Ondas y Refracción de la luz.

Refracción de la luz.
La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Si estos inciden perpendicularmente a la superficie de separación de las sustancias, no se refractan. La causa que origina la refracción de la luz es el cambio en la velocidad de los rayos luminosos al penetrar aun medio de diferente densidad. Los rayos oblicuos que llegan a la superficie de separación entre dos medios se llaman incidentes y los que desvían al pasar por esta se les nombra refractados.
La desviación sufrida por un rayo luminoso dependerá del medio al cual pasa. A mayor densidad, el rayo se acerca a la normal y si el medio tiene una menor densidad, se aleja de ella.

Leyes de refracción.
Primera ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentra en el mismo plano.
Segunda ley: para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, tiene un valor constante que recibe el nombre de índice de refracción “n”.
Matemáticamente esta ley se expresa:
ni sen θi= nr sen θr

La segunda ley se conoce también como ley de Snell, por ser astrónomo y matemático holandés Willebrord Snell (1591-1626), quien la descubrió. El índice de refracción también puede calcularse con el cociente de las velocidades del primero y segundo medios, por lo que:

ni= índice de refracción incidente.
sen θi= ángulo de incidencia
nr = índice de refracción refractado
sen θr= ángulo refractado



Características de las ondas .

Todos los tipos de ondas tienen las mismas características, ya sean transversales o longitudinales. Las características más importantes son:

1. Amplitud de onda. (A)
En una onda transversal, corresponde a la distancia máxima que se puede separar una partícula del medio que oscila, medida en forma perpendicular a la línea que representa la posición de equilibrio del medio. Se mide en unidades de longitud, preferentemente el metro (m).
Importante: La amplitud de una onda representa la energía que transporta una onda. La energía y la amplitud, en este caso, son cantidades directamente proporcionales.

2. Monte o cresta (C) y valle (V).

El monte o cresta, es el punto que está más alejado de la posición de equilibrio del medio donde se propaga una onda. Suele representarse con esa nominación al punto que se dibuja en la parte de arriba de la onda.

El valle también es el punto más alejado de la posición de equilibrio de una onda, pero en el lado opuesto al lugar donde se ubican los montes o crestas.

3. Longitud de onda. (λ)

Corresponde a la distancia, en línea recta, entre dos puntos de una onda que tienen la misma posición relativa. Esto ocurre, por ejemplo, entre dos crestas sucesivas, o también entre dos valles sucesivos. Se mide en unidades de longitud, preferentemente el metro (m).

4. Periodo. (T)
Corresponde al tiempo que tarda un punto, del medio donde se propaga la onda, en completar una oscilación. Se mide en unidades de tiempo, preferentemente el segundo (s).

T= 1/f

5. Frecuencia. (f)
La frecuencia corresponde a la cantidad de oscilaciones que ocurren en una unidad de tiempo. Si la unidad de tiempo es el segundo (s), la frecuencia se mide en Hertz, que se abrevia Hz.

6. Velocidad de propagación. (v)
Representa la distancia que recorre una onda en cada unidad de tiempo, se determina con la relación:

v= λf




Ejercicios de reforzamiento.

Calcula el valor de la velocidad con que se propaga una onda cuya frecuencia es de 13 Hz y su longitud de onda es de 0.5 cm.

La cresta de una onda producida en la superficie libre de un liquido avanza 0.8 m/s. si tiene una longitud de onda es de 6x10-2m. Calcula la frecuencia y el periodo.

Una patrulla de caminos emite el sonido de la sirena con una velocidad de 320 m/s, haciendo sonar la sirena con una frecuencia de 900 Hz. Encontrar la longitud de onda y el periodo del sonido de la sirena.

Un rayo luminoso llega a la superficie de separación entre el aire y el vidrio, con un ángulo de incidencia de 50°. Calcular el ángulo refractado.

Un haz de luz que incide con un ángulo incidente de 40°, el cual refracta en un medio de vidrio con un ángulo refractado de 70°. Determine el índice de refracción del medio incidente.

Calorimetría.

Diferencia entre temperatura y calor.

La temperatura y el calor están muy ligados, pero no son lo mismo. Cuando tocamos un cuerpo lo podemos percibir caliente o frio según la temperatura que posea, así como su capacidad de conducir el calor. Es por eso que cuando colocamos un bloque de madera y una placa de metal en una mesa, al tocar la placa de metal se siente más fría, debido a que es mejor conductor del calor que la madera, pero los dos tienen la misma temperatura ambiental.
Entonces la magnitud física que nos indica que tan caliente o frio de un cuerpo con respecto al otro que toma como patrón es la temperatura. Sin embargo la temperatura depende del estado de agitación o movimiento desordenado de las moléculas, esto quiere decir que la energía cinética media o promedio de las moléculas de un cuerpo o del sistema.
En cambio el calor es la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo o entre distintos cuerpos que se encuentran en diferente temperatura. Esto nos indica que el calor energía en tránsito y siempre fluye de cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura.

Dilatación de cuerpos.

Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los cuerpos, pues la mayoría se dilatan al calentarse y se contraen si se enfrían.
Existen tres tipos de dilatación de los cuerpos: lineal, superficial y volumétrica.
En la dilatación lineal los cuerpos incrementan la longitud, en cambio la superficial es cuando una área incrementa sus dimensiones en la misma proporción; por último la volumétrica consiste en un aumento de las dimensiones largo, ancho y alto.

Ejercicios de reforzamiento.

I.- Convierte las siguientes escalas de temperatura.
15°K a °F
30°C a °R
50°F a ° K
50°R a °K

II.- Resuelve los siguientes problemas.

1.- A una temperatura de 15°C una varilla de hierro tiene una longitud de 5 m. ¿Cuál será su longitud al aumentar la temperatura a 25°C?
2.- A una temperatura de 23°C una puerta de aluminio mide 2m de largo y 0.9 m de ancho. ¿Cuál será su incremento de superficie al disminuir su temperatura a 12°C?
3.- Una barra de aluminio de 0.01m3 a 16°C se calienta a 44°C. ¿Cuál es la dilatación volumétrica?
4.- Un tanque de hierro se 200 litros de capacidad a 10 °C se llena totalmente de petróleo (γ=895x10-6), si se incrementa la temperatura de ambos hasta 38°C, calcular:
a).- ¿Cuál es la dilatación volumétrica del tanque?
b).- ¿Cuál es la dilatación volumétrica del petróleo?
c).- ¿Cuánto petróleo se derrama en litros y en militros?