Física II CiBEx – 1er semestre 2016 Departamento de Física

Física II CiBEx – 1er semestre 2016 Departamento de Física ‐ FCE ‐ UNLP Práctica 7: Ondas electromagnéticas. Leyes de reflexión y refracción de la luz. Polarización.
1.
Calcular la longitud de onda o frecuencia para las siguientes ondas electromagnéticas y compárelas entre sí: a) Radio: AM 1390 kHz y FM 103,5 MHz b) Canal TV, f = 300 MHz c) Telefonía celular f = 2100 MHz d) Ondas infrarrojas λ = 0,1 mm e) Luz visible 400 nm < λ < 700 nm 2. Un horno de microondas trabaja en el rango de las radiofrecuencias (2450 MHz aprox.). Calcular la longitud de onda de las ondas electromagnéticas. La malla agujereada que se encuentra en todas las puertas de este tipo de hornos sirve para protegernos de las ondas de radiofrecuencia que emiten estos artefactos. ¿Por qué esta malla evita que salgan las ondas de radiofrecuencia pero sin embargo permite que salgan las ondas de luz que nos permiten ver los alimentos que hay en el interior del horno? 3. El campo eléctrico de una onda electromagnética plana en el vacío se representa como: Ex= 10 sen(107 z ‐ ωt) ; Ey = 0 ; Ez = 0. Todas las magnitudes están expresadas según el Sistema Internacional de medidas (SI). Determinar: a) La longitud de onda (λ), la frecuencia (f) y la dirección de propagación de la onda. b) La dirección de polarización de la onda. c) Las componentes x, y, z del campo magnético B. d) El vector de Poynting S(z,t). e) La intensidad I de la onda. 4. ¿Cómo se modifica la intensidad I de una onda electromagnética plana si la amplitud del campo eléctrico se duplica? ¿y si se reduce a un décimo? 5. Considerar una onda de frecuencia f = 60 Hz que se propaga en el vacío, en la dirección z, polarizada según la dirección x y con una amplitud del vector campo eléctrico E0 = 5 V/m. a) Encuentre las expresiones para los vectores E y B. Hallar el vector de Poynting para esta onda. 6. Una onda electromagnética se propaga esféricamente partiendo de una fuente de potencia 100W. Encontrar cuál será la intensidad y la amplitud de E a una distancia de 10 m. 7. El filamento de una lámpara incandescente tiene una resistencia de 400 Ω mientras está encendida y consume una corriente de 0,5 A. a) Calcular la potencia que consume dicha lámpara. b) Suponiendo que un 5 % de la potencia consumida se emite en forma de onda electromagnética en el espectro visible, encuentre las amplitudes de E y B de la onda de luz a 1 m del filamento (suponga que la propagación es en forma de onda esférica). c) Repetir el inciso anterior para una distancia de 2 m de la lámpara. d) ¿Qué sucede con el 95 % restante de la potencia que consume la lámpara? 8. ¿Cómo cambia la intensidad de cualquier onda electromagnética, que se propaga como una onda esférica, en función a la distancia a la fuente que la emite? 9. ¿Cuál es la velocidad de una onda electromagnética luminosa en un medio cuyo índice de refracción es 1,5 (vidrio)? 10. ¿Qué cambia en la resolución del ejercicio 4 si la onda se propaga en agua (n = 1,33)? 11. En cuál medio la luz viaja más rápido y en cuál viaja más lento (justificar): a) Vacío b) Agua c) Vidrio 12. Si un rayo de luz incide sobre una superficie plana desde aire a vidrio con un ángulo de incidencia de 0o. Indicar cuál de las afirmaciones es la correcta (justificar): 1
a) Sólo cambia la velocidad. b) Sólo cambia la dirección. c) Cambian ambas, dirección y velocidad. d) No cambia ninguna. Si un rayo de luz incide sobre una superficie plana desde aire a vidrio con un ángulo de incidencia distinto de 0o. Indicar cuál de las afirmaciones es la correcta (justifique): a) Sólo cambia la velocidad. b) Sólo cambia la dirección. c) Cambian ambas, dirección y velocidad. d) No cambia ninguna. Un acuario lleno de agua (n=1,33) tiene paredes de vidrio de n= 1,58. Un rayo de luz incide desde el exterior con un θi = 43,5°, a) ¿cuál será el ángulo de refracción al transmitirse al vidrio, y cuál luego al pasar al agua? b) ¿Cuál será el ángulo refractado si incide directamente en el agua? Una persona mira una moneda ubicada en el fondo de un estanque lleno con agua de 2,5 m de profundidad. Un rayo de luz que sale de la moneda emerge del agua y llega a un observador. a) Realice un esquema indicando cualitativamente como es el camino del rayo que llega al ojo del observador. b) Si el rayo que emerge del agua le llega al observador formando un ángulo de 10° (con respecto a la normal de la superficie del agua), calcular a qué profundidad le parecerá al observador que está la moneda. Una cierta clase de vidrio tiene un índice de refracción de 1,650 para la luz azul y un índice de refracción de 1,615 para la luz roja. Si un haz que contiene estos dos colores incide con un ángulo de 30° sobre un bloque de caras paralelas de este vidrio: a) Realizar un esquema de la situación inicial y complételo a medida que resuelva el problema. b) ¿Calcular el ángulo entre los dos rayos dentro del vidrio? c) ¿Calcular el ángulo entre los dos rayos al emerger nuevamente al aire? d) ¿Qué espesor deberá tener el vidrio para que los rayos estén separados 1 cm al salir del vidrio? Una fibra óptica consiste de un núcleo central de índice de refracción n1 rodeada de un material de índice de refracción n2, como se muestra en el esquema. El ángulo de aceptación de la fibra es el máximo valor que puede tomar α para que la luz incidente desde el aire no escape del núcleo y pueda, de ese modo, propagarse por la fibra. a) Considerando que la fibra trabaja por reflexión total interna, concluya que n2 < n1 b) Encontrar el ángulo de aceptación (α) si n1 = 1,50, y n2 = 1,49. 13.
14.
15.
16.
17.
18. Calcular el ángulo crítico para que haya reflexión total interna cuando un haz de luz que se propaga por agua quiere emerger al aire. Qué sucede con el rayo de luz para ángulos de incidencia mayores al calculado anteriormente, el mismo será: a) Absorbido. b) Parcialmente reflejado y parcialmente trasmitido. c) Totalmente reflejado. d) Totalmente trasmitido. 19. Luz natural de intensidad I0 incide sobre un polarizador A cuyo eje de transmisión es vertical. La luz trasmitida incide a su vez sobre un polarizador B orientado con su eje de polarización perpendicular al anterior. a) ¿Qué tipo de polarización tiene la luz antes de incidir en el 1er polarizador, y cuál luego de atravesarlo el polarizador A? b) ¿Cuánto valen la intensidad de la luz antes y después de atravesar el polarizador B? c) Se introduce entre ambos polarizadores un tercer polarizador con su eje a 45° con respecto al primero, ¿cuánto vale la intensidad a la salida de B? ¿Por qué ahora la intensidad emergente es distinta de 0? d) Si B se rota 90°, ¿cuál es la intensidad a la salida? ¿Por qué? e) Con el material disponible sobre las mesadas reproducir las distintas configuraciones anteriores y compruebar (cualitativamente) los resultados obtenidos en los distintos incisos. 2