Luz Y Optica

Respuesta correcta: B) Rayos gamma, rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo, microondas y ondas de radio.

• A) Ondas de radio, microondas, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.Incorrecto. Ese es el orden de menor a mayor frecuencia, que es justo el inverso del que se solicita.
• B) Rayos gamma, rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo, microondas y ondas de radio.Correcto. La frecuencia aumenta al pasar de las ondas de radio a los rayos gamma, y la longitud de onda hace lo contrario.
• C) Rayos gamma, rayos X, visible, infrarrojo, microondas, ultravioleta y ondas de radio.Incorrecto. Colocó el ultravioleta después de las microondas; el ultravioleta tiene mayor frecuencia que el infrarrojo y que las microondas.
• D) Visible, infrarrojo, rayos X, ultravioleta, microondas y ondas de radio.Incorrecto. El orden está mal desde el principio, porque los rayos X tienen mayor frecuencia que la luz visible y el infrarrojo.

Respuesta correcta: C) Es aproximadamente $3.0\times 10^8\ \text{m/s}$ y cumple $c = \lambda f$.

• A) Es aproximadamente $3.0\times 10^8\ \text{m/s}$ y cumple $c = \lambda / f$.Incorrecto. La relación correcta es un producto. Si se divide la longitud de onda por la frecuencia, las unidades no corresponden a una rapidez.
• B) Es aproximadamente $3.4\times 10^8\ \text{m/s}$ y cumple $c = \lambda f$.Incorrecto. Ese valor corresponde aproximadamente a la rapidez de la luz en el vidrio; en el vacío la rapidez es menor.
• C) Es aproximadamente $3.0\times 10^8\ \text{m/s}$ y cumple $c = \lambda f$.Correcto. La rapidez de la luz en el vacío es una constante universal y el producto de longitud de onda y frecuencia es igual a esa rapidez.
• D) Es aproximadamente $3.0\times 10^6\ \text{m/s}$ y cumple $c = \lambda f$.Incorrecto. Expresó la rapidez en metros por microsegundo en lugar de metros por segundo, de modo que el valor numérico quedó mil veces menor.

Respuesta correcta: D) La dispersión de Rayleigh desvía mucho más la luz de corta longitud de onda, y al atardecer la luz atraviesa un trayecto de aire más largo que elimina los azules.

• A) La temperatura del aire al atardecer hace que los fotones azules cambien de frecuencia por efecto Doppler.Incorrecto. El cambio de color se debe a la dispersión y a la longitud del camino óptico, no a un cambio térmico de la frecuencia de los fotones.
• B) El Sol emite más luz roja por la mañana y más luz azul por la tarde, de manera que el cielo cambia.Incorrecto. La radiación del Sol es prácticamente la misma durante el día. Lo que cambia es la dispersión que sufre la luz al atravesar la atmósfera.
• C) Las nubes del atardecer absorben selectivamente la luz azul, por eso el cielo se ve naranja.Incorrecto. Las nubes dispersan la luz de forma aproximadamente igual para todas las longitudes de onda, y el efecto del atardecer ocurre también en un cielo despejado.
• D) La dispersión de Rayleigh desvía mucho más la luz de corta longitud de onda, y al atardecer la luz atraviesa un trayecto de aire más largo que elimina los azules.Correcto. Las moléculas del aire dispersan la luz azul unas siete veces más que la roja, de modo que el azul domina el cielo diurno.

Respuesta correcta: A) 5.0 × 10¹⁴ Hz

• A) 5.0 × 10¹⁴ HzCorrecto. $f = \frac{c}{\lambda} = \frac{3.0\times 10^8}{600\times 10^{-9}} = 5.0\times 10^{14}\ \text{Hz}$, tras convertir 600 nm a metros.
• B) 3.0 × 10⁻⁷ HzIncorrecto. Reportó la longitud de onda en hercios sin aplicar la relación $c = \lambda f$, por lo que las unidades no son de frecuencia.
• C) 1.8 × 10¹⁷ HzIncorrecto. Multiplicó la rapidez por la longitud de onda en lugar de dividirla, con lo que las unidades obtenidas no corresponden a hercios.
• D) 5.0 × 10²¹ HzIncorrecto. Trató los nanómetros como metros sin hacer la conversión, de modo que el resultado quedó mil millones de veces mayor.

Respuesta correcta: B) 3.98 × 10⁻¹⁹ J

• A) 1.98 × 10⁻²⁵ JIncorrecto. Sustituyó la longitud de onda por la frecuencia en el numerador, de modo que el resultado quedó mil veces menor.
• B) 3.98 × 10⁻¹⁹ JCorrecto. $E = hf = \frac{hc}{\lambda} = \frac{6.63\times 10^{-34}\times 3.0\times 10^8}{500\times 10^{-9}} = 3.98\times 10^{-19}\ \text{J}$.
• C) 3.98 × 10⁻²² JIncorrecto. Mantuvo la longitud de onda en nanómetros sin convertirla, y por eso el resultado quedó mil veces mayor que el correcto.
• D) 1.33 × 10⁻¹⁵ JIncorrecto. Dividió solo por la longitud de onda sin multiplicar por la rapidez de la luz, de modo que el valor corresponde a otra magnitud.

Respuesta correcta: C) El índice es 1.5 y el rayo se desvía hacia la normal al entrar al vidrio.

• A) El índice es 0.67 y el rayo se desvía hacia la normal al entrar al vidrio.Incorrecto. Invirtió el cociente, pues el índice de refracción se obtiene dividiendo la rapidez de la luz en el vacío entre la rapidez en el medio, nunca al revés.
• B) El índice es 1.5 y el rayo se desvía alejándose de la normal al entrar al vidrio.Correcto el índice, pero la desviación es al contrario: al pasar a un medio donde la luz viaja más despacio, el rayo se acerca a la normal.
• C) El índice es 1.5 y el rayo se desvía hacia la normal al entrar al vidrio.Correcto. $n = \frac{c}{v} = \frac{3.0\times 10^8}{2.0\times 10^8} = 1.5$; al entrar a un medio más denso el rayo se acerca a la normal.
• D) El índice es 2.0 y el rayo sigue la misma dirección porque el medio no cambia de densidad óptica.Incorrecto. Tomó como índice la rapidez expresada en la segunda cifra del enunciado, y un cambio de rapidez implica un cambio de dirección en la refracción.

Respuesta correcta: D) Porque el índice de refracción depende de la longitud de onda y cada color se refracta con un ángulo distinto, siendo más desviada la luz violeta.

• A) Porque cada color tiene distinta rapidez en el vacío y por eso llega al prisma en momentos diferentes.Incorrecto. Todas las radiaciones electromagnéticas tienen la misma rapidez en el vacío. La separación se produce por la distinta refracción en el medio.
• B) Porque el prisma absorbe los colores intermedios y deja pasar solo los extremos del espectro.Incorrecto. El prisma de vidrio es prácticamente transparente a la luz visible, no selectivo. La separación se debe a la refracción, no a la absorción.
• C) Porque el vidrio del prisma es de color variable y cada componente del dispositivo tiene un tono distinto.Incorrecto. Un prisma usado para dispersar luz es de vidrio incoloro. La separación de colores es un efecto óptico de la refracción diferencial.
• D) Porque el índice de refracción depende de la longitud de onda y cada color se refracta con un ángulo distinto, siendo más desviada la luz violeta.Correcto. La dispersión cromática hace que el índice sea mayor para ondas cortas, de modo que el violeta se desvía más que el rojo.

Respuesta correcta: A) 1.2 mm

• A) 1.2 mmCorrecto. La separación de las franjas es $\Delta y = \frac{\lambda L}{d} = \frac{600\times 10^{-9}\ \text{m}\times 1.0\ \text{m}}{0.5\times 10^{-3}\ \text{m}} = 1.2\times 10^{-3}\ \text{m}$.
• B) 0.3 mmIncorrecto. Usó la relación $d/\lambda$ en lugar de $\lambda L / d$, con lo que la separación calculada quedó cuatro veces menor.
• C) 1.2 mIncorrecto. Confundió la distancia a la pantalla con la separación entre rendijas, y obtuvo un valor mil veces mayor que el real.
• D) 2.4 mmIncorrecto. Calculó la distancia entre la primera franja oscura y la segunda luminosa, que es el doble de la separación central, en lugar del interfranjado.

Respuesta correcta: B) Bloquean la componente de la luz reflejada que vibra en el plano de la superficie, que es la componente polarizada.

• A) Aumentan el índice de refracción del cristal del lente, de modo que la luz se dispersa y no llega a los ojos.Incorrecto. El efecto de un lente polarizado no es un aumento del índice de refracción, sino la selección de una orientación de vibración.
• B) Bloquean la componente de la luz reflejada que vibra en el plano de la superficie, que es la componente polarizada.Correcto. La luz reflejada en superficies dielectricas queda parcialmente polarizada, y el filtro del lente retiene esa orientación de vibración.
• C) Cubren ellustro con una capa metálica que absorbe por completo cualquier luz que llegue al ojo.Incorrecto. Los lentes polarizados no contienen una capa metálica. Actúan por medio de filtros que dejan pasar una sola dirección de vibración.
• D) Aumentan la longitud de onda de la luz al atravesar el cristal, y por eso el reflejo se vuelve invisible.Incorrecto. Un lente no cambia la longitud de onda de la luz que lo atraviesa. Lo que hace es reducir una componente de la vibración.

Respuesta correcta: C) Conviene si la película bloquea la radiación infrarroja y la ultravioleta, porque esas longitudes de onda aportan buena parte de la energía que calienta el interior.

• A) No conviene en ningún caso, porque toda película oscurece el ambiente y reduce la entrada de luz natural.Incorrecto. Una película puede reducir la luz visible parcialmente y seguir siendo útil si filtra sobre todo el infrarrojo. El balance depende del producto usado.
• B) Conviene únicamente si se aplica en ventanas sin vidrio, porque el vidrio por sí solo absorbe la radiación infrarroja.Incorrecto. El vidrio común bloquea algo de radiación ultravioleta, pero deja pasar buena parte del infrarrojo, que es la fuente principal del calor.
• C) Conviene si la película bloquea la radiación infrarroja y la ultravioleta, porque esas longitudes de onda aportan buena parte de la energía que calienta el interior.Correcto. La radiación infrarroja es la principal responsable del calentamiento por radiación, y filtrarla reduce la ganancia de calor solar.
• D) No conviene, porque el calor que entra por radiación es despreciable frente al calor que entra por convección desde el exterior.Incorrecto. En un edificio con ventanales grandes y sin aislamientos adecuados, la ganancia por radiación es una fracción importante de la carga térmica total.

Respuesta correcta: D) La energía del fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda, de modo que la radiación A tiene mayor energía que la D.

• A) La energía del fotón es directamente proporcional a la longitud de onda, porque las ondas largas transportan más energía por ciclo.Incorrecto. La proporcionalidad es inversa, como muestra la relación $E = hc/\lambda$. Las ondas largas tienen menor frecuencia y menor energía por fotón.
• B) La energía del fotón no depende de la longitud de onda, porque todos los fotones de la luz visible tienen la misma energía.Incorrecto. Solo los fotones de una misma longitud de onda tienen la misma energía. Distintas longitudes de onda implican distintas energías.
• C) La energía del fotón depende de la amplitud de la onda y no de su longitud de onda, por eso todas las filas coinciden.Incorrecto. La energía de un fotón individual depende de su frecuencia y longitud de onda, no de la amplitud, que en el modelo fotónico determina el número de fotones.
• D) La energía del fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda, de modo que la radiación A tiene mayor energía que la D.Correcto. Como $E = hc/\lambda$, al multiplicar la longitud de onda por 16 de A a D la energía se divide por 16.

Respuesta correcta: A) La explicación es incorrecta, porque los fotones no pierden energía al atravesar el vidrio; la menor rapidez se debe a la respuesta colectiva de los electrones ligados de los átomos.

• A) La explicación es incorrecta, porque los fotones no pierden energía al atravesar el vidrio; la menor rapidez se debe a la respuesta colectiva de los electrones ligados de los átomos.Correcto. La luz conserva su frecuencia al refraccionarse y la rapidez disminuye por la polarización inducida en el medio, no por absorciones puntuales.
• B) La explicación es correcta, porque cada choque con un átomo reduce la energía del fotón y por eso aumenta su longitud de onda.Incorrecto. Al refraccionarse la luz conserva su frecuencia dentro del medio. Si la energía bajara de verdad, la frecuencia no podría permanecer constante.
• C) La explicación es correcta, porque el vidrio es un material denso y la densidad de átomos frena por sí sola a la luz.Incorrecto. La densidad de átomos es un factor, pero la causa física es la oscilación de los electrones ligados, que genera la polarización responsable de la refracción.
• D) La explicación es parcialmente correcta, porque la luz se frena y además se dispersa, de modo que ambos efectos son la misma cosa.Incorrecto. La refracción y la dispersión son fenómenos distintos: la primera cambia la dirección por un cambio de rapidez, y la segunda separa los colores.