Propiedades de las ondas electromagnéticas

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Reflexión

Ángulos de incidencia y de reflexión.

Cuando una onda viaja en un medio y encuentra una frontera con otro medio, parte de la luz incidente es reflejada.

La reflexión especular es aquella que se produce cuando el rayo de luz incide en una superficie lisa y la reflexión difusa, cuando incide en una superficie rugosa.

Cuando la superficie es lisa, los rayos reflejados son paralelos entre sí, lo que no ocurre en las superficies rugosas.

Reflexión en superficies lisas y rugosas.

El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Los ángulos son medidos entre el rayo de luz y la normal a la superficie.

$\theta _{1}^{\prime }=\theta _{1}$

Refracción

Ángulo de salida del rayo refractado.

Cuando un rayo viaja por un medio y encuentre una frontera con otro medio, parte del rayo se refleja y la otra se refracta, “el ángulo de refracción depende de las propiedades de los dos medios y del ángulo del rayo incidente”.

${\sin \theta _{1} \over \sin \theta _{2}}={v_{1} \over v_{2}}$

El índice de refracción es propio de cada medio y es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio. La luz viaja a su máxima rapidez en el vacío, lo que indica que el índice de refracción siempre es menor que 1.

$n={c \over v}$

Utilizando la relación anterior en la relación del ángulo de refracción, obtenemos la ecuación conocida como ley de refracción de Snell.

$n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}$

Interferencia: experimento de Young

El experimento de Young consiste en usar una fuente monocromática para emitir luz hacia una barrera con dos aberturas pequeñas, esto sirve para dividir la luz es dos rayos, los cuales se interfieren entre sí al pasar la barrera y presentan efectos de interferencia cuando la luz llega a una pantalla de observación. El patrón observado es un patrón de máximos y mínimos de intensidad.

Máximos y mínimos de intensidad.

La interferencia puede ser constructiva para que ocurra un máximo de intensidad o destructiva para un mínimo.

$d\sin \theta _{brillante}=m\lambda$

$d\sin \theta _{oscuro}=(2m-1){\lambda \over 2}$

d es la distancia entre las ranuras y m es un número natural.

Difracción: red de difracción

La red de difracción “es un aparato utilizado para el análisis de fuentes luminosas, está construida por un elevado número de rendijas paralelas separadas entre sí una misma distancia”.

Propiedades de las ondas electromagnéticas 5

Polarización

“Se dice que una onda está linealmente polarizada si en todo momento el campo eléctrico resultante vibra en la misma dirección en un punto en particular”.

• Polarización por absorción selectiva.
• Polarización por reflexión.
• Polarización por refracción doble.
• Polarización por dispersión.

Polarización por absorción selectiva: es la más común y consiste en “usar un material que transmita ondas cuyos campos eléctricos vibren en un plano paralelo a cierta dirección y que absorba las ondas cuyo campos estén vibrando en todas las demás direcciones”.

Polarización por reflexión: Cuando un rayo de luz se refleja, puede estar polarizado, parcialmente polarizado o no polarizado, dependiendo del ángulo de incidencia. Cuando el ángulo es 0° el rayo está no polarizado, para un ángulo de 90° el rayo está totalmente polarizado y para un ángulo diferente a estos dos el rayo estará parcialmente polarizado.

Polarización por refracción doble: ocurre en aquellos materiales, normalmente cristalinos, en los que la velocidad de la luz no es la misma en todas las direcciones, porque lo que la luz debe ser polarizada.

Polarización por dispersión: ocurre cuando “la luz incide sobre un material y los electrones de este absorben y vuelven a enviar parte de la luz. Esta absorción y re-radiación es lo que hace que la luz de sol que llega a la tierra esté parcialmente polarizada”.

Fibra óptica: reflexión y transmisión de ondas

Transmisión de ondas en la fibra óptica.

La fibra óptica es un tubo flexible en el cual se transporta luz usando el principio de reflexión interna total. Está “formada por un núcleo transparente rodeado por un revestimiento con menor índice de refracción que el del núcleo”.

La reflexión interna total consiste en la existencia de un ángulo crítico para el cual el ángulo de refracción sea de 90° y la luz no pase al otro medio, por el contrario, se refleje completamente, para esto se usa la ley de Snell y se obtiene que:

$\sin \theta _{c}={n_{2} \over n_{1}}$

Confirmo lo aprendido

• Evaluación de la lección 3: Propiedades de las ondas electromagnéticas

Anexos

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Proyecto: Física 3 para ingenieros

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