Refracción óptica Montoya

Velocidad de la luz La rapidez de la luz varia de un medio a otro , la La rapidez de la luz varia de un medio a otro , la luz viaja mas rápido en el vacío y es aproximadamente la misma velocidad en el aire 𝐶=3𝑥 10 8 𝑚/𝑠 La rapidez de la luz varia de un medio a otro , la luz viaja mas rápido en el vacío y es aproximadamente la misma velocidad en el aire 𝐶=3𝑥 10 8 𝑚/𝑠 Cuando la luz encuentra una interfaz , se refracta en el medio , cambiando su velocidad , por tanto cambia la dirección de la misma. este fenómeno recibe el nombre de refracción

Índice de refracción. El índice de refracción absoluto de un medio, se define como la razón entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio 𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐶 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 Para cualquiera de dos materiales , el índice de refracción relativo de refracción del material 1 , con respecto al material 2 , esta dado por: 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜, 𝐼 3 ( 1 2 ) = 𝑛 1 𝑛 2 , donde estos valores corresponden a los índices des refracción absolutos de los materiales.

Tablas de índice de refracion

La refracción de la luz. Refracción , cuando la luz incide en una interfaz , la luz cambia de dirección.

Desde el punto de vista ondulatorio

Ley de Snell

Relación de cambio de la dirección de la velocidad con el medio Cuando la luz incide en una interfaz desde un medio de menor índice absoluto a otro de mayor índice absoluto, se acerca a la normal. Desde un medio de mayor índice absoluto a otro de menor índice absoluto , se aleja de la normal.

Refracción del espectro visible en un medio transparente

Refracción y ángulo limite.

Ángulo crítico o limite Debido a que el seno de un ángulo , no puede ser mayor que la unidad (1) , la relación de Snell confirma que la reflexión total interna solo puede ocurrir si la luz pasa de un medio de menor índice de reflexión absoluta a otro de mayor índice de reflexión absoluta.

Imagen por refracción.

Refracción entre dos medios.

El prisma Puede ser usado para dispersar la luz en sus colores que la componen.

Dispersión de la luz

Problemas de aplicación.

El arco iris.

Una gota de lluvia!

Refracción de la luz.

Las ondas Rayleigh y ondas Mie Efecto Rayleigh y efecto Mie ¿Por qué el cielo es azul? ¿A qué se debe un bello atardecer rojizo? ¿Y un día gris? La respuesta está en la dispersión de la luz y los efectos Rayleigh y Mie. La luz solar es una radiación electromagnética compuesta por distintas longitudes de onda. Nuestro ojo capta sólo la parte de luz que corresponde a determinadas frecuencias de longitud de onda. La luz blanca es la suma de todas las longitudes de onda que percibimos.

La dispersión de Rayleigh La dispersión de Rayleigh de la luz solar en la atmósfera es la principal razón de que el cielo se vea azul. ... La dispersión de luz por partículas mayores a un décimo de la longitud de onda se explica con la teoría de Mie, que es una explicación más general de la difusión de radiación electromagnética.

Modelo matemático de las ondas de Rayleigh

Dispersión de Rayleigh

Dispersión cromática. Cada color es una única longitud de onda. Siguen el orden del arcoíris: el color rojo tiene la longitud de onda más larga, y el violeta la más corta. La dispersión de la luz es su descomposición en colores. Las longitudes de onda toman ángulos distintos y los colores se separan. A mayor longitud de onda, mayor ángulo. Cuando la luz solar entra en contacto con la atmósfera, se dispersa. Nuestra atmósfera la forman partículas pequeñas, y el grado de humedad favorece la mayor difusión de unos colores frente a otros.

Efecto Rayleigh La luz es una forma de radiación, es decir, de energía. Al chocar con las partículas pequeñas de la atmósfera produce el efecto Rayleigh. Parte de la energía se transfiere a estas partículas, que vibran y difunden la luz en todas direcciones. Por eso la luz llena todo el cielo.

El cielo fuera de la atmosfera. Fuera de la atmósfera el cielo es oscuro, aunque llegue la luz del Sol. Las ondas cortas son las que tienen mayor difusión. Es decir, las violetas y azules. Como la luz blanca contiene mayor cantidad de luz azul que violeta, predomina el azul. Además, nuestro ojo es más receptivo al azul. Vemos el Sol amarillo porque ya hemos restado el color azul a la blanca. Y, cuando está alto, el amarillo prevalece sobre el rojo porque su longitud de onda es más corta.

Dispersión de Mie Dispersión de Mie A las horas del crepúsculo y el atardecer el Sol está bajo. Las ondas recorren un camino más largo a través de la atmósfera. Así que las de longitud de onda corta se pierden y prevalecen las de onda larga. Por eso se difunden los colores rojizos. También influye la cantidad de polvo acumulado en la atmósfera.

El efecto Mie El efecto Mie se produce cuando la luz choca con partículas o moléculas grandes. Las partículas absorben una parte de la luz y reflejan el resto, como pequeños espejos. Aquí el color depende de la composición de la partícula. Cuando la atmósfera está muy cargada y las nubes son espesas, el efecto Mie se acentúa y favorece los colores grises. El efecto Mie domina la atmósfera de Marte. Su cielo no es azul sino de un plomizo rojo y amarillo. Carl Sagan describe la decepción de la prensa cuando mostraron las primeras fotos del cielo de Marte. Nada comparable a nuestro hermoso cielo azul.

Problemas de aplicación. 1. ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas es la que tiene menor longitud de onda?   Ondas correspondientes al azul b) Ondas infrarrojas c) Ondas de rayos X d) Luz ultravioleta e) Ondas correspondientes al amarillo.

2. ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas tiene mayor rapidez en el vacío?   A) luz ultravioleta. B) luz infrarroja. C) rayos X. D) rayos gamma. E) Todas viajan con la misma rapidez.

3.- Un haz de luz pasa de un medio a otro medio distinto, entonces de las siguientes situaciones mostradas en las siguientes figuras es (son) posible(s)

4. - Un rayo de luz pasa del medio 1 al 2 , según la figura 4.- Un rayo de luz pasa del medio 1 al 2 , según la figura. ¿Cuál de los dos tiene mayor índice de refracción?

5.- Es incorrecto afirmar respecto de las ondas electromagnéticas que A) El microondas usado para calentar la comida emite ondas electromagnéticas. B) Un celular emite ondas electromagnéticas. C) Las centrales nucleares emiten ondas electromagnéticas. D) Los cables de alta tensión ubicados en la ciudad emiten ondas electromagnéticas. E) Ninguna de ellas se puede propagar a través de un sólido

6.- en la figura , sobre un prisma incide en una de sus caras un rayo de luz blanca . Haga un esquema de la refracción que se produce según los colores. ¿Cuál de los colores experimenta una mayor dispersión?

7. Cuando una onda electromagnética pasa de un medio a otro, disminuye su longitud de onda en un décimo, entonces el periodo de la onda: a) No cambia b) Disminuye en un decimo c) Aumenta en un decimo d) Disminuye en dos decimos e) Aumenta en dos décimos.

8.- El cielo se ve de tonalidad azul por:   I: La atmosfera dispersa con mayor facilidad las longitudes de onda de este color II: Es consecuencia del fenómenos de las ondas de Rayleigh III: Es propio de la atmosfera porque es de naturaleza azul. Solo I b) solo II c) solo III d) solo

9.- El fenómeno de las ondas de Mie, explica: I: La dispersión del color rojo de la luz proveniente del sol II: El sol esta frente al horizonte del observador y dispersa mejor las ondas largas del espectro visible. III: Las distintas tonalidades del cielo. Sólo I B) Sólo II c) Sólo III d) Sólo I y II e) Sólo II y III  

10: Cuál de las siguientes aseveraciones es (son) verdadera(s): I: El color rojo tiene mayor longitud de onda que el azul II: La energía asociada a los rayos X, es mayor que la energía asociada al color amarillo III: Los fotones asociados al color violeta son más rápidos que los fotones asociados al color rojo. Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) Sólo I y II e) I,II y III

11. - la frecuencia del violeta es 6 11.- la frecuencia del violeta es 6.5 𝒙𝟏𝟎 𝟏𝟒 Hz, La energía en electro volt del violes es: 269eV b) 2.69eV c) 26.9eV d) 0.269eV e) 2690eV 12.- La Longitud de onda del amarillo se encuentra entre los 570nm y 590 nm. ¿Cuál es la menor frecuencia del color amarillo? 13.- ¿Qué valor tiene la mayor energía para el color amarillo? 14¿Que fenómeno no puede explicar el modelo corpuscular de Newton?

15.- En la figura se representa la refracción de la luz que incide desde el aire al agua. Se afirma que: I: La luz viaja más lento en el agua. II: El rayo de luz que se refracta en el agua se acercará a la normal III: El color rojo en el agua se dispersa más y disminuye su frecuencia. De estas proposiciones es (son) verdadera(s):   a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) Sólo I y III e) Sólo I y II

16.- La rapidez de la luz en cierto vidrio es de 1,91 𝑥10 6 m/s ¿Cuál es el índice de refracción del vidrio? (1,57) 17.- ¿Cuál es la frecuencia de la luz que tienen una longitud de onda en el aire de 546nm? ¿Cuál es la frecuencia en el agua? ¿Cuál es la rapidez en el agua? ¿Cuál es la longitud de onda en el agua? (549Thz , 549Thz,2,25 𝑥10 6 𝑚 𝑠 , 441𝑛𝑚)

18.- Un haz de luz choca contra una superficie de agua con un ángulo de incidencia de 60º. Determine la dirección de los rayos reflejados y refractados .(para el agua n=1,33) (60º, 41º) 19.- el ángulo critico para la luz que pasa de la sal de roca al aire es de 40,5º . Calcule el índice de refracción de la sal de roca. 20.- ¿Cuál mes el ángulo critico cuando la luz pasa del vidrio (n=1,50) al aire? (41,8º)

Problemas de aplicación.

Atte. Montoya.-