Ejemplos de preguntas y fórmulas para ondas de luz en óptica física
Características de la luz
1. La luz es una onda electromagnética, por lo tanto, la luz…
A. No experimenta reflexión
B. No experimenta refracción
C. No requiere un medio de propagación.
D. No transporta energía en su propagación.
Discusión
La luz es una onda; por lo tanto, experimenta reflexión, refracción y transporta energía durante su propagación, al igual que otras ondas. La luz es una onda electromagnética, por lo que no requiere un medio para propagarse.
La respuesta correcta es C.
2. Presta atención a la siguiente afirmación:
1. La luz se mueve en línea recta.
2. La luz es una onda electromagnética.
3. La luz puede ser absorbida
4. La luz transporta una carga eléctrica.
La afirmación correcta sobre las propiedades de la luz es...
A. solo la declaración 1
B. Declaraciones 1 y 2
C. Declaraciones 1, 2 y 3
D. Todas las afirmaciones son verdaderas.
Discusión
1. La luz se mueve en línea recta.
Esta afirmación es cierta porque, si bien la luz se propaga como una onda transversal, su trayectoria es una línea recta. En el campo de la óptica geométrica (reflexión y refracción de la luz), la luz se representa como un rayo cuya trayectoria es una línea recta.
2. La luz es una onda electromagnética:
Esta afirmación es cierta porque la luz es una onda electromagnética, cuya propagación no requiere un medio.
3. La luz puede ser absorbida:
Esta afirmación es cierta. La luz es un tipo de onda electromagnética. Todas las ondas, tanto mecánicas como electromagnéticas, transportan energía al desplazarse de un lugar a otro. Por lo tanto, parte de la energía de la luz puede ser absorbida por el medio a través del cual se propaga. Por ejemplo, cuando la luz incide sobre un espejo plano, la mayor parte se refleja, pero una pequeña porción es absorbida por el espejo.
4. La luz transporta una carga eléctrica:
Esta afirmación es falsa. La luz es una onda electromagnética, y las ondas electromagnéticas se producen por campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Las ondas electromagnéticas son emitidas por cargas eléctricas aceleradas.
La respuesta correcta es C.
Reflejo perfecto
3. La imagen de la derecha muestra una joya de diamantes muy cara debido al intenso brillo de la luz que refleja. Este fenómeno se debe a…
A. Refracción perfecta, donde la luz entra desde un medio menos denso a un medio más denso.
B. Refracción perfecta, donde el ángulo de incidencia es menor que el ángulo límite.
C. Reflexión perfecta, donde la luz proviene de un medio menos denso hacia un medio más denso.
D. reflexión perfecta donde el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite.
Discusión
El brillo de un diamante se debe a la dispersión de la luz y a la reflexión perfecta. La reflexión perfecta se produce cuando la luz pasa de un medio con un índice de refracción mayor a otro con un índice de refracción menor. Por ejemplo, la luz pasa del diamante (con un índice de refracción mayor) al aire (con un índice de refracción menor). Para comprender mejor este fenómeno, observe la imagen a continuación.
Cuando la luz pasa de un medio con un índice de refracción alto a uno con un índice de refracción bajo, se desvía de la normal. Si el ángulo de incidencia (i) es mayor, el ángulo de refracción (r) también lo es. Para un ángulo de incidencia determinado, el ángulo de refracción es de 90°. Este ángulo se denomina ángulo crítico (θk) o ángulo límite. Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico o límite, no se produce refracción; toda la luz se refleja.
La respuesta correcta es D.
4. Preguntas de la Olimpiada Nacional de Ciencias de 2011 para escuelas secundarias de nivel de distrito/ciudad N.° 39
El siguiente fenómeno, que es un síntoma de reflexión perfecta, es…
Un arcoíris
B. espejismo
Lago de color C.
D. astigmatismo
Discusión
Un espejismo se denomina fenómeno de reflexión perfecta porque, en este proceso, la luz proveniente del aire no se refracta en la superficie de la carretera, sino que parece reflejarse completamente en ella. Los espejismos se producen porque la luz viaja a través de capas de aire con diferentes índices de refracción debido a sus distintas densidades. En realidad, la luz no se refleja en la superficie de la carretera, sino que se refracta (desvía) al pasar por dichas capas.
La respuesta correcta es B.
5. Preguntas de la Olimpiada Nacional de Ciencias de 2010 para escuelas secundarias de nivel de distrito/ciudad N.° 30
La visión de una mancha de aceite en la superficie de una carretera asfaltada en un día caluroso es esencialmente un evento de reflexión total porque…
A. El índice de refracción de las capas superiores del aire es mayor que el de las capas inferiores.
B. El índice de refracción de las capas superiores del aire es menor que el de las capas inferiores.
C. Las gotas de agua reflejan diferentes colores en diferentes ángulos de reflexión.
D. Las gotas de agua refractan diferentes colores en diferentes ángulos de refracción.
Discusión
Una imagen similar a una mancha de aceite en una carretera asfaltada en un día caluroso es un ejemplo de espejismo. Los espejismos se producen debido a la diferencia en el índice de refracción entre la capa de aire cercana a la carretera y la capa de aire superior.
En un día caluroso, la superficie de la carretera calienta el aire que se encuentra directamente encima, lo que provoca que la capa de aire situada sobre la carretera sea más caliente que la capa situada más arriba. Esta capa de aire más caliente experimenta una mayor expansión volumétrica, lo que la hace menos densa. Por el contrario, la capa de aire menos caliente que se encuentra encima experimenta una menor expansión volumétrica, lo que la hace más densa. Por lo tanto, la capa de aire inferior es menos densa, mientras que la capa de aire superior es más densa.
Debido a que la capa de aire en la parte inferior (más cercana a la superficie de la carretera) es menos densa, la luz se mueve más rápido al pasar a través de ella, mientras que la capa de aire en la parte superior es más densa, por lo que la luz se mueve más despacio al pasar a través de ella.
La fórmula para el índice de refracción es: n = c / v, donde n es el índice de refracción, c = velocidad de la luz en el vacío = constante = 3 x 108 m/s, v = velocidad de la luz en el medio. Según esta fórmula, c es fijo, de modo que si v aumenta, n disminuye, y viceversa, si v disminuye, n aumenta.
La luz se mueve más rápido en la capa de aire inferior (v grande), por lo que la capa de aire inferior tiene un índice de refracción menor (n pequeño), mientras que la luz se mueve más lento en la capa de aire superior (v pequeña), por lo que la capa de aire superior tiene un índice de refracción mayor (n grande).
La respuesta correcta es A.
índice de refracción
6. Un haz de luz visible tiene una longitud de onda de 510 nm en el aire. Si el haz de luz entra en un medio con un índice de refracción de 1,5, su longitud de onda cambia a…
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Discusión
Se sabe que:
Longitud de onda (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metro
Índice de refracción (n) = 1,5
Pregunta: La longitud de onda (λ) cambia a…
Respuesta :
La longitud de onda (λ) cambia a 340 nanómetros.
La respuesta correcta es C.
7. Se observa un pez en el fondo de una poza de agua clara, cuya profundidad es de 2 metros y cuyo índice de refracción es de 4/3. Si el pez se ve casi perpendicular a la superficie de la poza, ¿a qué distancia de la superficie parece estar el pez?
A. A 1 metro de la superficie de la piscina.
B. A 1,5 metros de la superficie de la piscina.
C. A 2 metros de la superficie de la piscina
D. 2,67 metros desde la superficie de la piscina
Discusión
Se sabe que:
Índice de refracción de la piscina = 4/3
Profundidad de la piscina = 2 metros
Pregunta: ¿A qué distancia se pueden ver los peces desde la superficie del estanque?
Respuesta :
Distancia aparente = 1 : n (distancia real)
Distancia aparente = 1 : 4/3 (2 metros)
Distancia aparente = 1 x 3/4 (2 metros)
Distancia aparente = 3/4 (2 metros)
Distancia aparente = 6/4
Distancia aparente = 1,5 metros
La distancia de los peces visibles desde la superficie del estanque = 1,5 metros
La respuesta correcta es B.
8. La luz puede transmitirse en un canal cuyo índice de refracción relativo al entorno es…
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Discusión
Índice de refracción del vacío = 1,0000
El índice de refracción de un medio es mayor que el índice de refracción del vacío.
La respuesta correcta es A.
Dispersión de la luz
9. El ángulo de dispersión es el ángulo entre dos colores de luz monocromática que se produce en el caso de…
A. polarización de la luz
B. absorción de luz
C. dispersión de la luz
D. Difracción de la luz
Discusión
La luz monocromática es aquella que posee un solo color o longitud de onda. La luz blanca, como la luz solar, es una combinación de todos los colores, cada uno con una longitud de onda o frecuencia diferente. La descomposición de la luz blanca en el espectro visible (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta) se denomina dispersión de la luz.
La dispersión de la luz se puede lograr mediante prismas, gotas de agua u otros objetos. Los arcoíris son un ejemplo de dispersión de la luz en la vida cotidiana, donde la luz solar se dispersa por las gotas de lluvia.
La respuesta correcta es C.
10. Preguntas de la Olimpiada Nacional de Ciencias de 2011 para escuelas secundarias de nivel de distrito/ciudad N.° 60
Un arcoíris se ve como una cinta colorida con forma de semicírculo. El orden correcto de los cuatro colores del arcoíris que se muestran a continuación, de menor a mayor radio, es…
A. rojo, naranja, amarillo, verde
B. azul, morado, verde, amarillo
C. verde, azul, índigo, violeta
D. índigo, azul, verde, amarillo
Discusión
El orden de los colores del arcoíris es rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y morado.
La luz roja tiene la longitud de onda más larga, mientras que la luz violeta tiene la más corta. La desviación de cada color de luz depende de su longitud de onda.
Cuando la luz solar blanca se dispersa por las gotas de lluvia, la luz con longitudes de onda más largas se desvía menos, mientras que la luz con longitudes de onda más cortas se desvía más. La luz roja se desvía menos porque su longitud de onda es mayor, mientras que la luz violeta se desvía más porque su longitud de onda es menor, como se muestra en el diagrama a continuación. Por lo tanto, el ojo del observador ve la luz roja en la parte superior y la luz violeta en la parte inferior.
Todos los colores del arcoíris tienen una forma parcialmente circular, donde el círculo de luz roja está en la parte superior, por lo que tiene el radio más grande, mientras que el círculo de luz púrpura está en la parte inferior, por lo que tiene el radio más pequeño.
El orden de los colores de la luz, desde el radio mayor al menor, es rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo, púrpura.
La respuesta correcta es D.
11. Los colores claros de la capa de aceite en la superficie del agua se producen debido al evento...
A. interferencia
B. polarización
C. dispersi
D. difracción
Discusión
La respuesta correcta es C.
