T3: Vibraciones y ondas · Ondas electromagnéticas — FISICA PEvAU Andaluc%C3%ADa 2017

Ondas electromagnéticas

Teoría

2017 · Extraordinaria · Titular

3B-a

a) ¿Qué es una onda electromagnética? Si una onda electromagnética que se propaga por el aire penetra en un bloque de metacrilato, justifique qué características de la onda cambian al pasar de un medio al otro.

Onda electromagnéticaRefracciónFrecuencia

a) ¿Qué es una onda electromagnética?

Una onda electromagnética es una perturbación que se propaga en el espacio mediante la oscilación simultánea y perpendicular entre sí de un campo eléctrico $\vec{E}$ y un campo magnético $\vec{B}$ , ambos perpendiculares a la dirección de propagación. Por ello se denominan ondas transversales. No necesitan ningún medio material para propagarse, es decir, pueden viajar a través del vacío.En el vacío, todas las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz:

c = 3 \times 10^8 \text{ m/s}

Características que cambian al pasar del aire al metacrilato:

Al penetrar en un medio material como el metacrilato (índice de refracción $n > 1$ ), las características de la onda se ven afectadas de la siguiente manera:

1) Velocidad de propagación: SÍ cambia. La velocidad de la onda en el nuevo medio es menor que en el aire, ya que la luz interacciona con los átomos del material. La velocidad en el metacrilato viene dada por:

v = \frac{c}{n}

donde $n$ es el índice de refracción del metacrilato ( $n \approx 1.49$ ). Por tanto, $v < c$ , la velocidad disminuye al entrar en el metacrilato.

2) Longitud de onda: SÍ cambia. Al disminuir la velocidad de propagación y mantenerse constante la frecuencia, la longitud de onda disminuye. Esto se deduce de la relación:

v = \lambda \cdot f \implies \lambda = \frac{v}{f}

Como $v$ disminuye y $f$ permanece constante, $\lambda$ también disminuye al pasar al metacrilato.

3) Frecuencia: NO cambia. La frecuencia es una propiedad de la fuente que genera la onda y no depende del medio de propagación. Por ello, permanece constante al cambiar de medio.4) Dirección de propagación: SÍ cambia (salvo incidencia normal). Si la onda incide con un ángulo distinto de cero respecto a la normal de la superficie, la dirección de propagación cambia al entrar en el metacrilato. Este fenómeno se denomina refracción y se describe mediante la Ley de Snell:

n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2

Como el metacrilato tiene mayor índice de refracción que el aire ( $n_2 > n_1$ ), el rayo se acerca a la normal al penetrar en él ( $\theta_2 < \theta_1$ ).

En resumen: al pasar del aire al metacrilato, la frecuencia se conserva, mientras que la velocidad de propagación y la longitud de onda disminuyen, y la dirección de propagación cambia (refracción).