FICHA C3-P01

Luz a través de capas de plástico, agua y aceite

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TipoPrincipal PaperPaper 2 Dificultad Puntos7 pts Tiempo máx.16 min Media8 min Si no sabes la teoría+20 min Origen preguntaExamen oficial Verificación soluciónVerificado por razonamiento independiente Completado con IA
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
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.
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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.