Material necesario — Cuadernillo de datos: no hace falta — la ley de Snell (n1 sinθ1 = n2 sinθ2) y la condición del ángulo crítico son fórmulas que debes manejar de memoria en este nivel.
Prerrequisitos
- Ley de Snell (ley de la refracción): n1 sinθ1 = n2 sinθ2, con los ángulos medidos respecto a la normal
- El ángulo crítico θc es el ángulo de incidencia (en el medio MÁS denso ópticamente) para el cual el rayo refractado emerge a 90° de la normal: n1 sinθc = n2 (con n1 > n2)
- Para ángulos de incidencia mayores que el ángulo crítico, toda la luz se refleja internamente (reflexión total interna) — no hay rayo refractado
- La polarización es una propiedad de las ondas transversales, no de las longitudinales
Luz monocromática entra por la base de una cubeta de plástico que contiene agua y una capa de aceite flotando sobre ella. Los índices de refracción de los materiales son: Plástico: n = 1,60 Agua: n = 1,33 Aceite: n = 1,47 Aire: n = 1,00 La luz se refracta a un ángulo de 32° (respecto a la normal) al entrar en la capa de plástico desde el aire.
a
Calcula el ángulo de incidencia en la interfase aire-plástico.
[2]
b
Calcula el ángulo crítico para la interfase plástico-agua.
[2]
c
Resume qué se entiende por polarización.
[1]
d
Explica cómo puede comprobarse experimentalmente si un haz de luz está polarizado.
[2]
Pistas progresivas
- 1General — recuerda que los ángulos en la ley de Snell SIEMPRE se miden desde la normal a la superficie, nunca desde la propia superficie.
- 2Apartado a) — aplica la ley de Snell en la interfase aire-plástico: n_aire·sinθi = n_plástico·sin32°.
- 3Apartado a), despeja — sinθi = (1,60 × sin32°) / 1,00.
- 4Apartado a), cifras — sinθi ≈ 0,848 → θi ≈ 58°.
- 5Apartado b) — el ángulo crítico se da SIEMPRE al pasar de un medio MÁS denso ópticamente (mayor n) a uno MENOS denso (menor n). Aquí, la luz va del plástico (n=1,60) al agua (n=1,33), así que sí puede haber ángulo crítico.
- 6Apartado b), plantea — en el ángulo crítico, el rayo refractado sale a 90° de la normal: n_plástico·sinθc = n_agua·sin90° = n_agua (ya que sin90°=1).
- 7Apartado b), cifras — sinθc = 1,33/1,60 ≈ 0,831 → θc ≈ 56°.
- 8Apartado c) — piensa en la dirección de vibración de una onda electromagnética (luz) transversal, y en qué significa restringir esa dirección a un único plano.
- 9Apartado d) — piensa en un filtro polarizador: ¿qué pasa con la intensidad de la luz transmitida si giras el filtro, según si la luz de entrada está polarizada o no?
Teoría básica
- Ley de Snell: n1 sinθ1 = n2 sinθ2, ángulos medidos desde la normal.
- Ángulo crítico: n1 sinθc = n2 (con n1 > n2, medio denso → medio menos denso); para θ > θc hay reflexión total interna, ya no hay rayo refractado.
- Polarización: restricción del plano de vibración de una onda transversal a una única dirección (las ondas longitudinales, como el sonido, no pueden polarizarse).
- Un filtro polarizador deja pasar solo la componente de la luz vibrando en su eje de transmisión; si la luz de entrada ya está polarizada, la intensidad transmitida varía al girar el filtro (llegando a anularse); si no está polarizada, la intensidad transmitida es aproximadamente constante al girar el filtro.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic C.3 Wave phenomena, refracción, ángulo crítico y polarización.
Cuadernillo — No aplica en este problema — fórmulas de memoria en NM.
Vídeo —
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Apartado a) —
n_aire sinθi = n_plástico sin32° → sinθi = 1,60 × sin32° / 1,00 ≈ 0,848 → θi ≈ 58°.
Apartado b) —
En el ángulo crítico: n_plástico sinθc = n_agua → sinθc = 1,33/1,60 ≈ 0,831 → θc ≈ 56°.
Apartado c) —
La polarización es la restricción del plano de vibración de una onda transversal a una única dirección perpendicular a la de propagación.
Apartado d) —
Se hace pasar la luz a través de un filtro polarizador y se gira el filtro observando la intensidad transmitida: si varía (llegando casi a anularse en algún ángulo), la luz original estaba polarizada; si la intensidad permanece prácticamente constante al girar, la luz no estaba polarizada.
Variantes de este problema
Problemas de prueba generados a partir de esta ficha — mismo prerrequisito y habilidad, enunciado distinto. Sirven para comprobar si lo que marcaste aquí está realmente dominado.