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Refracción
Teoría
2022 · Ordinaria · Suplente
C2-a
Examen
a) Un rayo de luz monocromática aumenta de velocidad al pasar de un medio a otro distinto. i) Justifique cómo afecta ese cambio de medio a la longitud de onda y a la frecuencia del rayo. ii) Justifique si el cambio del medio citado puede dar lugar a una reflexión total.
Índice de refracciónFrecuenciaLongitud de onda+1
a) i) Justificación de cómo afecta el cambio de medio a la longitud de onda y a la frecuencia.

La relación entre la velocidad de propagación de una onda (vv), su longitud de onda (λ\lambda) y su frecuencia (ff) viene dada por la expresión:

v=fλv = f \cdot \lambda

Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, la característica que se mantiene constante es la frecuencia (ff). La frecuencia está determinada por la fuente emisora de la luz y no cambia al propagarse por diferentes medios.El problema indica que el rayo de luz "aumenta de velocidad" al pasar de un medio a otro. Si ff se mantiene constante y vv aumenta, para que la igualdad v=fλv = f \cdot \lambda se siga cumpliendo, la longitud de onda (λ\lambda) debe aumentar también. Por lo tanto, al aumentar la velocidad, la longitud de onda del rayo de luz se incrementa, mientras que su frecuencia permanece invariable.

a) ii) Justificación de si el cambio del medio citado puede dar lugar a una reflexión total.

La reflexión total interna es un fenómeno que ocurre cuando la luz se propaga desde un medio con mayor índice de refracción (n1n_1) a un medio con menor índice de refracción (n2n_2), es decir, cuando n1>n2n_1 > n_2. Además, el ángulo de incidencia debe ser mayor que el ángulo crítico.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}

Si la luz "aumenta de velocidad" al pasar del medio 1 al medio 2 (v2>v1v_2 > v_1), esto implica que el índice de refracción del primer medio es mayor que el del segundo medio (n1>n2n_1 > n_2), ya que nn es inversamente proporcional a vv.

Si v2>v1    cn2>cn1    n1>n2\text{Si } v_2 > v_1 \implies \frac{c}{n_2} > \frac{c}{n_1} \implies n_1 > n_2

Dado que la condición para la reflexión total interna es que la luz viaje de un medio con mayor índice de refracción a uno con menor índice de refracción (n1>n2n_1 > n_2), y esta condición se cumple en el caso descrito (aumento de velocidad de la luz), entonces sí, el cambio de medio citado puede dar lugar a una reflexión total, siempre que el ángulo de incidencia sea mayor que el ángulo crítico.