FÍSICA – Bachillerato General – 1 – Primero de Bachillerato – Pág 187 – Resuelto 0

Pregunta 1) 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:

Respuesta:
Paso 1: Regla/formula principal: la velocidad de ondas en una cuerda depende de la tensión y la masa lineal: \(v=\sqrt{\dfrac{T}{\mu}}\). Para modos estacionarios: \(f_n=\dfrac{n}{2L}\sqrt{\dfrac{T}{\mu}}\).
Paso 2: Efecto de baja temperatura en la cuerda: la mayoría de los materiales se contraen al enfriarse, esto hace que la tensión T aumente ligeramente si los extremos están fijos. Por tanto \(T\rightarrow T+\Delta T\) con \(\Delta T>0\).
Paso 3: Consecuencia en la velocidad: al aumentar T, \(v\) aumenta porque \(v=\sqrt{T/\mu}\). Se puede comparar dos estados: \(\dfrac{v_2}{v_1}=\sqrt{\dfrac{T_2/\cancel{\mu}}{T_1/\cancel{\mu}}}=\sqrt{\dfrac{T_2}{T_1}}>1\).
Paso 4: Consecuencia en frecuencia y longitud de onda según el caso:
– Si la cuerda está en régimen de ondas estacionarias (extremos fijos), las longitudes de onda permitidas están fijadas por la geometría: \(\lambda_n=\dfrac{2L}{n}\). Entonces la frecuencia aumenta porque \(f_n= v/\lambda_n\); como \(v\) aumenta, \(f_n\) aumenta (sube el tono).
– Si la frecuencia la impone una fuente externa (misma frecuencia), al aumentar \(v\) la longitud de onda aumenta: \(\lambda= v/f\).
Paso 5: Otros efectos prácticos: el material puede volverse más rígido o frágil al bajar la temperatura, lo que puede cambiar la amortiguación (posible disminución de amplitud por mayor pérdida interna) y afectar la calidad del sonido. El aire más frío es más denso y puede aumentar ligeramente la atenuación del sonido radiado.
Resultado final: \(\boxed{\text{En frío la tensión aumenta, }v\uparrow,\; f\uparrow\text{ (en modos fijos) y }\lambda\uparrow\text{ si }f\text{ es constante.}}\)

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

Respuesta:
Paso 1: Reglas principales: ley de la reflexión: \(\theta_i=\theta_r\). Ley de la refracción (Snell): \(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\).
Paso 2: Gafas de sol: funcionan principalmente por absorción y filtrado de radiación y, en algunos casos, por reflexión y polarización.
– Las lentes llevan tintes o tratamientos que absorben gran parte de la energía de luz visible y ultravioleta (UV), reduciendo la intensidad que llega al ojo.
– Muchas gafas tienen filtros polarizadores que bloquean la componente de la luz reflejada en superficies horizontales (resplandor), reduciendo el deslumbramiento.
– Algunos recubrimientos son metálicos (capa reflectante) que reflejan parte de la luz (reducción de intensidad) y recubrimientos anti-UV que impiden radiación dañina.
Paso 3: Lentes oculares (gafas graduadas): actúan por refracción para enfocar la luz en la retina.
– Una lente convexa (convergente) hace que rayos paralelos se acerquen a un punto focal; una cóncava (divergente) separa rayos.
– Snell explica cómo al cambiar de medio (aire a vidrio) los rayos se desvían: si \(n_{vidrio}>n_{aire}\) el rayo se acerca a la normal al entrar.
Paso 4: Resumen práctico: las gafas de sol reducen intensidad y deslumbramiento por absorción/reflexión/polarización; las lentes corrigen la trayectoria de los rayos mediante refracción para formar imágenes en la retina.
Resultado final: \(\boxed{\text{Gafas de sol: absorben/reflejan/polarizan la luz; Lentes: refringen la luz para enfocar.}}\)

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

Respuesta:
Paso 1: Regla: ley de la reflexión: \(\theta_i=\theta_r\). La normal en el punto de incidencia es perpendicular a la superficie en ese punto.
Paso 2: Descripción del diagrama (esquema en caracteres):

Paso 3: Explicación paso a paso del dibujo:
– Dibujo simplificado: el rayo incidente viene desde la izquierda y alcanza la superficie de la gafa en un punto.
– En ese punto trazamos la normal (línea perpendicular a la superficie) y medimos el ángulo entre el rayo incidente y la normal: ese es \(\theta_i\).
– El rayo reflejado forma con la normal el mismo ángulo pero del otro lado: \(\theta_r=\theta_i\).
Paso 4: Nota sobre refracción: además de la reflexión parcial en la superficie, parte de la luz se refracta dentro de la lente siguiendo la ley de Snell; para un esquema claro marcamos solamente los rayos incidente y reflejado sobre la cara externa.
Resultado final: \(\boxed{\text{Diagrama realizado: rayo incidente, normal, rayo reflejado con }\theta_i=\theta_r.}}\)