Ejercicio 3 · Física PAU Cantabria Extraordinaria 2023
Tema: Óptica física: la luz, refracción y reflexión total · Del examen Extraordinaria (2023)
Enunciado
Ejercicio 3. [2,5 PUNTOS]
Un rayo de luz monocromática, de de longitud de onda, se propaga por el aire e incide sobre una lámina de vidrio de caras planas y paralelas, con ángulo de incidencia respecto a la normal. El rayo atraviesa la lámina y sale nuevamente al aire.
Datos: Índice de refracción del aire: ; Índice de refracción del vidrio: .
a)
[1 PUNTO] Calcular los ángulos de refracción a la entrada y a la salida de la lámina de vidrio, dibujando un esquema de la trayectoria seguida por el rayo durante el proceso.
b)
[0,75 PUNTOS] Calcular la velocidad, longitud de onda y frecuencia de la luz en el aire y en el vidrio.
Medio
Velocidad
Longitud de onda
Frecuencia
Aire
Vidrio
c)
[0,75 PUNTOS] Si el rayo luminoso se dirigiera desde el vidrio hacia el aire, ¿a partir de qué ángulo de incidencia se produciría la reflexión total?

Solución
Según los criterios oficiales de corrección
a) Ángulo de refracción a la entrada de la lámina
Solución: 19.47°
a) Ángulo de refracción a la salida de la lámina
Solución: 30°
b) Velocidad de la luz en el aire
Solución: m/s
b) Longitud de onda en el aire
Solución: 550 nm / m
b) Frecuencia de la luz en el aire
Solución: Hz
b) Velocidad de la luz en el vidrio
Solución: m/s
b) Longitud de onda en el vidrio
Solución: 366.67 nm / m
b) Frecuencia de la luz en el vidrio
Solución: Hz
c) Ángulo a partir del cual se produce la reflexión total al pasar del vidrio al aire
Solución: 41.81°
a) Esquema de la trayectoria seguida por el rayo durante el proceso
Solución: Esquema de lámina con dos superficies planas paralelas. En la cara superior, un rayo incidente forma 30° con la normal y se refracta acercándose a la normal (ángulo de refracción 19,47°). Al llegar a la cara inferior, incide a 19,47° respecto a la normal interna y se refracta alejándose de la normal a 30°, emergiendo paralelamente al rayo incidente con un desplazamiento lateral.
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