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Fisica 2° · 2024
Libro de Física 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

187/274

Reflexión, refracción, gafas de sol y ondas en cuerdas

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

1.c) Temperatura baja → \mu ↑ y T ↓ ⇒ v=\sqrt{T/\mu} ↓; con f constante, \lambda = v/f ↓ (ondas más lentas y cortas). 2) Las gafas reflejan y absorben luz (\theta_i=\theta_r); los lentes refractan la luz (n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2) para enfocar en la retina. 3) Diagrama con rayo incidente, rayo reflejado y \theta_i respecto a la normal.

📚 exercise fisica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 187

Fisica 2° · 2024

1
Ejercicio 1

c

Indico qué sucedería al realizar el entrenamiento de cuerdas en una ciudad con temperatura muy baja y explico qué sucede con las ondas y sus parámetros.

  1. La velocidad de una onda en una cuerda depende de la tensión y de la densidad lineal del material: v = \sqrt{\dfrac{T}{\mu}}, donde T es la tensión y \mu la densidad lineal (\text{kg/m}).
  2. Con la temperatura muy baja, la cuerda se contrae y normalmente su densidad lineal \mu aumenta ligeramente, mientras que la tensión T puede disminuir si los puntos de sujeción se aflojan o si el material se vuelve más rígido y elástico.
  3. Si \mu aumenta y T disminuye, entonces la velocidad v disminuye (la raíz cuadrada de una fracción menor da un valor menor).
  4. Como la frecuencia f está impuesta por el equipo que hace vibrar la cuerda (motor, generador de tonos), se mantiene constante.
  5. La longitud de onda resulta: \lambda = \dfrac{v}{f}; si v baja y f no cambia, entonces \lambda disminuye.
  6. Efecto práctico: las ondas producen menos amplitud, viajan más lento y se perciben «más cortas»; el sonido emitido puede sonar más grave o apagado y la cuerda vibra con menor alcance.
Respuesta

Al bajar la temperatura la cuerda se contrae: aumenta \mu y disminuye T, por lo que v = \sqrt{T/\mu} disminuye; con f constante, \lambda = v/f también disminuye, generando ondas más lentas y de menor longitud de onda y amplitud.

2
Ejercicio 2

Explico el funcionamiento de las gafas de sol y de los lentes oculares mediante los conceptos básicos de reflexión y refracción.

  1. La reflexión: la luz incidente que choca con una superficie vuelve al mismo medio según la ley de reflexión: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, \theta_i = \theta_r.
  2. La refracción: al pasar de un medio a otro con distinto índice de refracción n, la luz se desvía según la ley de Snell: n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2. Si el segundo medio es más denso (n_2 > n_1), el rayo se acerca a la normal.
  3. Gafas de sol: sus lentes tienen un recubrimiento o pigmento oscuro que absorbe buena parte de la radiación visible y sobre todo los rayos ultravioleta (UV) y la radiación infrarroja, que generan calor. Además, una parte de la luz se refleja en la superficie externa (brillo que ve el observador) y otra refracta a través del cristal hacia los ojos, pero con una intensidad notablemente reducida.
  4. Lentes oculares (anteojos): funcionan como lentes delgados convergentes (miopía) o divergentes (hipermetropía), según su curvatura y su índice de refracción. La luz que ingresa al ojo se refracta en cada interfaz (aire–lente y lente–humor) y vuelve a refractarse al entrar en el ojo, de modo que el enfoque se produce exactamente sobre la retina. En los lentes para presbicia o astigmatismo se combinan ambas curvaturas.
  5. Concepto clave: la gafa reduce la luz por reflexión y absorción; los lentes la guían por refracción para formar una imagen nítida en la retina.
Respuesta

Las gafas de sol reflejan y absorben gran parte de la luz (especialmente UV e infrarrojos) mediante la ley \theta_i = \theta_r; los lentes oculares desvían la luz por refracción (n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2) para enfocar la imagen sobre la retina.

3
Ejercicio 3

Realizo un gráfico o diagrama de una gafa y coloco el rayo incidente, el rayo reflejado y el ángulo de incidencia.

  1. Dibujo la superficie del lente de la gafa como un segmento vertical (superficie reflectante/absorbente).
  2. Trazo la normal a esa superficie en el punto de incidencia, una línea punteada perpendicular.
  3. El rayo incidente cae formando un ángulo \theta_i con la normal.
  4. El rayo reflejado sale del mismo punto formando \theta_r con la normal, y por la ley de reflexión se cumple \theta_i = \theta_r.
  5. Parte del rayo también se refracta (entra al cristal) y otra se absorbe en el pigmento.

Diagrama (Mermaid):

flowchart TB
    A["Luz del sol"] -->|"rayo incidente"| B(("Punto de incidencia P en el lente"))
    B -->|"rayo reflejado"| C["Ojo de quien observa"]
    B -.->|"rayo refractado (absorbido en parte)"| D["Interior de la gafa"]
    N["Normal punteada perpendicular al lente"] --- B

Verificación de la ley de reflexión: \theta_i = \theta_r.

\theta_i = \theta_r

Respuesta

En el diagrama aparece el rayo incidente que forma el ángulo de incidencia \theta_i con la normal, y el rayo reflejado con \theta_r = \theta_i; además hay un rayo refractado parcialmente absorbido por el pigmento de la gafa.

Contenido de la página

Actividades (página 186 / 187)

c) Indico qué sucedería al realizar el entrenamiento de cuerdas en una ciudad con temperatura muy baja. Explico qué sucede con las ondas y sus parámetros.

JUSTIFICACIÓN: (espacio para la respuesta del estudiante)

2. Explico el funcionamiento de las gafas de sol y de los lentes oculares, mediante los conceptos básicos de reflexión y refracción.

3. Realizo un gráfico o diagrama de una gafa y coloco el rayo incidente, el rayo reflejado y el ángulo de incidencia.


Marco teórico de apoyo

  • Velocidad de una onda en una cuerda: v = \sqrt{T/\mu}.
  • Relación fundamental de ondas: v = \lambda f.
  • Ley de reflexión: \theta_i = \theta_r.
  • Ley de refracción (Snell): n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2.
  • Gafas de sol: absorción y reflexión de luz visible, UV e infrarrojos.
  • Lentes oculares: desviación de la luz por refracción para enfocar la imagen en la retina.

Ejemplos resueltos

Una cuerda de densidad lineal \mu = 0{,}02\,\text{kg/m} está tensada con T = 80\,\text{N} y la fuente vibra a f = 200\,\text{Hz}. Calcular v y \lambda.

  1. v = \sqrt{T/\mu} = \sqrt{80/0{,}02} = \sqrt{4000} \approx 63{,}2\,\text{m/s}.
  2. \lambda = v/f = 63{,}2/200 \approx 0{,}32\,\text{m}.
  3. Si al enfriarse \mu pasa a 0{,}022 y T a 70\,\text{N}: v = \sqrt{70/0{,}022} \approx 56{,}5\,\text{m/s}, menor que antes.

Tabla

| Fenómeno | Concepto clave | Ley | Efecto en la luz |\n|---|---|---|---|\n| Gafa de sol | Reflexión + absorción | \theta_i = \theta_r | Reduce la intensidad transmitida (UV, IR) |\n| Lente oculares | Refracción | n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2 | Enfoca la imagen en la retina |\n| Cuerda fría | Cambio de v y \lambda | v=\sqrt{T/\mu}, \lambda=v/f | Ondas más lentas y de menor longitud de onda |

Diagrama

flowchart TB
    A["Luz del sol"] -->|"rayo incidente"| B(("Punto de incidencia P en el lente"))
    B -->|"rayo reflejado"| C["Ojo del observador"]
    B -.->|"rayo refractado y parcialmente absorbido"| D["Interior del cristal de la gafa"]
    N["Normal punteada perpendicular al lente"] --- B

Fórmulas y ecuaciones

v = \sqrt{\frac{T}{\mu}}

v = \lambda f

\theta_i = \theta_r

n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2

v = \sqrt{\frac{T}{\mu}}

v = \lambda f \Rightarrow \lambda = \frac{v}{f}

\theta_i = \theta_r

n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2

Glosario (5)

Reflexión
Rebote de una onda o un rayo de luz sobre una superficie, cumpliendo \theta_i = \theta_r.
Refracción
Cambio de dirección de la luz al pasar de un medio a otro con distinto índice de refracción.
Densidad lineal (\mu)
Masa por unidad de longitud de una cuerda, expresada en kg/m.
Tensión (T)
Fuerza con la que se estira una cuerda, en newtons; influye en la velocidad de la onda.
Índice de refracción (n)
Relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la del medio considerado.

Preguntas para practicar

¿Por qué las gafas de sol reducen la intensidad de la luz que llega a los ojos?

Porque una parte de la luz se refleja en la superficie según \theta_i=\theta_r y otra es absorbida por el pigmento oscuro del cristal, sobre todo los rayos ultravioleta e infrarrojos, de modo que la intensidad transmitida es menor que la incidente.

¿Qué le ocurre a la frecuencia de una onda en una cuerda si solo cambia la temperatura?

La frecuencia la fija la fuente que genera la vibración y permanece constante; lo que cambian son la velocidad y la longitud de onda, no la frecuencia.

¿Por qué el ángulo de incidencia se mide respecto a la normal y no respecto a la superficie?

Las leyes de reflexión y refracción se formulan con la normal porque ella es la referencia común al atravesar superficies curvas; medir desde la superficie obligaría a recalcular todos los ángulos en cada punto.

Temas y conceptos clave

Ondas en cuerdas y temperaturaReflexión y refracción de la luzGafas de sol y lentes ocularesDiagrama de rayos ópticosdensidad lineal (\mu)tensión (T)velocidad de ondalongitud de ondaley de reflexiónley de refracción (Snell)índice de refracciónnormal
¿Te fue útil esta página?

Preguntas que la gente también hace

¿Qué es la ley de reflexión y cómo se aplica en las gafas de sol?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Cómo cambia la velocidad de una onda en una cuerda con la temperatura?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué función cumplen los lentes oculares según la refracción de la luz?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Leyes de reflexión y refracción (Snell)
  • • Relación $v=\lambda f$ para ondas
  • • Definición de densidad lineal y tensión en cuerdas
Siguiente tema sugerido
Intensidad del sonido y umbrales de audición (página 188)
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c) Indico ¿qué sucedería al realizar el entrenamiento de cuerdas en una ciudad con temperatura muy baja? Explico ,¿qué sucede con las ondas y sus parámetros?

JUSTIFICACIÓN:

  1. Explico el funcionamiento de las gafas de sol y de los lentes oculares, mediante los conceptos básicos de reflexión y refracción.

  2. Realizo un gráfico o diagrama de una gafa y coloco el rayo incidente, el rayo reflejado y el ángulo de incidencia.

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188 Texto de Física

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