b) i) Para determinar la trayectoria de los rayos azul y rojo, aplicamos la Ley de Snell a cada componente. La luz incide desde el aire (naire=1) a un material con diferentes índices de refracción para cada color, con un ángulo de incidencia θ1=40∘.La Ley de Snell establece que n1sinθ1=n2sinθ2. Como los rayos pasan de un medio con menor índice de refracción (aire) a un medio con mayor índice de refracción (material), ambos se desviarán acercándose a la normal.Dado que nmaterial(azul)=1,47 y nmaterial(roja)=1,44, y sabemos que 1,47>1,44, la componente azul experimentará una mayor desviación hacia la normal que la componente roja. Por lo tanto, el ángulo de refracción para el rayo azul será menor que para el rayo rojo.
nairesinθ11⋅sin40∘sinθ2,azulθ2,azul=nmaterial(azul)sinθ2,azul=1,47sinθ2,azul=1,47sin40∘=1,470,6428≈0,4373=arcsin(0,4373)≈25,93∘ nairesinθ11⋅sin40∘sinθ2,rojaθ2,roja=nmaterial(roja)sinθ2,roja=1,44sinθ2,roja=1,44sin40∘=1,440,6428≈0,4464=arcsin(0,4464)≈26,52∘ Así, el rayo azul se refracta con un ángulo de 25,93∘ y el rayo rojo con un ángulo de 26,52∘ respecto a la normal. Esto confirma que el rayo azul se desvía más.
b) ii) La velocidad de la luz en un medio material se relaciona con la velocidad de la luz en el vacío (c) y el índice de refracción (n) del medio mediante la fórmula v=nc.Analizamos la velocidad para cada componente en el interior del material:
vazulvroja=nmaterial(azul)c=1,473⋅108 m s−1≈2,04⋅108 m s−1=nmaterial(roja)c=1,443⋅108 m s−1≈2,08⋅108 m s−1 Dado que vroja≈2,08⋅108 m s−1 es mayor que vazul≈2,04⋅108 m s−1, la componente roja se propaga más rápidamente en el interior de la lámina.
b) iii) La frecuencia de la luz es una característica de la fuente y no cambia al pasar de un medio a otro. Podemos determinar la frecuencia de cada rayo en el aire utilizando la relación fundamental c=λ⋅f.Despejando la frecuencia f=λc:
fazulfroja=λazul,airec=4,5⋅10−7 m3⋅108 m s−1≈6,67⋅1014 Hz=λroja,airec=6,9⋅10−7 m3⋅108 m s−1≈4,35⋅1014 Hz