AndalucíaAndalucía
MadridMadrid
CataluñaCataluña
GaliciaGalicia
MurciaMurcia
ValenciaValencia
En construcciónAñadimos comunidades, materias, años y soluciones de forma progresiva y constante.
Óptica geométrica
Problema
2017 · Extraordinaria · Reserva
3B-b
Examen
b) El ángulo límite vidrio-agua es de 60∘60^{\circ}. Un rayo de luz, que se propaga por el vidrio, incide sobre la superficie de separación con un ángulo de 45∘45^{\circ} y se refracta dentro del agua. Determine el índice de refracción del vidrio. Calcule el ángulo de refracción en el agua.

Dato: nagua=1,33n_{\text{agua}} = 1,33

ley de Snellángulo de refracciónángulo límite
b) Determinación del índice de refracción del vidrio y del ángulo de refracción en el agua.
Índice de refracción del vidrio a partir del ángulo límite

El ángulo límite θL\theta_L es el ángulo de incidencia (en el medio más denso) para el cual el rayo refractado sale a 90∘90^\circ respecto a la normal (rasa la superficie). La condición es:

nvidrio⋅sin⁡θL=nagua⋅sin⁡90∘=naguan_{\text{vidrio}} \cdot \sin\theta_L = n_{\text{agua}} \cdot \sin 90^\circ = n_{\text{agua}}

Despejando el índice de refracción del vidrio:

nvidrio=naguasin⁡θL=1,33sin⁡60∘=1,330,866≈1,536n_{\text{vidrio}} = \frac{n_{\text{agua}}}{\sin\theta_L} = \frac{1{,}33}{\sin 60^\circ} = \frac{1{,}33}{0{,}866} \approx 1{,}536
Vidrio (n=1,54)Agua (n=1,33)θr
Ángulo de refracción en el agua

Aplicando la Ley de Snell para el rayo que incide a 45∘45^\circ sobre la superficie vidrio-agua:

nvidrio⋅sin⁡θi=nagua⋅sin⁡θrn_{\text{vidrio}} \cdot \sin\theta_i = n_{\text{agua}} \cdot \sin\theta_r
sin⁡θr=nvidrio⋅sin⁡θinagua=1,536⋅sin⁡45∘1,33=1,536⋅0,70711,33=1,0861,33≈0,816\sin\theta_r = \frac{n_{\text{vidrio}} \cdot \sin\theta_i}{n_{\text{agua}}} = \frac{1{,}536 \cdot \sin 45^\circ}{1{,}33} = \frac{1{,}536 \cdot 0{,}7071}{1{,}33} = \frac{1{,}086}{1{,}33} \approx 0{,}816
θr=arcsin⁡(0,816)≈54,7∘\theta_r = \arcsin(0{,}816) \approx 54{,}7^\circ

Como 45∘<60∘45^\circ < 60^\circ (ángulo límite), el rayo sí se refracta hacia el agua, con un ángulo de refracción de aproximadamente 54,7∘54{,}7^\circ.

Resultados
Índice de refracción del vidrio: nvidrio≈1,54n_{\text{vidrio}} \approx 1{,}54Ángulo de refracción en el agua: θr≈54,7∘\theta_r \approx 54{,}7^\circ