Capítulo 35: Naturaleza de la luz y leyes de óptica geométrica

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 65 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 65. Con frecuencia, un espejo se “platea” con aluminio. Al ajustar el grosor de la película metálica, uno puede convertir una hoja de vidrio en un espejo que refleje cualquier cosa entre, por decir, 3 y 98% de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 64 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 64. Unos estudiantes permiten que un rayo de luz láser incida sobre una superficie de agua. Se las ingenian para medir el ángulo de refracción para ángulos de incidencia seleccionados y registran los datos que se muestran en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 63 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 63. Un rayo de luz entra a un bloque rectangular de plástico en un ángulo θ1 = 45.0° y emerge a un ángulo θ2 = 76.0°, como se ilustra en la figura P35.63. a) Determine el índice de refracción…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 62 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 62. El método de A. H. Pfund para medir el índice de refracción de un vidrio se ilustra en la figura P35.62. Una de las caras de una placa de grosor t se pinta de blanco, y un pequeño…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 61 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 61. Suponga que una esfera luminosa de radio R1 (por ejemplo el Sol) está rodeada por una atmósfera uniforme de radio R2 y un índice de refracción n. Cuando la esfera se observa desde lejos en el vacío,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 60 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 60. Un cilindro transparente con un radio R = 2.00 m tiene una superficie de espejo en su mitad derecha, como se muestra en la figura P35.60. Un rayo de luz que se desplaza en el aire incide…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 59 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 59. Consulte el problema 58 para el enunciado del principio de Fermat de tiempo mínimo. Derive la ley de reflexión (ecuación 35.2) a partir del principio de Fermat. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 58 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 58. Principio de Fermat. Pierre de Fermat (1601-1665) demostró que siempre que la luz viaja desde un punto a otro su trayectoria real es la que requiere el intervalo de tiempo más pequeño. El ejemplo más simple es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 57 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 57. Un material que tiene un índice de refracción n está rodeado por vacío y tiene la forma de un cuarto de círculo de radio R (figura P35.57). Un rayo de luz paralelo a la base del material incide…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 56 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 56. Un rayo de luz pasa de aire a agua. Para que su ángulo de desviación δ = θ1 = θ2  sea de 10.0°, ¿cuál debe ser su ángulo de incidencia? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 55 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 55. Un plato profundo de vidrio mide 4.00 cm de ancho en el fondo, como se ve en la figura P35.55. Cuando la mirada se coloca como en la figura, se observa el borde del fondo del plato…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 54 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 54. Conforme la luz solar entra a la atmósfera de la Tierra, cambia de dirección debido a la pequeña diferencia entre las rapideces de la luz en el vacío y en el aire. La duración de un día…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 53 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 53. Un rayo de luz de 589 nm de longitud de onda incide a un ángulo θ sobre la superficie superior de un bloque de poliestireno, como se observa en la figura P35.53. a) Encuentre el valor máximo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 52 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 52. Los constructores usan un instrumento de nivelación en el que el haz proveniente de un láser fijo de helio-neón se refleja en un plano horizontal desde un pequeño espejo plano montado sobre un eje giratorio vertical. La…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 51 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 51. El rayo de luz de la figura P35.51 incide sobre la superficie 2 en el ángulo crítico. Determine el ángulo de incidencia θ1. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 50 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 50. Un poste de 4.00 m de largo está colocado verticalmente en un lago que tiene una profundidad de 2.00 m. El Sol está 40.0° sobre la horizontal. Determine la longitud de la sombra del poste en el fondo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 49 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 49. Un rayo láser incide en el extremo de una placa de material, como se ve en la figura P35.49. El índice de refracción de la placa es 1.48. Determine el número de reflexiones internas del rayo antes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 48 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 48. La figura P35.48 muestra una vista superior de un cerco cuadrado. Las superficies interiores son espejos planos. Un rayo de luz entra por un pequeño agujero en el centro de un espejo. a) ¿A qué ángulo θ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 47 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 47. Un montañista está de pie en el pico de una montaña aislada cerca de la hora de la puesta de Sol y observa un arco iris causado por gotitas de agua en el aire a 8.00 km de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 46 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 46. Las paredes de la celda de una prisión están perpendiculares a las cuatro direcciones cardinales de la brújula. En el primer día de primavera, la luz del sol naciente entra a una ventana rectangular en la pared…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 45 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 45. La pequeña luz subacuática de una piscina está a 1.00 m por debajo de la superficie. La luz que emerge del agua forma un círculo sobre la superficie. ¿Cuál es el diámetro de este círculo? Solución: CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 44 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 44. a). Considere una interfase horizontal entre el aire por encima de un vidrio de índice 1.55. Trace un rayo de luz que incide desde el aire a un ángulo de incidencia de 30.0°. Determine los ángulos de los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 43 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 43. Un angosto rayo de luz incide desde el aire sobre la superficie de vidrio con un índice de refracción de 1.56. Encuentre el ángulo de incidencia en que el correspondiente ángulo de refracción sea la mitad del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 42 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 42. Un rayo de luz entra a la atmósfera de un planeta y desciende verticalmente a la superficie que está una distancia h hacia abajo. El índice de refracción donde la luz entra a la atmósfera es de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 41 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 41. La figura P35.41a muestra un adorno de escritorio en forma de globo que contiene una fotografía. La fotografía plana está en el aire, dentro de una ranura vertical situada detrás de un compartimiento lleno de agua que tiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 40 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 40. Un videodisco digital registra información en una pista espiral de aproximadamente 1 mm de ancho. La pista consiste en una serie de fosos (pits) en la capa de información (figura P35.40a) que dispersan la luz de un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 39 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 39. Hacia 1965, ingenieros de la Toro Company inventaron un medidor de gasolina para motores pequeños, que se muestra en forma de diagrama en la figura P35.39. El medidor no tiene partes móviles. Está formado por una placa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 38 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 38. Una habitación, en la cual la rapidez del sonido es 343 m/s, contiene aire. Las paredes están hechas de concreto, en el que la rapidez del sonido es 1 850 m/s. a) Encuentre el ángulo crítico para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 37 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 37. Una fibra óptica tiene un índice de refracción n y un diámetro d, y está rodeada por aire. Se envía luz por la fibra a lo largo de su eje, como se ve en la figura P35.37. a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 36 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 36. Determine el ángulo máximo u en el que rayos de luz, que inciden sobre el extremo del tubo de la figura P35.36, están sometidos a reflexión interna total a lo largo de las paredes del tubo. Suponga…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 35 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 35. Considere un espejismo común formado por aire sobrecalentado en una carretera. El conductor de un camión, cuyos ojos están a 2.00 m sobre el pavimento, donde n = 1.000 3, mira hacia delante. Percibe la ilusión de un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 34 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 34. Una fibra de vidrio (n = 1.50) es sumergida en agua (n = 1.33). ¿Cuál es el ángulo crítico para que la luz permanezca dentro de la fibra óptica? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 33 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 33. Calcule el ángulo crítico de una luz de 589 nm, para los siguientes materiales rodeados por aire: a) diamante, b) vidrio con plomo y c) hielo. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 32 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 32. Un angosto rayo de luz blanca incide sobre un bloque de cuarzo fundido a un ángulo de 30.0°. Encuentre la dispersión angular del rayo de luz dentro del cuarzo debido a la dispersión. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 31 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 31. El índice de refracción para luz violeta en vidrio de piedra sílice es 1.66, y el de luz roja es 1.62. ¿Cuál es la dispersión angular de luz visible que pasa por un prisma de ángulo en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 30 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 30. La rapidez de una ola de agua se describe por υ = √gd , donde d es la profundidad del agua, que se supone pequeña en comparación con la longitud de la ola. Ya que cambia su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 29 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 29. Un prisma triangular de vidrio con ángulo en el ápice de 60.0° tiene un índice de refracción de 1.50. a) Demuestre que si su ángulo de incidencia sobre la primera superficie es θ1 = 48.6° s, la luz pasará…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 28 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 28. Un prisma triangular de vidrio con ángulo en el ápice Φ tiene un índice de refracción n. (Véase la figura P35.27.) ¿Cuál es el ángulo de incidencia mínima θ1 en el que un rayo de luz puede…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 27 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 27. Un prisma triangular de vidrio con ángulo en el ápice Φ = 60.0° tiene un índice de refracción de n = 1.50 (figura P35.27). ¿Cuál es el ángulo de incidencia mínimo θ1 en el que un rayo de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 26 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 26. Una luz de 700 nm de longitud de onda incide sobre la cara de un prisma de cuarzo fundido a un ángulo de 75.0° de respecto (la normal a la superficie). El ángulo en el ápice del prisma…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 25 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 25. Un prisma que tiene un ángulo en el ápice de 50.0° está hecho de circonio cúbico, con n = 2.20. ¿Cuál es su ángulo de desviación mínima? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 24 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 24. Cuando mira por una ventana, ¿Cuánto se retarda la luz que ve en pasar por vidrio en lugar de aire? Haga una estimación del orden de magnitud con base en los datos que usted especifique. ¿Cuántas longitudes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 23 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 23. Considere la luz que pasa de aire a cristal con plomo. a) ¿Es posible que el componente de su velocidad perpendicular a la interfaz permanezca constante? Explique su respuesta. b) ¿Qué pasaría si? ¿El componente de velocidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 22 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 22. Tres láminas de plástico tienen índices de refracción desconocidos. La lámina 1 está colocada sobre la hoja 2 y un rayo láser es dirigido sobre las láminas desde arriba, de modo que incide en la interfase a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 21 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 21. El haz de luz que se muestra en la figura P35.21 forma un ángulo de 20.0° con la línea normal NN’ en el aceite de linaza. Determine los ángulos θ y θ’. (El índice de refracción del aceite…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 20 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 20. Encuentre el intervalo de tiempo necesario para que la luz pase por el bloque de vidrio descrito en el problema 19. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 19 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 19. Cuando la luz que se ve en la figura P35.19 pasa por el bloque de vidrio, se desplaza lateralmente una distancia d. Tome n = 1.50 y encuentre el valor de d. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 18 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 18. Un tanque cilíndrico opaco con la parte superior abierta tiene un diámetro de 3.00 m y está completamente lleno de agua. Cuando el Sol de la tarde llega a un ángulo de 28.0° sobre el horizonte, la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 17 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 17. Un rayo de luz incide sobre un bloque plano de vidrio (n 1.50) de 2.00 cm de grueso en un ángulo de 30.0° con la normal. Trace el rayo de luz a través del vidrio y encuentre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 16 CAPÍTULO 35 FÍSICA SERWAY 16. Un estrecho haz de ondas ultrasónicas se refleja del tumor hepático que se ilustra en la figura P35.16. La rapidez de la onda es 10.0% menor en el hígado que en el medio circundante. Determine a qué…