creía que era una señal milagrosa del favor divino relativa únicamente a él. Aparentemente, ninguna de las personas a quienes él mostró que le dijeron que podía ver halos alrededor de sus propias sombras, pero no alrededor de Cellini. Thoreau sabía que cada persona tenía su propio halo. Él no dibuja ningún diagrama de rayo, pero asumió que era totalmente natural.

16. ¿Como es posible que el circulo completo de un arco iris pueda verse a veces desde un avión? Con una escalera de tijera, un aspersor de prado y un día soleado, ¿cómo podría mostrarle el círculo completo a un niño?

En la altitud del avión en la superficie de la Tierra no deben obstruir la mitad inferior del arco iris. Así, el círculo completo puede ser visto. Se puede ver como un arco iris por la escalada en una escalera de tijera encima de un rociador de jardín en el medio de un día soleado.

17. En un restaurante, un trabajador usa gis de colores para escribir las especialidades diarias en un pizarrón iluminado con un reflector. En otro restaurante, un trabajador escribe con crayones de colores sobre una hoja plana y uniforme de plástico acrílico transparente con un índice de refracción 1.55. El panel cuelga enfrente de un trozo de fieltro negro. A lo largo de los bordes de la hoja, dentro de un canal opaco, se instalan pequeñas luces eléctricas brillantes. Explique por qué los observadores en ambos restaurantes ven brillar las letras contra un fondo negro; también porque la señal en el segundo restaurante puede usar menos energía de la compañía eléctrica que el pizarrón iluminado en el primer restaurante. ¿Cuál sería una buena elección para el índice de refracción del material en los crayones?

La luz de las lámparas a lo largo de los bordes de la hoja entra en el plástico. A continuación se refleja internamente en su totalidad por el anverso y el reverso del plástico, dondequiera que el plástico tiene una interfaz con el aire. Si el índice de refracción de la grasa es intermedio entre 1,55 y 1,00, parte de esta luz puede dejar el plástico en la