Capítulo 38: Patrones de difracción y polarización

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 67 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 67. Un rayo de luz de 632.8 nm de longitud de onda ilumina una rendija sencilla, formando un patrón de difracción sobre una pantalla a un metro de la rendija. Con los datos de la siguiente tabla, trace…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 66 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 66. El patrón de difracción de una sola rendija se describe mediante la ecuación donde Φ = (πa sen θ) /λ. El máximo central está en Φ = 0, y los máximos laterales están aproximadamente en Φ = (m…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 65 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 65. Otro método para resolver la ecuación trascendental Φ = √2 sen Φ del problema 64 es estimar un primer valor para Φ, utilizando una computadora o una calculadora para ver cómo coincide, y continuar la actualización de su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 64 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 64. ¿Cuál es la separación que experimenta un haz de luz por difracción? Una respuesta cuantitativa es todo el ancho a la mitad del máximo del máximo central del patrón de difracción Fraunhofer de una sola rendija. Puede evaluar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 63 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 63. La figura P38.63a es un dibujo tridimensional de un cristal birrefringente. Las líneas discontinuas ilustran cómo una placa delgada de material colocada paralela se podría cortar del espécimen más grande y que tenga el eje óptico del cristal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 62 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 62. Dos rayos de luz de longitud de onda muy próxima inciden sobre una rejilla de difracción. a) Partiendo de la ecuación 38.7, demuestre que la dispersión angular de la rejilla se conoce por b) Una rejilla cuadrada de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 61 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 61. La escala de un mapa está dada en kilómetros por centímetro, especificando la distancia sobre la Tierra que representa cualquier distancia en el mapa. La escala de un espectro es su dispersión, dada en nanómetros por centímetro, que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 60 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 60. a) Dos hojas polarizadoras se colocan juntas con sus ejes de transmisión cruzados de modo que no se transmite luz. Una tercera hoja se inserta entre ellas con su eje de transmisión en un ángulo de 45.0°…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 59 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 59. Suponga que la rendija simple de la figura 38.4 tiene un ancho de 6.00 cm y que está frente a una fuente de microondas que opera a 7.50 GHz. a) Calcule el ángulo subtendido por el primer mínimo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 58 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 58. a) Una luz que viaja en un medio con un índice de refracción n1 incide formando un ángulo u con la superficie de un medio de índice n2. El ángulo entre los rayos reflejado y refractado es igual…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 57 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 57. Una imagen de televisión estándar está compuesta aproximadamente por 485 líneas horizontales de intensidades de luz variable. Suponga que su capacidad para definir las líneas está restringida únicamente por el criterio de Rayleigh y que sus pupilas tienen…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 56 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 56. Una cámara de abertura mininuta sin lente tiene una abertura circular pequeña de diámetro D. La luz desde los objetos distantes pasa a través de la abertura al interior de una caja oscura, e incide sobre una pantalla…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 55 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 55. Una rayo de luz rojo brillante de 654 nm de longitud de onda pasa a través de una rejilla de difracción. Cerrando el espacio más allá de la rejilla está una pantalla grande que forma la mitad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 54 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 54. La luz en el aire golpea una superficie de agua en el ángulo de polarización. La parte del haz refractada en el agua golpea una loza sumergida de material con índice refractivo n, como se muestra en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 52 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 52. En la figura P38.52a se muestran las plumas iridiscentes del pavo real. La superficie de una bárbula microscópica está constituida por una queratina transparente que soporta bastones de melanina café oscuro en una red cristalina regular, como…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 51 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 51. Un rayo luminoso de 750 nm incide sobre la superficie plana de cierto líquido, dividiéndose el rayo en un haz reflejado y un haz refractado. Si el rayo reflejado está totalmente polarizado a 36.0°, ¿cuál es la longitud…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 50 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 50. El Very Large Array (VLA) es un conjunto de 27 antenas parabólicas que están dispuestas en los condados de Caton y de Socorro, en Nuevo México (figura P38.50). Las antenas pueden separarse utilizando rieles de ferrocarril y sus…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 49 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 49. Un rayo de luz de 541 nm incide sobre una rejilla de difracción que tiene 400 ranuras/mm. a) Determine el ángulo del rayo de segundo orden. b) ¿Qué pasaría si? Todo el aparato se sumerge en el agua,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 48 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 48. Dos motocicletas separadas lateralmente 2.3 m se están aproximando a un observador quien sostiene un «husmeador de campo» sensible a luz infrarroja de longitud de onda de 885 nm ¿Qué diámetro de abertura se requiere si los faros…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 47 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 47. Sobre una rendija sencilla incide la luz de un láser helio-neón (λ = 632.8 nm). ¿Cuál es el máximo ancho de la rendija en el cual no se observan mínimos de difracción? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 46 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 46. Considere una onda de luz que pasa a través de una rendija. Dé un argumento matemático de que más de 90% de la energía transmitida está en el máximo central del patrón de difracción. Sugerencia: Piense en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 45 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 45. En un patrón de difracción de una rendija, a) encuentre la relación de la intensidad del máximo lateral de primer orden a la intensidad del máximo central. b) Encuentre la razón de la intensidad del máximo lateral…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 44 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 44. La figura P38.44 muestra un megáfono en uso. Elabore una descripción teórica de cómo funciona un megáfono. Puede suponer que el sonido de su voz se emite justo a través de la abertura de su boca. La mayor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 43 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 43. Utilice una secuencia de filtros de polarización ideales, cada uno con su eje en el mismo ángulo que el eje del filtro precedente, para girar 45° el plano de polarización de un haz luminoso polarizado. Sólo acepta 10%…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 42 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 42. Luz láser con una longitud de onda de 632.8 nm se dirige a través de una rendija o dos rendijas y se le permite caer sobre una pantalla 2.60 m más allá. La figura P38.42 muestra el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 41 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 41. Un haz de luz no polarizada incide sobre una pila de filtros polarizadores ideales. El eje del primer filtro es perpendicular al eje del último filtro en la pila. Encuentre la fracción en la que se reduce…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 40 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 40. En la figura P38.40, suponga que los ejes de transmisión de los discos polarizadores de izquierda y derecha son mutuamente perpendiculares. Además, el disco central gira sobre el eje común con una rapidez angular ω. Demuestre que, si…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 39 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 39. a) Una placa transparente con un índice de refracción n2 está sumergida en un medio con un índice n1. La luz que se desplaza en el medio que la rodea incide sobre la superficie superior de la placa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 38 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 38. Para un medio transparente específico rodeado por aire, demuestre que el ángulo crítico para la reflexión interna total y el ángulo de polarización están relacionados según la expresión cot θp = sen θc. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 37 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 37. El ángulo crítico para la reflexión interna total para el zafiro rodeado por aire es de 34.4°. Calcule su ángulo de polarización. 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 36 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 36. El ángulo de incidencia de un rayo de luz sobre una superficie reflejante es continuamente variable. Se determina que el rayo reflejado es un rayo totalmente polarizado cuando el ángulo de incidencia es de 48°. ¿Cuál es el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 35 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 35. Una luz polarizada en un plano incide sobre un disco polarizador simple con la dirección de E0 paralela a la dirección del eje de transmisión. ¿Qué ángulo debe girar el disco para que la intensidad del rayo transmitido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 34 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 34. Una luz no polarizada pasa a través de dos hojas polaroid. El eje de la primera hoja es vertical y el eje de la segunda forma un ángulo de 30.0° con la vertical. ¿Cuál es la fracción transmitida…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 33 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 33. Los átomos en un cristal se encuentran en planos separados por algunas décimas de nanómetro. ¿Pueden producir un patrón de difracción para luz visible como lo hacen para rayos X? Explique su respuesta con referencia a la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 32 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 32. En una superficie de agua de una profundidad uniforme se soporta un muelle ancho sobre pilotes en varias hileras paralelas separadas 2.80 m. Proveniente del océano, se presenta un oleaje de una longitud de onda uniforme, que se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 31 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 31. Si el espaciamiento interplanar del NaCl es de 0.281 nm, ¿cuál es el ángulo previsible en el que los rayos X de 0.140 nm se difractan en un máximo de primer orden? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 30 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 30. El yoduro de potasio (KI) tiene la misma estructura cristalina que el NaCl, con planos atómicos separados 0.353 nm. Un haz monocromático de rayos X muestra un máximo de difracción de primer orden cuando el ángulo rasante es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 29 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 29. Una rejilla de difracción tiene 4200 ranuras/cm. Sobre una pantalla que está a 2.00 m de la rejilla, se ha determinado que, para un orden especial m, los máximos que corresponden a dos longitudes de onda de sodio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 28 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 28. Un rayo ancho de luz láser con una longitud de onda de 632.8 nm está dirigido a través de varias rendijas paralelas y angostas, separadas 1.20 mm, e incide sobre una hoja de película fotográfica que está…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 27 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 27. Una rejilla con 250 ranuras/mm se utiliza con una fuente de luz incandescente. Suponga que el espectro visible abarca un intervalo en longitudes de onda de 400 a 700 nm. ¿En cuántos ordenes es posible ver a) la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 26 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 26. El láser de un reproductor de CD debe seguir con precisión la pista en espiral, a lo largo de la cual la distancia entre una espira y la siguiente es de aproximadamente sólo 1.25 μm. Un mecanismo de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 25 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 25. Un anaquel de refrigerador es un arreglo de alambres paralelos con espaciamiento uniforme de 1.30 cm entre centros. En aire a 20°C, ultrasonido con una frecuencia de 37.2 kHz de una fuente distante cae perpendicularmente sobre el anaquel.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 24 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 24. Demuestre que, sin importar qué luz blanca se hace pasar a través de una rejilla de difracción con cualquier tamaño de espaciamiento, el extremo violeta del espectro visible continuo en el tercer orden siempre se sobrepone con la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 23 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 23. En el espectro de primer orden de un espectrómetro de rejilla se presentan tres líneas espectrales discretas en ángulos de 10.09°, 13.71° y 14.77°. a) Si la rejilla tiente 3660 rendijas por cm, ¿Cuáles son las longitudes de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 22 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 22. Un láser de helio-neón (λ = 632.8 nm) es utilizado para calibrar una rejilla de difracción. Si el máximo de primer orden se presenta en 20.5°, ¿cuál es la distancia entre las ranuras adyacentes en la rejilla? Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 21 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 21. El espectro del hidrógeno tiene una línea roja de 656 nm y una línea azul-violeta de 434 nm. ¿Cuáles son las separaciones angulares entre estas dos líneas espectrales obtenidas mediante una rejilla de difracción que tiene 4500 ranuras/cm?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 20 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 20. La luz desde un láser de argón incide sobre una rejilla de difracción que tiene 5310 ranuras por cada centímetro. Los máximos central y de primer orden aparecen separados 0.488 m sobre una pared a 1.72 m de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 19 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 19. Mediante una rejilla de difracción se descompone la luz blanca en sus componentes espectrales. Si la rejilla tiene 2000 ranuras por cada centímetro, ¿en qué ángulo aparece en primer orden la luz roja de 640 nm de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 18 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 18. Una antena de radar circular montada sobre un navío de la Guardia Costera tiene un diámetro de 2.10 m y emite con una frecuencia de 15.0 GHz. A 9.00 kilómetros del barco están dos pequeños botes. ¿Qué tan…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 17 CAPÍTULO 38 FÍSICA SERWAY 17. Un satélite espía está constituido esencialmente de un espejo cóncavo de gran diámetro que forma una imagen en un detector de cámara digital y envía, mediante ondas de radio, la imagen a un receptor en Tierra. En efecto,…