Ejercicio B1 · Física PAU País Vasco Extraordinaria 2021

B1.- Reflexión y refracción de ondas: concepto, índice de refracción, leyes... Conceptos de ángulo límite y reflexión total.

Solución: 1. Concepto de reflexión y refracción: - Reflexión: Cambio de dirección que experimenta una onda al incidir sobre la superficie de separación de dos medios distintos, permaneciendo en el medio inicial. - Refracción: Cambio de dirección y de velocidad que sufre una onda cuando pasa oblicuamente de un medio material a otro con propiedades físicas diferentes. 2. Índice de refracción: Cociente entre la velocidad de propagación de la luz en el vacío ($c$) y la velocidad de la luz en dicho medio ($v$): $$n = \frac{c}{v}$$ Para dos medios, el índice de refracción relativo del medio 2 respecto del 1 es $n_{21} = \frac{n_2}{n_1} = \frac{v_1}{v_2}$. 3. Leyes de la reflexión: - El rayo incidente, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo reflejado están en un mismo plano. - El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión: $\hat{i} = \hat{r}$. 4. Leyes de la refracción (Ley de Snell): - El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano. - La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante e igual a la relación entre las velocidades o índices de refracción: $$n_1\sin i = n_2\sin r$$ 5. Ángulo límite y reflexión total: Cuando una onda pasa de un medio más denso ópticamente a otro menos denso ($n_1 > n_2$), el rayo refractado se aleja de la normal ($r > i$). El ángulo límite ($i_L$) es aquel ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción es de $90^\circ$: $$\sin i_L = \frac{n_2}{n_1}$$ Si el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite ($i > i_L$), no existe onda refractada y toda la energía de la onda se refleja dentro del medio incidente, fenómeno conocido como reflexión total.