Óptica física

Óptica física

1.- Calcula la energía de los fotones que puede intercambiar la luz que procede del Sol, cuya longitud de onda es λ = 1,5 • 10–7 m. ¿Cuánto aumenta la energía de los fotones si se duplica la intensidad de la luz que llega?

A partir de la fórmula que para la energía de los fotones proporciona el efecto fotoeléctrico, tenemos:

2.-Calcula el número de vueltas que da un rayo de luz alrededor de la Tierra en un segundo si el radio de la Tierra mide 6370 km.

Calculamos la longitud de la Tierra:

3.- Lo curioso del experimnto de Fizeau es la forma de medir el tiempo. Calcula el valor de dicho tiempo y explica por qué en 1850 este método se podía considerar ingenioso.

A. Fizeau calcula el tiempo dividiendo el ángulo que gira la rueda dentada entre la velocidad angular que lleva.

4.- Las medidas obtenidas para los índices de refracción de dos medios diferentes son n1 = 1,25 y n2 = 0,97. Calcula la velocidad de la luz en cada medio y, a la vista de los resultados, analiza la veracidad de los datos obtenidos.

Aplicando la definición de índice de refracción:

5.- El brillo de las piedras preciosas se debe a las múltiples reflexiones que se producen en su interior. Calcula a partir de qué ángulo se produce la reflexión total entre el diamante y el aire si sus índices de refracción son: nD = 2,42 y nA = 1.

La reflexión total se produce cuando en el segundo medio el ángulo que forma el rayo con la normal es de 90º. Aplicando la ley de Snell a estos datos:

6.- Si un rayo incide desde el aire (na = 1) con un ángulo de 60º con respecto a la normal, calcula el índice de refracción del segundo medio para que el ángulo refractado sea la mitad.

Aplicamos los datos del problema a la ley de Snell de la refracción:

7.- Calcula el espesor de la lámina del ejercicio anterior para que el desplazamiento sea de 1 cm cuando el rayo incide con el mismo ángulo.

Aprovechando los resultados obtenidos en el ejercicio resuelto (ya que las condiciones del problema son las mismas) calculamos la longitud que debe recorrer el rayo por el interior de la lámina.

8.- Cuando en un prisma el rayo refractado viaja paralelo a la base se produce la desviación mínima. En este caso, el rayo incidente y el emergente forman el mismo ángulo con sus normales. Calcula el ángulo de desviación mínima para un prisma de 90º con un índice de refracción de n = 1,3.

Como el rayo refractado es paralelo a la base del prisma, y este es de 90º, los ángulos interiores αr1 = αi2 = 45º.

Aplicando la ley de Snell de la refracción, calculamos el ángulo que el rayo emergente forma con la

la normal, que será el mismo que el formado por el incidente y su normal.

NATURALEZA Y PROPAGACIÓN DE LA LUZ

Una onda electromagnética que se propaga en el vacío tiene una longitud de onda de 5 • 10–7 m. Calcula su longitud de onda cuando penetra en un medio de índice de refracción 1,5.

La única magnitud que no varía es la frecuencia; apoyándonos en este dato:

Una lámpara de sodio emite luz monocromática de longitud de onda en el vacío λ0 = 5,89 • 10–7 m (luz amarilla) que se propaga en el agua, cuyo índice de refracción es 1,34. Halla:

La velocidad de propagación de la luz en el agua.

La frecuencia y la longitud de onda de dicha luz en el agua.

El índice de refracción de un medio permite conocer la velocidad de desplazamiento en dicho medio.

Calcula la energía de un fotón de luz roja de 7600 Å en el vacío, si su velocidad es c = 3,0 • 108 m s–1.

Dato. h = 6,63 • 10–34 J s

Calcula la diferencia de energía que existe ente los fotones que transporta una onda electromagnética del rango de las infrarrojas y una onda de rayos gamma.

Datos. λinfrarroja = 1 mm; λgamma = 10–12 m

Calculamos

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