Guía 8 - Física 1

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Guía 8: Reflexión y Refracción de la Luz 
Asignatura: Física 1 (Biotecnología) 
Docente (Teórica): Dr. Brian Wundheiler (brian.wundheiler@iteda.cnea.gov.ar) 
Docente (Practica): Dr. Diego Melo (diego.melo@iteda.cnea.gov.ar) 
Día/Horario: Miércoles, 17 hs a 22 hs 
Problema 1: Los astronautas del Apolo 11 colocaron un panel de retro reflectores de esquinas 
cubicas eficientes en la superficie de la Luna. La rapidez de la luz se deduce al medir el intervalo de 
tiempo necesario para que un laser se dirija desde la Tierra, se refleje en el panel y regrese a la 
Tierra. Suponga que la medición de este intervalo es 2.51 s a la estación cuando la Luna está en su 
cenit. ¿Cuál es la rapidez medida de la luz?. Considere la distancia de centro a centro de la Tierra a 
la Luna en 3.84 x 10
8
 m?. Explique si es necesario tomar en cuenta los tamaños de la Tierra y de la 
Luna en sus cálculos (RT = 6371 km y RL = 1737 km). 
 
Problema 2: En un experimento para medir la rapidez de la luz usando el aparato de Fizeau, la 
distancia entre la fuente de luz y un espejo fue de 11.45 km y la rueda tenía 720 ranuras. El 
experimento determino el valor de c en 2.998 x 10
8
 m/s. Calcule la rapidez angular mínima de la 
rueda para este experimento. 
 
 
Problema 3: Dos pulsos de luz son emitidos simultáneamente desde una fuente. Ambos viajan a 
un detector, pero unos espejos desvían un pulso a lo largo de una trayectoria que lo lleva a través 
de 6.2 m de hielo a lo largo del camino. Determine la diferencia en los tiempos de llegada de los 
pulsos al detector. 
 
Problema 4: La longitud de onda de luz laser roja de helio-neón en el aire es de 632.8 nm. a) ¿Cual 
es la frecuencia?. b) ¿Cual es la longitud de onda en un vidrio que tiene un indicé de refracción de 
1.5?. c) ¿Cual es su rapidez en el vidrio?. 
 
Problema 5: Los dos espejos que se ilustran en la figura forman un ángulo recto. El rayo de luz del 
plano vertical P incide en el espejo 1, como se muestra en la figura. a) Determine la distancia que 
el rayo reflejado recorre antes de incidir en el espejo 2. b) ¿En qué dirección se mueve el rayo de 
luz después de ser reflejado desde el espejo 2?. 
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Problema 6: Cuando la luz, tal como muestra la figura, pasa por el bloque de vidrio, se desplaza 
lateralmente una distancia d. Tome n = 1.5 y encuentre el valor de d. 
 
 
 
Problema 7: El índice de refracción para luz violeta en vidrio de piedra sílice es 1.66, y el de luz roja 
es 1.62. ¿Cuál es la dispersión angular de luz visible que pasa por un prisma de ángulo en el ápice 
de 60
0
 si el ángulo de incidencia es de 50
0
?. 
 
 
Problema 8: Un angosto rayo de luz amarilla de sodio, con longitud de onda de 589 nm en el vacío, 
incide desde el aire sobre una superficie uniforme de agua a un ángulo de incidencia de 35
0
. 
Determine el ángulo de refracción y la longitud de onda de la luz en el agua. 
 
Problema 9: Un rayo de luz incide sobre la superficie plana de un bloque de vidrio sin plomo que 
está rodeado de agua. El ángulo de refracción es de 19.6
0
. Encuentre el ángulo de reflexión. 
 
Problema 10: Un estrecho haz de ondas ultrasónicas se refleja del tumor hepático tal como ilustra 
la figura. La velocidad de la onda es 10% menor en el hígado que en el medio circundante. 
Determine a que profundidad se encuentra el tumor. 
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Problema 11: El haz de luz que se muestra en la figura forma un ángulo de 20
0
 con la línea normal 
NN’ en el aceite de linaza. Determine los ángulos θ y θ’. El índice de refracción del aceite de linaza 
es 1.48. 
 
Problema 12: Un prisma triangular de vidrio con ángulo en el ápice φ = 600 tiene un índice de 
refracción de n = 1.5. ¿Cuál es el ángulo de incidencia mínimo θ1 en el que un rayo de luz puede 
emerger desde el otro lado?. 
 
 
 
Problema 13: Un angosto rayo de luz blanca incide sobre un bloque de cuarzo fundido a un ángulo 
de 30
0
. Encuentre la dispersión angular del rayo de luz dentro del cuarzo debido a la dispersión. 
 
Problema 14: Una fibra de vidrio (n = 1.5) es sumergida en agua (n = 1.33). ¿Cuál es el ángulo 
crítico para que la luz permanezca dentro de la fibra óptica?. 
 
Problema 15: Determine el ángulo máximo θ en el que rayos de luz, que inciden sobre el extremo 
del tubo de la siguiente figura, están sometidos a reflexión interna total a lo largo de las paredes 
del tubo. Suponga que el tubo tiene un índice de refracción de 1.36 y el medio exterior es aire. Su 
respuesta define el tamaño del cono de aceptación para la tubería de luz. 
 
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Problema 16: Un rayo laser incide en el extremo de una placa de material, como muestra la figura. 
El índice de refracción de la placa es 1.48. Determine el número de reflexiones internas del rayo 
antes de que salga por el extremo opuesto de la placa. 
 
 
Problema 17: Una fibra óptica tiene un índice de refracción n y un diámetro d, y está rodeada por 
aire. Se envía luz por la fibra a lo largo de su eje. a) Encuentre el mínimo radio exterior R permitido 
para una curva en la fibra si no ha de escapar luz. b) El resultado del inciso a), ¿pronostica un 
comportamiento razonable cuando d se aproxima a cero, cuando n aumenta, o cuando n se 
aproxima a 1?. c) Evalué R si el diámetro de la fibra es 100 mm y su índice de refracción es 1.4. 
 
 
 
Problema 18: La distancia de una lámpara desde un espejo plano grande es el doble de la distancia 
de una persona al espejo plano. La luz de la lámpara llega a esta persona por dos trayectorias. Se 
mueve al espejo a un ángulo de incidencia θ, y se refleja del espejo a la persona. También se 
mueve directamente a ella sin reflejarse en el espejo. La distancia total recorrida por la luz en el 
primer caso es el doble de la distancia recorrida por la luz en el segundo. Encuentre el valor del 
ángulo θ.