Ejercicio 3 · Física PAU Cantabria Ordinaria 2021

Tema: Óptica física: la luz, refracción y reflexión total · Del examen Ordinaria (2021)

Enunciado

Constante física

Velocidad de la luz en el vacío:

c=3⋅108 m/sc = 3\cdot 10^8\text{ m/s}

Ejercicio 3. [2,5 PUNTOS] Una lámina de caras planas y paralelas de 5 cm5\text{ cm} de espesor e índice de refracción n2=1,5n_2 = 1{,}5 se encuentra entre dos materiales de índices de refracción n1=1,2n_1 = 1{,}2 y n3=1n_3 = 1. Un rayo de luz monocromática de 5⋅1014 Hz5\cdot 10^{14}\text{ Hz} de frecuencia, incide desde el medio 1 en la lámina, con un ángulo de 30∘30^\circ respecto a la normal. Calcular:

a)

[0,5 PUNTOS] La longitud de onda del rayo en la lámina.

b)

[1 PUNTO] Los dos ángulos de refracción, con un dibujo explicativo.

c)

[1 PUNTO] El ángulo límite de entrada a la lámina para que salga el rayo al tercer medio.

Enunciado: Ejercicio 3 · Física PAU Cantabria Ordinaria 2021

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) La longitud de onda del rayo en la lámina.

Solución: 4⋅10−7 m4\cdot 10^{-7}\text{ m} / 400 nm400\text{ nm} / 0,4 μm0{,}4\text{ μm}

b) Primer ángulo de refracción (en la primera cara).

Solución: 23,58∘23{,}58^\circ / 0,412 rad0{,}412\text{ rad}

b) Segundo ángulo de refracción (en la segunda cara).

Solución: 36,87∘36{,}87^\circ / 0,644 rad0{,}644\text{ rad}

b) Dibujo explicativo del trazado de rayos.

Solución: Esquema de la lámina de caras paralelas de espesor 5 cm con tres medios (n1 = 1,2; n2 = 1,5; n3 = 1). Rayo incidente con ángulo de 30° respecto a la normal en la primera cara, que se refracta acercándose a la normal (r1 = 23,58°). En la segunda cara incide con i2 = r1 = 23,58° y se refracta alejándose de la normal con r2 = 36,87° hacia el tercer medio.

c) El ángulo límite de entrada a la lámina para que salga el rayo al tercer medio.

Solución: 56,44∘56{,}44^\circ / 0,985 rad0{,}985\text{ rad}

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