Actividad 11 · Óptica · Solución · Física con Zeuss
1Trayectoria del rayo: vacío → medio 2 → medio 3
El PDF no especifica el ángulo con que el rayo incide desde el vacío, así que para trazar el dibujo se asumió un ángulo de incidencia arbitrario (~50°). Como n2 < n3, el rayo se va acercando cada vez más a la normal (línea punteada) a medida que entra a medios más densos — esa tendencia es válida sin importar el ángulo inicial que se elija, y es lo que permite responder las preguntas siguientes.
a¿Cuál es el índice de refracción en el vacío?
n = 1
Por definición, el índice de refracción del vacío es exactamente 1: la luz viaja en el vacío a su rapidez máxima c, así que n = c/c = 1.
b¿En qué medio la luz viaja a mayor velocidad? ¿Y en qué medio viaja a menor velocidad?
Mayor rapidez: medio 2Menor rapidez: medio 3
La figura solo identifica como "medio" al medio 2 y al medio 3 — el vacío aparece dibujado, pero no está etiquetado como "medio 1", así que no se cuenta como uno de los medios a comparar. Entre los dos medios indicados, la velocidad es inversamente proporcional al índice de refracción (v = c/n): como el medio 2 tiene menor índice (n=1,3) que el medio 3 (n=1,9), la luz viaja más rápido en el medio 2 y más lento en el medio 3.
Aparte: si se incluyera el vacío en la comparación, sería el lugar donde la luz viaja más rápido de los tres (tiene el menor índice posible, n=1), pero como no se lo considera un "medio" en este ejercicio, esa comparación queda fuera de la respuesta.
c¿Cuál es el medio más denso? ¿Y cuál es menos denso?
Más denso: medio 3Menos denso: medio 2
Con la misma aclaración que en (b): la comparación es solo entre el medio 2 y el medio 3, ya que el vacío no está etiquetado como un "medio" en la figura. A mayor índice de refracción, mayor densidad óptica, así que el medio 3 (n=1,9) es el más denso y el medio 2 (n=1,3) es el menos denso de los dos medios indicados.
d¿En cuál de los medios la luz posee mayor frecuencia? ¿Y en cuál posee menor frecuencia?
Igual en el medio 2 y el medio 3
La frecuencia depende únicamente de la fuente que emite la luz, no del medio por el que viaja. Al refractarse, la frecuencia no cambia — es la misma en el medio 2 y en el medio 3.
e¿En cuál de los medios la luz posee mayor periodo? ¿Y en cuál posee menor periodo?
Igual en el medio 2 y el medio 3
Como el periodo es el inverso de la frecuencia (T = 1/f), y la frecuencia no cambia entre medios, el periodo tampoco cambia.
f¿En cuál de los medios la luz posee mayor longitud de onda? ¿Y en cuál posee menor longitud de onda?
Mayor longitud de onda: medio 2Menor longitud de onda: medio 3
La longitud de onda sí cambia con el medio: λ = v/f. Como la frecuencia es constante, λ es proporcional a la velocidad, así que es mayor donde la luz viaja más rápido (medio 2) y menor donde viaja más lento (medio 3).
Idea clave: al pasar a un medio con mayor índice de refracción, el rayo se acerca a la normal, disminuye su velocidad y su longitud de onda — pero su frecuencia se mantiene siempre constante. En las preguntas b, c, d, e y f solo se compara el medio 2 con el medio 3, ya que son los únicos que la figura identifica como "medio"; el vacío aparece dibujado, pero no está etiquetado como tal.
2¿De qué color es el vidrio?
El vidrio es de color azul.
Un vidrio de color se comporta como un filtro: solo transmite (deja pasar) la luz de su propio color, y absorbe el resto. En la figura, de los seis colores que inciden sobre el vidrio, únicamente el rayo azul logra atravesarlo y llegar al ojo; el rojo, naranjo, amarillo, verde y violeta quedan detenidos en la superficie. Como solo transmite luz azul, el vidrio se ve de color azul.
3Carabinero visto a través de un filtro azul
Su uniforme se verá de color negro (muy oscuro).
El uniforme de Carabineros es de color verde, lo que significa que, bajo luz blanca, refleja principalmente luz verde y absorbe el resto de los colores. Un filtro azul solo deja pasar luz azul hacia el ojo. Como la luz que refleja el uniforme (verde) no coincide con la que el filtro transmite (azul), prácticamente no llega luz al ojo desde el uniforme, y este se observa negro o muy oscuro.
4Delantal blanco visto a través de un vidrio amarillo
El delantal se verá de color amarillo.
Los objetos blancos reflejan todos los colores de la luz visible, incluido el amarillo. Un vidrio amarillo solo transmite luz amarilla. Como el delantal sí refleja luz amarilla (junto con todas las demás), esa es la única componente que logra atravesar el vidrio y llegar al ojo, así que el delantal se observa de color amarillo.