En un taller de óptica de la Institución Educativa La Candelaria de Bogotá, los estudiantes usan un espejo plano para revisar el uniforme antes de una presentación.
¿Cuál es la ley fundamental de la reflexión de la luz?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: A)El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales, y ambos se miden respecto a la normal.
💡 Explicación
La ley de reflexión establece que el rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano, y que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Exigir que los ángulos se midan desde la normal evita confusiones, porque desde la superficie los valores serían sus complementos.
Ver respuesta
Respuesta correcta: A)El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales, y ambos se miden respecto a la normal.
A)El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales, y ambos se miden respecto a la normal.Correcto. La normal es la línea perpendicular a la superficie en el punto de reflexión.
B)El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales, y ambos se miden respecto a la superficie del espejo.Incorrecto. Respecto a la superficie los ángulos son complementarios y no coinciden.
C)El ángulo de reflexión es el doble del ángulo de incidencia en todo caso.Incorrecto. Esa relación solo se da de manera aproximada a 60 grados de incidencia.
D)El ángulo de reflexión depende del material del espejo y no del ángulo de incidencia.Incorrecto. La ley de reflexión vale en cualquier espejo y depende solo de los dos ángulos.
💡 Explicación
La ley de reflexión establece que el rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano, y que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Exigir que los ángulos se midan desde la normal evita confusiones, porque desde la superficie los valores serían sus complementos.
Pregunta 2
Pregunta 2 · D4Bloom: Remember
En la casa de Juan Pablo en Villavicencio, un vaso de agua sobre la mesa parece más bajo de lo que realmente es cuando se lo observa desde arriba.
¿Qué ocurre con la luz que pasa del agua al aire en esa situación?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: B)Cambia su dirección al pasar a un medio menos denso y por eso el fondo del vaso parece estar más cerca.
💡 Explicación
Cuando la luz pasa del agua, un medio más denso, al aire, un medio menos denso, cambia de dirección y se aleja de la normal. El ojo interpreta esa desviación como un cambio de profundidad, de modo que el fondo del vaso parece estar más cerca de la superficie de lo que está en realidad.
Ver respuesta
Respuesta correcta: B)Cambia su dirección al pasar a un medio menos denso y por eso el fondo del vaso parece estar más cerca.
A)La luz no cambia de dirección porque viaja en línea recta en cualquier medio.Incorrecto. La rapidez de la luz cambia entre medios y eso obliga a cambiar de dirección.
B)Cambia su dirección al pasar a un medio menos denso y por eso el fondo del vaso parece estar más cerca.Correcto. La luz se desvía al salir del agua y el ojo interpreta el vaso como menos profundo.
C)La luz aumenta su rapidez al salir del agua y por eso el fondo se ve más cercano.Incorrecto. Al salir del agua hacia el aire la luz sí aumenta su rapidez, pero el efecto sobre la imagen se debe al cambio de dirección.
D)La luz se detiene al llegar a la superficie del agua y por eso no se ve el fondo.Incorrecto. La luz sí atraviesa la interfaz y el fondo se ve con una posición aparentemente distinta.
💡 Explicación
Cuando la luz pasa del agua, un medio más denso, al aire, un medio menos denso, cambia de dirección y se aleja de la normal. El ojo interpreta esa desviación como un cambio de profundidad, de modo que el fondo del vaso parece estar más cerca de la superficie de lo que está en realidad.
Pregunta 3
Pregunta 3 · D4Bloom: Understand
En un parque de diversiones de Medellín, un vendedor ofrece gafas de sol y el grupo de estudiantes del Colegio San Carlos decide probárselas.
Cuando la luz pasa del aire a un medio más denso, como el vidrio, ¿qué cambio de dirección se observa?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: C)El rayo se acerca a la normal, porque disminuye su rapidez al entrar en el medio más denso.
💡 Explicación
Al entrar en un medio más denso la luz reduce su rapidez, y como la interfaz es la misma, el rayo se aproxima a la normal. Este comportamiento se describe con la ley de refracción de Snell, n1sinθ1=n2sinθ2, y es la base del funcionamiento de las lentes.
Ver respuesta
Respuesta correcta: C)El rayo se acerca a la normal, porque disminuye su rapidez al entrar en el medio más denso.
A)El rayo se aleja de la normal, porque aumenta su rapidez al entrar en el medio más denso.Incorrecto. En el medio más denso la luz viaja más despacio y el rayo se acerca a la normal.
B)El rayo no cambia de dirección porque la interfaz del vidrio es plana.Incorrecto. La forma de la interfaz no es lo que decide; importa el cambio de rapidez entre medios.
C)El rayo se acerca a la normal, porque disminuye su rapidez al entrar en el medio más denso.Correcto. Menor rapidez en el medio denso obliga a un ángulo menor respecto a la normal.
D)El rayo se desvía hacia la normal solo si el medio es líquido y no cuando es sólido.Incorrecto. El comportamiento es el mismo en líquidos y en sólidos; lo que cambia es la magnitud del índice.
💡 Explicación
Al entrar en un medio más denso la luz reduce su rapidez, y como la interfaz es la misma, el rayo se aproxima a la normal. Este comportamiento se describe con la ley de refracción de Snell, n1sinθ1=n2sinθ2, y es la base del funcionamiento de las lentes.
Pregunta 4
Pregunta 4 · D6Bloom: Apply
En el laboratorio de la Institución Educativa La Candelaria de Bogotá, un rayo de luz pasa del aire al agua, cuyo índice de refracción es 1.33, con un ángulo de incidencia de 30 grados respecto a la normal.
¿Qué ángulo de refracción se mide en el agua?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: D)Aproximadamente 22 grados.
💡 Explicación
Aplicando n1sinθ1=n2sinθ2 con n1=1.00, θ1=30∘ y n2=1.33 se obtiene un seno de 0.376, cuyo arco seno es 22 grados. El rayo se acerca a la normal porque el agua es un medio más denso que el aire.
Ver respuesta
Respuesta correcta: D)Aproximadamente 22 grados.
A)Aproximadamente 42 grados.Incorrecto. Multiplicaste el seno del ángulo de incidencia por el índice del agua en lugar de dividirlo.
B)Aproximadamente 60 grados.Incorrecto. Duplicaste el ángulo de incidencia sin aplicar la ley de Snell.
C)Aproximadamente 13 grados.Incorrecto. Dividiste el ángulo entre el índice sin calcular el seno ni el arco seno.
D)Aproximadamente 22 grados.Correcto. sinθ2=1.331.00×0.5=0.376 y el ángulo es 22 grados.
💡 Explicación
Aplicando n1sinθ1=n2sinθ2 con n1=1.00, θ1=30∘ y n2=1.33 se obtiene un seno de 0.376, cuyo arco seno es 22 grados. El rayo se acerca a la normal porque el agua es un medio más denso que el aire.
Pregunta 5
Pregunta 5 · D6Bloom: Apply
En una mina de diamantes de Chiriquí, un estudiante del grupo escolar mide el ángulo crítico de una piedra de diamante, cuyo índice de refracción es 2.42.
¿Cuál es el ángulo crítico para el diamante y qué ocurre si un rayo lo alcanza con un ángulo mayor?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: A)Es de unos 24 grados y el rayo se refleja completamente, sin salir del diamante.
💡 Explicación
El ángulo crítico se calcula con θc=arcsin(1/n) cuando la luz pasa de un medio denso al aire. Para el diamante, con n=2.42, resulta cerca de 24 grados; si el rayo llega con un ángulo mayor, se produce reflexión total interna, que es el principio de la fibra óptica.
Ver respuesta
Respuesta correcta: A)Es de unos 24 grados y el rayo se refleja completamente, sin salir del diamante.
A)Es de unos 24 grados y el rayo se refleja completamente, sin salir del diamante.Correcto. θc=arcsin(1/2.42)=arcsin(0.413)≈24∘ y por encima de ese ángulo hay reflexión total interna.
B)Es de unos 41 grados y el rayo se refracta hacia el aire.Incorrecto. Dividiste el índice de refracción en lugar de dividir uno entre el índice.
C)Es de unos 24 grados y el rayo sale del diamante con el mismo ángulo con que entró.Incorrecto. Por encima del ángulo crítico no hay refracción y la luz se refleja por completo.
D)Es de unos 90 grados y el rayo sale siempre del diamante.Incorrecto. Un ángulo crítico de 90 grados corresponde a medios con el mismo índice de refracción.
💡 Explicación
El ángulo crítico se calcula con θc=arcsin(1/n) cuando la luz pasa de un medio denso al aire. Para el diamante, con n=2.42, resulta cerca de 24 grados; si el rayo llega con un ángulo mayor, se produce reflexión total interna, que es el principio de la fibra óptica.
Pregunta 6
Pregunta 6 · D6Bloom: Apply
En un taller de la Institución Educativa Francisco de Paula Santander de Girardota, una maqueta de un bus se coloca a 1.5 m de un espejo planovertical sobre una mesa.
¿A qué distancia de la pared del espejo se forma la imagen de la maqueta y con qué tipo de imagen se trata?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: B)A 1.5 m detrás del espejo, es virtual, derecha y del mismo tamaño que el objeto.
💡 Explicación
En un espejo plano el punto de imagen está a la misma distancia del espejo que el punto de objeto, pero al otro lado, y la imagen es virtual, derecha y del mismo tamaño. Por eso un espejo plano permite observarse a uno mismo y también sirve como instrumento de medición en los experimentos de óptica.
Ver respuesta
Respuesta correcta: B)A 1.5 m detrás del espejo, es virtual, derecha y del mismo tamaño que el objeto.
A)A 0.75 m detrás del espejo, es virtual e invertida.Incorrecto. La imagen en un espejo plano no se invierte y se ubica a la misma distancia del espejo.
B)A 1.5 m detrás del espejo, es virtual, derecha y del mismo tamaño que el objeto.Correcto. En un espejo plano la distancia de imagen es igual a la del objeto y la imagen es virtual y derecha.
C)A 1.5 m delante del espejo, es real e invertida.Incorrecto. La imagen nunca se forma delante del espejo; los rayos solo aparentan salir de allí.
D)A 3.0 m detrás del espejo, es virtual y de doble tamaño.Incorrecto. Duplicaste la distancia y el tamaño, cuando ambos conservan el valor del objeto.
💡 Explicación
En un espejo plano el punto de imagen está a la misma distancia del espejo que el punto de objeto, pero al otro lado, y la imagen es virtual, derecha y del mismo tamaño. Por eso un espejo plano permite observarse a uno mismo y también sirve como instrumento de medición en los experimentos de óptica.
Pregunta 7
Pregunta 7 · D8Bloom: Analyze
En un consultorio odontológico de Bucaramanga hay una lente delgada convergente de distancia focal 20 cm. La paciente coloca un objeto a 30 cm de la lente para observar el texto de un diente.
¿A qué distancia de la lente se forma la imagen y de qué tipo es?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: C)A 60 cm de la lente, y la imagen es real e invertida porque el objeto está fuera del punto focal.
💡 Explicación
La ecuación de las lentes delgadas, f1=do1+di1, relaciona la distancia focal con las distancias del objeto y de la imagen. Cuando el objeto queda fuera del foco se forma una imagen real e invertida, mientras que dentro del foco la imagen resulta virtual, derecha y ampliada.
Ver respuesta
Respuesta correcta: C)A 60 cm de la lente, y la imagen es real e invertida porque el objeto está fuera del punto focal.
A)A 12 cm de la lente, y la imagen es virtual y derecha porque el objeto está fuera del punto focal.Incorrecto. Una imagen virtual aparece cuando el objeto está dentro del punto focal y no cuando está fuera.
B)A 60 cm de la lente, y la imagen es virtual y ampliada porque el objeto está fuera del punto focal.Incorrecto. La distancia es correcta, pero una imagen más allá del doble de la distancia focal es real e invertida.
C)A 60 cm de la lente, y la imagen es real e invertida porque el objeto está fuera del punto focal.Correcto. Con do=30 cm, di=do−ffdo=1020×30=60 cm, y esa imagen es real e invertida.
D)A 20 cm de la lente, y la imagen es real porque coincide con la distancia focal.Incorrecto. En el punto focal la imagen se forma en el infinito y no a 20 cm.
💡 Explicación
La ecuación de las lentes delgadas, f1=do1+di1, relaciona la distancia focal con las distancias del objeto y de la imagen. Cuando el objeto queda fuera del foco se forma una imagen real e invertida, mientras que dentro del foco la imagen resulta virtual, derecha y ampliada.
Pregunta 8
Pregunta 8 · D8Bloom: Analyze
En el taller de física de la Institución Educativa San Francisco de Asís de Valledupar, un grupo hace pasar un rayo de luz blanca por un prisma de vidrio y observa sobre una pantalla una franja de colores.
¿Qué explicación es correcta para la aparición de esa franja de colores?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: D)Es dispersión, porque el índice de refracción del vidrio depende del color y cada luz se desvía un ángulo distinto.
💡 Explicación
La luz blanca es una mezcla de ondas de diferentes frecuencias y cada una viaja con una rapidez distinta en el vidrio, porque su índice de refracción depende de la longitud de onda. Esa diferencia produce la dispersión, responsable del arcoíris y de la franja observada en el prisma.
Ver respuesta
Respuesta correcta: D)Es dispersión, porque el índice de refracción del vidrio depende del color y cada luz se desvía un ángulo distinto.
A)Es reflexión total interna, porque dentro del prisma la luz se refleja y luego sale con colores distintos.Incorrecto. La reflexión total interna no separa los colores y solo ocurre por encima del ángulo crítico.
B)Es difracción, porque la luz se desvía al pasar por las aristas del prisma de vidrio.Incorrecto. La difracción depende de aberturas pequeñas y no explica la separación de colores.
C)Es polarización, porque la luz del sol llega al prisma como una onda completa y se separa en dos.Incorrecto. La polarización separa la luz en dos componentes de vibración perpendiculares y no en colores.
D)Es dispersión, porque el índice de refracción del vidrio depende del color y cada luz se desvía un ángulo distinto.Correcto. La luz violeta se desvía más que la roja y por eso los colores aparecen separados.
💡 Explicación
La luz blanca es una mezcla de ondas de diferentes frecuencias y cada una viaja con una rapidez distinta en el vidrio, porque su índice de refracción depende de la longitud de onda. Esa diferencia produce la dispersión, responsable del arcoíris y de la franja observada en el prisma.
Pregunta 9
Pregunta 9 · D8Bloom: Analyze
En la Ruta del Sol, en el desierto de la Guajira, los viajeros observan sobre el asfalto un charco de agua que desaparece a medida que se acercan con el vehículo.
¿Qué explicación es correcta para ese fenómeno?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: A)Es un espejismo: el aire caliente del suelo tiene menor índice de refracción y desvía la luz, de modo que el cielo se ve como agua sobre el suelo.
💡 Explicación
El aire caliente del suelo es menos denso y tiene un índice de refracción menor que el aire frío de arriba. La luz que desciende se curva de manera continua al atravesar esas capas, de modo que el ojo recibe una imagen del cielo en la posición del suelo: eso es un espejismo.
Ver respuesta
Respuesta correcta: A)Es un espejismo: el aire caliente del suelo tiene menor índice de refracción y desvía la luz, de modo que el cielo se ve como agua sobre el suelo.
A)Es un espejismo: el aire caliente del suelo tiene menor índice de refracción y desvía la luz, de modo que el cielo se ve como agua sobre el suelo.Correcto. La diferencia de temperatura produce capas de aire con distinto índice y la luz se curva al atravesarlas.
B)Es un charco real de agua que se evapora por el calor del motor del vehículo.Incorrecto. El charco desaparece al acercarse y eso descarta que exista agua real sobre el asfalto.
C)Es el reflejo de la luz en un charco de agua real cubierto de polvo.Incorrecto. No hay agua sobre el asfalto, por eso una reflexión en ella no puede explicar lo observado.
D)Es la difracción de la luz al pasar por las partículas de polvo en suspensión.Incorrecto. La difracción ocurre alrededor de obstáculos comparables con la longitud de onda y no produce este efecto.
💡 Explicación
El aire caliente del suelo es menos denso y tiene un índice de refracción menor que el aire frío de arriba. La luz que desciende se curva de manera continua al atravesar esas capas, de modo que el ojo recibe una imagen del cielo en la posición del suelo: eso es un espejismo.
Pregunta 10
Pregunta 10 · D10Bloom: Evaluate
En una clase de la Institución Educativa Leoncides Acevedo de Cartagena de Indias, el profesor pide comparar una lupa y un proyector, ambos construidos con lentes convergentes delgadas de 10 cm de distancia focal.
¿Qué evaluación de las dos afirmaciones del profesor es correcta?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: B)Ambas son correctas: dentro del foco la lupa da imagen virtual, ampliada y derecha, mientras que a dos distancias focales el proyector da imagen real, invertida y del mismo tamaño.
💡 Explicación
La ley de formación de imágenes en lentes convergentes depende de la distancia del objeto medida en distancias focales. Con el objeto a menos de una distancia focal la imagen es virtual, ampliada y derecha, y a dos distancias focales la imagen es real, invertida y del mismo tamaño, como ocurre en un proyector.
Ver respuesta
Respuesta correcta: B)Ambas son correctas: dentro del foco la lupa da imagen virtual, ampliada y derecha, mientras que a dos distancias focales el proyector da imagen real, invertida y del mismo tamaño.
A)La primera es correcta y la segunda es incorrecta, porque una imagen real nunca puede tener el mismo tamaño del objeto.Incorrecto. A dos distancias focales la imagen real tiene exactamente el mismo tamaño que el objeto.
B)Ambas son correctas: dentro del foco la lupa da imagen virtual, ampliada y derecha, mientras que a dos distancias focales el proyector da imagen real, invertida y del mismo tamaño.Correcto. La posición del objeto respecto al punto focal determina el tipo de imagen que se obtiene.
C)La primera es incorrecta y la segunda es correcta, porque la lupa produce imágenes reales ampliadas.Incorrecto. La lupa es una lente convergente usada con el objeto dentro del foco y su imagen es virtual.
D)Ambas son incorrectas, porque el tamaño de la imagen no depende de la distancia del objeto a la lente.Incorrecto. La imagen real del proyector tiene el mismo tamaño solo cuando el objeto está a dos distancias focales.
💡 Explicación
La ley de formación de imágenes en lentes convergentes depende de la distancia del objeto medida en distancias focales. Con el objeto a menos de una distancia focal la imagen es virtual, ampliada y derecha, y a dos distancias focales la imagen es real, invertida y del mismo tamaño, como ocurre en un proyector.
Pregunta 11
Pregunta 11 · D10Bloom: Evaluate
En el laboratorio de óptica de la Institución Educativa Técnica de Sabanalarga, un grupo midió el ángulo crítico de tres materiales: 48.6 grados en agua, 42 grados en vidrio común y 24.4 grados en diamante.
¿Qué conclusión está mejor sustentada por los datos medidos?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: C)El ángulo crítico disminuye cuando aumenta el índice de refracción del material, como predice θc=arcsin(1/n).
💡 Explicación
Contrastar datos experimentales con el modelo permite validar la fórmula θc=arcsin(1/n). Con agua, vidrio y diamante los valores medidos se ordenan de manera inversa al índice de refracción, lo que confirma que los materiales más densos ópticamente presentan ángulos críticos menores.
Ver respuesta
Respuesta correcta: C)El ángulo crítico disminuye cuando aumenta el índice de refracción del material, como predice θc=arcsin(1/n).
A)El ángulo crítico aumenta cuando aumenta el índice de refracción del material.Incorrecto. Los datos muestran la tendencia contraria: el diamante tiene el mayor índice y el menor ángulo crítico.
B)El ángulo crítico es el mismo para todos los materiales y las diferencias son errores de medición.Incorrecto. Las diferencias entre los tres materiales son demasiado grandes y sistemáticas para atribuirse a errores de medición.
C)El ángulo crítico disminuye cuando aumenta el índice de refracción del material, como predice θc=arcsin(1/n).Correcto. Los tres valores siguen esa tendencia y coinciden con los índices conocidos de cada material.
D)El ángulo crítico depende del color de la luz y no del material que se use.Incorrecto. Puede variar muy poco con el color, pero la diferencia entre materiales es mucho mayor.
💡 Explicación
Contrastar datos experimentales con el modelo permite validar la fórmula θc=arcsin(1/n). Con agua, vidrio y diamante los valores medidos se ordenan de manera inversa al índice de refracción, lo que confirma que los materiales más densos ópticamente presentan ángulos críticos menores.
Pregunta 12
Pregunta 12 · D10Bloom: Evaluate
En el laboratorio de la Institución Educativa Departamental de Chía, un grupo midió los ángulos de refracción de un bloque de vidrio y obtuvo un ángulo de incidencia de 30 grados en el aire y 19.5 grados dentro del vidrio.
¿Sostienen los datos la afirmación de que el índice de refracción del bloque es 1.5?
Elige una opción para comprobar tu respuesta.
Respuesta correcta: D)Sí, porque el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el del ángulo de refracción vale 1.5.
💡 Explicación
La ley de Snell permite obtener el índice de refracción dividiendo los senos de los ángulos medidos: n=sinθ1/sinθ2. Como 0.500/0.334 vale 1.50, los datos experimentales respaldan la afirmación y confirman que el material es un vidrio común.
Ver respuesta
Respuesta correcta: D)Sí, porque el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el del ángulo de refracción vale 1.5.
A)Sí, porque el ángulo de refracción es la mitad del ángulo de incidencia, eso es 15 grados.Incorrecto. La mitad de 30 grados es 15 y no 19.5; además la relación correcta es entre senos y no entre ángulos.
B)No, porque el índice de refracción debe medirse con luz monocromática y aquí se usó luz blanca.Incorrecto. La luz blanca es la que se usa en estos laboratorios de secundaria y permite obtener el índice con buena precisión.
C)No, porque el índice de refracción del vidrio siempre vale 1.33, que es el del agua.Incorrecto. El valor 1.33 corresponde al agua y el vidrio común tiene un índice cercano a 1.5.
D)Sí, porque el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el del ángulo de refracción vale 1.5.Correcto. 0.500/0.334=1.50 y ese cociente es justamente el índice de refracción del vidrio.
💡 Explicación
La ley de Snell permite obtener el índice de refracción dividiendo los senos de los ángulos medidos: n=sinθ1/sinθ2. Como 0.500/0.334 vale 1.50, los datos experimentales respaldan la afirmación y confirman que el material es un vidrio común.
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