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Óptica física
Teoría
2021 · Ordinaria · Titular
C1-a
Examen
a) Un rayo de luz monocromática pasa de un medio de índice de refracción n1n_{1} a otro medio con índice de refracción n2n_{2}, siendo n1<n2n_{1} < n_{2}. Razone y justifique la veracidad o falsedad de las siguientes frases: i) La velocidad de dicho rayo aumenta al pasar del primer medio al segundo. ii) La longitud de onda del rayo es mayor en el segundo medio.
RefracciónLey de SnellÍndice de refracción
a) Para razonar la veracidad o falsedad de las afirmaciones, utilizaremos la relación entre el índice de refracción, la velocidad de la luz y la longitud de onda.

El índice de refracción de un medio, nn, se define como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío, cc, y la velocidad de la luz en ese medio, vv:

n=cvn = \frac{c}{v}

De esta expresión, la velocidad de la luz en un medio es v=cnv = \frac{c}{n}.También sabemos que la velocidad de una onda se relaciona con su longitud de onda λ\lambda y su frecuencia ff mediante la expresión v=λfv = \lambda \cdot f.Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, la frecuencia ff de la onda no cambia, ya que la frecuencia está determinada por la fuente emisora y no por el medio por el que se propaga la luz.

i) La velocidad de dicho rayo aumenta al pasar del primer medio al segundo.

Nos dan la condición n1<n2n_1 < n_2. Analicemos las velocidades en ambos medios:

v1=cn1v_1 = \frac{c}{n_1}
v2=cn2v_2 = \frac{c}{n_2}

Dado que n1<n2n_1 < n_2, al dividir cc entre un número menor (n1n_1) obtenemos un resultado mayor que al dividirlo entre un número mayor (n2n_2). Por lo tanto, v1>v2v_1 > v_2. Esto significa que la velocidad de la luz disminuye al pasar del primer medio al segundo.Por lo tanto, la afirmación "La velocidad de dicho rayo aumenta al pasar del primer medio al segundo" es FALSA\ce{FALSA}.

ii) La longitud de onda del rayo es mayor en el segundo medio.

Utilizamos la relación v=λfv = \lambda \cdot f. Como la frecuencia ff es constante al pasar de un medio a otro, podemos escribir:

v1=λ1fv_1 = \lambda_1 \cdot f
v2=λ2fv_2 = \lambda_2 \cdot f

De estas expresiones, podemos despejar la longitud de onda: λ=vf\lambda = \frac{v}{f}.Como hemos demostrado en el apartado anterior que v1>v2v_1 > v_2 y la frecuencia ff es constante, se deduce que λ1>λ2\lambda_1 > \lambda_2.Es decir, la longitud de onda disminuye (es menor) al pasar del primer medio al segundo.Por lo tanto, la afirmación "La longitud de onda del rayo es mayor en el segundo medio" es FALSA\ce{FALSA}.