Exemplos de preguntas e fórmulas para ondas de luz en óptica física
Características da luz
1. A luz é unha onda electromagnética, polo tanto a luz….
A. Non experimenta reflexión
B. Non experimenta refracción
C. Non require un medio de propagación
D. Non transporta enerxía na súa propagación
Discusión
A luz é unha onda, polo tanto, sofre reflexión, refracción e transporta enerxía durante a súa propagación, igual que outras ondas. A luz é unha onda electromagnética, polo que non require un medio para a súa propagación.
A resposta correcta é C.
2. Preste atención á seguinte afirmación:
1. A luz móvese en liña recta
2. A luz é unha onda electromagnética
3. A luz pode ser absorbida
4. A luz leva unha carga eléctrica
A afirmación correcta sobre as propiedades da luz é...
A. só a declaración 1
B. afirmacións 1 e 2
C. afirmacións 1, 2 e 3
D. todas as afirmacións son verdadeiras
Discusión
1. A luz móvese en liña recta.
Esta afirmación é certa porque, aínda que a luz se move como unha onda transversal, a súa traxectoria é unha liña recta. No tema da óptica xeométrica (reflexión e refracción da luz), a luz represéntase como un raio cuxa traxectoria de movemento é unha liña recta.
2. A luz é unha onda electromagnética:
Esta afirmación é certa porque a luz é unha onda electromagnética, polo que a súa propagación non require un medio.
3. A luz pode ser absorbida:
Esta afirmación é verdadeira. A luz é un tipo de onda electromagnética. Todas as ondas, tanto mecánicas como electromagnéticas, transportan enerxía mentres viaxan dun lugar a outro. Polo tanto, parte da enerxía da luz pode ser absorbida polo medio polo que pasa. Por exemplo, cando a luz viaxa cara a un espello plano, a maior parte da luz reflíctese, pero unha pequena parte é absorbida polo espello.
4. A luz leva carga eléctrica:
Esta afirmación é falsa. A luz é unha onda electromagnética e as ondas electromagnéticas prodúcense por campos eléctricos e magnéticos oscilantes. As ondas electromagnéticas emítense pola aceleración das cargas eléctricas.
A resposta correcta é C.
Reflexión perfecta
3. A imaxe da dereita mostra unha pedra de xoia de diamantes que é moi cara porque a luz reflectida polo diamante é moi brillante. Este fenómeno está causado por...
A. refracción perfecta onde a luz entra dun medio menos denso a un medio máis denso
B. refracción perfecta onde o ángulo de incidencia é menor que o ángulo límite
C. reflexión perfecta onde a luz provén dun medio menos denso a un medio máis denso
D. reflexión perfecta onde o ángulo de incidencia é maior que o ángulo límite
Discusión
A luz dun diamante parece brillar debido á dispersión da luz e á reflexión perfecta. A reflexión perfecta ocorre cando a luz se move dun medio cun índice de refracción máis alto a un cun índice de refracción máis baixo. Por exemplo, a luz móvese do diamante (cun índice de refracción máis alto) ao aire (cun índice de refracción máis baixo). Para comprender mellor isto, examina a imaxe seguinte.
Cando a luz se move dun medio cun índice de refracción grande a un medio cun índice de refracción pequeno, a luz desvíase da normal. Se o ángulo de incidencia (i) é maior, entón o ángulo de refracción (r) é maior. Nun certo ángulo de incidencia, o ángulo de refracción é de 90°. O ángulo de incidencia cando o ángulo de refracción é de 90° chámase ángulo crítico (θk) ou ángulo límite. Se o ángulo de incidencia é maior que o ángulo crítico ou ángulo límite, entón non se refracta a luz; toda a luz reflíctese.
A resposta correcta é D.
4. Preguntas da Olimpiada Nacional de Ciencias de 2011 para escolas secundarias de nivel Rexencia/Cidade nº 39
O seguinte fenómeno, que é un síntoma de reflexión perfecta, é...
A. arco da vella
B. miraxe
C. lago coloreado
D. astigmatismo
Discusión
Un espellismo denomínase fenómeno de reflexión perfecta porque neste proceso, ningunha luz procedente do aire é refractada pola superficie da estrada, senón que parece coma se toda a luz fose reflectida pola superficie da estrada. Os espellismo prodúcense porque a luz viaxa a través de capas de aire que teñen diferentes índices de refracción debido ás diferentes densidades destas capas de aire. En realidade, a luz non é reflectida pola superficie da estrada, senón que é refractada (curvada) por capas de aire que teñen diferentes índices de refracción.
A resposta correcta é B.
5. Preguntas da Olimpiada Nacional de Ciencias de 2010 para escolas secundarias de nivel Rexencia/Cidade nº 30
A visión dunha mancha de aceite na superficie dunha estrada de asfalto nun día caloroso é esencialmente un evento de reflexión total porque...
A. O índice de refracción das capas superiores do aire é maior que o das capas inferiores.
B. O índice de refracción das capas superiores do aire é menor que o das capas inferiores.
C. As pingas de auga reflicten diferentes cores en diferentes ángulos de reflexión.
D. As pingas de auga refractan diferentes cores en diferentes ángulos de refracción.
Discusión
Unha escena como unha mancha de aceite nunha estrada de asfalto nun día caloroso é un exemplo de espellismo. Os espellismo prodúcense debido á diferenza no índice de refracción entre a capa de aire preto da estrada e a capa de aire que está enriba dela.
Nun día caloroso, a superficie da estrada quenta o aire directamente enriba dela, facendo que a capa de aire directamente enriba da superficie da estrada sexa máis quente que a capa de aire situada máis arriba. A capa de aire máis quente experimenta unha maior expansión de volume, o que a fai menos densa (menor densidade). Pola contra, a capa de aire menos quente que se atopa enriba dela experimenta unha menor expansión de volume, o que a fai máis densa (maior densidade). Polo tanto, a capa de aire inferior é menos densa, mentres que a capa de aire superior é máis densa.
Debido a que a capa de aire inferior (máis preto da superficie da estrada) é menos densa, a luz móvese máis rápido cando a atravesa, mentres que a capa de aire superior é máis densa, polo que a luz móvese máis lentamente cando a atravesa.
A fórmula para o índice de refracción é: n = c / v, onde n é o índice de refracción, c = velocidade da luz no baleiro = constante = 3 x 108 m/s, v = velocidade da luz no medio. Baseándose nesta fórmula, c está fixado de xeito que se v aumenta, n diminue e viceversa, se v diminúe, n aumenta.
A luz móvese máis rápido na capa inferior de aire (v grande), de xeito que a capa inferior de aire ten un índice de refracción menor (n pequeno), mentres que a luz móvese máis lentamente na capa superior de aire (v pequena), de xeito que a capa superior de aire ten un índice de refracción maior (n grande).
A resposta correcta é A.
índice de refracción
6. Un feixe de luz visible ten unha lonxitude de onda de 510 nm no aire. Se o feixe de luz entra nun medio cun índice de refracción de 1,5, a súa lonxitude de onda cambia a….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Discusión
Sábese que:
Lonxitude de onda (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metro
Índice de refracción (n) = 1,5
Pregunta: A lonxitude de onda (λ) cambia a….
Resposta:
A lonxitude de onda (λ) cambia a 340 nanómetros.
A resposta correcta é C.
7. Obsérvase un peixe no fondo mariño dunha poza de augas claras, a profundidade da poza é de 2 metros e o índice de refracción da poza é de 4/3. Se o peixe se ve case perpendicular á superficie da poza, a que distancia aparece o peixe da superficie da poza?
A. A 1 metro da superficie da piscina
B. A 1,5 metros da superficie da piscina
C. A 2 metros da superficie da piscina
D. 2,67 metros desde a superficie da piscina
Discusión
Sábese que:
Índice de refracción da piscina = 4/3
Profundidade da piscina = 2 metros
Pregunta: A que distancia se poden ver os peixes da superficie do estanque?
Resposta:
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
A distancia dos peixes visibles desde a superficie do estanque = 1,5 metros
A resposta correcta é B.
8. A luz pode transmitirse nun canal cuxo índice de refracción en relación co ambiente é….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Discusión
Índice de refracción do baleiro = 1,0000
O índice de refracción dun medio é maior que o índice de refracción do baleiro.
A resposta correcta é A.
Dispersión da luz
9. O ángulo de dispersión é o ángulo entre dúas cores de luz monocromática que se produce no caso de...
A. polarización da luz
B. absorción de luz
C. dispersión da luz
D. difracción da luz
Discusión
A luz monocromática é a luz que ten unha soa cor ou lonxitude de onda. A luz branca, como a luz solar, é unha combinación de todas as cores, cada unha cunha lonxitude de onda ou frecuencia diferente. A descomposición da luz branca no espectro visible (vermello, laranxa, amarelo, verde, azul, índigo e violeta) chámase dispersión da luz.
A dispersión da luz pode conseguirse mediante prismas, pingas de auga ou outros obxectos. Os arcos da vella son un exemplo de dispersión da luz na vida cotiá, onde a luz solar é dispersada polas pingas de choiva.
A resposta correcta é C.
10. Preguntas da Olimpiada Nacional de Ciencias de 2011 para escolas secundarias de nivel Rexencia/Cidade nº 60
Un arco da vella aparece como unha cinta de cores con forma de círculo parcial. A orde correcta das catro cores do arco da vella que se mostran a continuación, do radio máis pequeno ao máis grande, é...
A. vermello, laranxa, amarelo, verde
B. azul, morado, verde, amarelo
C. verde, azul, índigo, violeta
D. índigo, azul, verde, amarelo
Discusión
A orde das cores do arco da vella é vermello, laranxa, amarelo, verde, azul, índigo e púrpura.
A luz vermella ten a lonxitude de onda máis longa, mentres que a luz violeta ten a máis curta. A desviación de cada cor de luz depende da súa lonxitude de onda.
Cando a luz solar branca é dispersada polas pingas de choiva, a luz con lonxitudes de onda máis longas desvíase menos, mentres que a luz con lonxitudes de onda máis curtas desvíase máis. A luz vermella desvíase menos porque a súa lonxitude de onda é maior, mentres que a luz violeta desvíase máis porque a súa lonxitude de onda é máis curta, como se mostra no diagrama seguinte. Así, o ollo do observador ve a luz vermella na parte superior e a luz violeta na inferior.
Todas as cores da luz do arco da vella teñen forma parcialmente circular, onde o círculo de luz vermello está na parte superior, polo que ten o radio máis grande, mentres que o círculo de luz morado está na parte inferior, polo que ten o radio máis pequeno.
A orde das cores claras dende o radio máis grande ao radio máis pequeno é vermello, laranxa, amarelo, verde, azul, índigo e púrpura.
A resposta correcta é D.
11. As cores claras da capa de aceite na superficie da auga prodúcense debido ao evento...
A. interferencia
B. polarización
C. dispersi
D. difracción
Discusión
A resposta correcta é C.
