1. Reflexión y refracción

  • Reflexión: el ángulo de incidencia es igual al de reflexión.
  • Refracción: cambio de dirección al pasar a otro medio. Ley de Snell:
$$ n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2 \qquad n = \frac cv $$
  • Ángulo límite (de $n_1>n_2$): $\sin\theta_L = n_2/n_1$. Por encima hay reflexión total.
  • La frecuencia no cambia al refractarse; cambian $v$ y $\lambda$.

2. Difracción

Una onda se desvía al pasar por una abertura u obstáculo de tamaño comparable a $\lambda$. Es más notoria cuanto mayor es $\lambda$ respecto a la abertura.

3. Ejemplos resueltos

Un rayo pasa de aire a agua ($n=1{,}33$) con 40° de incidencia.

$\sin\theta_2 = \dfrac{\sin40^\circ}{1{,}33}=0{,}483\Rightarrow\theta_2 \approx 28{,}9^\circ$

Ángulo límite vidrio ($n=1{,}5$)–aire.

$\sin\theta_L = 1/1{,}5\Rightarrow\theta_L\approx41{,}8^\circ$

Una onda sonora de 500 Hz pasa del aire (340 m/s) al agua (1500 m/s) con un ángulo de incidencia de 10°. Calcula las longitudes de onda y el ángulo de refracción.

$\lambda_1=\dfrac{340}{500}=0{,}680\ \mathrm{m}$; $\lambda_2=\dfrac{1500}{500}=3{,}00\ \mathrm{m}$.

$\dfrac{\sin i}{\sin r}=\dfrac{v_1}{v_2}\Rightarrow\sin r=\sin10^\circ\cdot\dfrac{1500}{340}=0{,}766\Rightarrow r\approx50{,}0^\circ$

¿Qué difracta más al atravesar una puerta de 1 m: un sonido de 1000 Hz (340 m/s) o la luz de 500 nm?

El sonido tiene $\lambda=0{,}34$ m, comparable a la abertura ($a/\lambda\approx2{,}94$): difracta de forma apreciable.

La luz tiene $a/\lambda=2\cdot10^{6}$: la difracción es despreciable y se ve propagación rectilínea.

Contenido ampliado de los apuntes completos

6. Fenómenos ondulatorios$

Reflexión y refracción

  • Reflexión: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión
  • Refracción: La onda cambia de velocidad y dirección según la ley de Snell:$n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2### Interferencia$

Cuando dos ondas se superponen:

  • Constructiva: Las ondas están en fase (amplitudes se suman)
  • Destructiva: Las ondas están desfasadas 180° (amplitudes se restan)

Difracción

Es la capacidad de las ondas para bordear obstáculos o pasar por aberturas. Es más notable cuando el tamaño del obstáculo es comparable a la longitud de onda.

Ver simulación de interferencia de ondas

Efecto Doppler

El efecto Doppler es el cambio en la frecuencia percibida cuando hay movimiento relativo entre la fuente y el observador:$f' = f \frac{v \pm v_o}{v \pm v_f}$ Donde v es la velocidad del sonido,$ v_o$ la velocidad del observador, y$ v_f$ la velocidad de la fuente.

1. Al refractarse una onda en otro medio, permanece constante: (1 punto)

2. La reflexión total solo puede ocurrir cuando la luz pasa: (1 punto)

3. En la reflexión de una onda: (1 punto)

4. Problemas numéricos (g = 9,8 m/s²; v_sonido = 340 m/s; I₀ = 10⁻¹² W/m²): (5 puntos)

a ) Ángulo (°) refractado al pasar de vidrio (n=1,5) a aire con 20° de incidencia.

b ) Ángulo límite (°) vidrio-aire (n = 1,5).

c ) Ángulo (°) que forma con la normal el rayo reflejado si el de incidencia es 35°.

d ) Longitud de onda (m) de un sonido de 20 Hz en el aire (340 m/s).

e ) Ángulo refractado (°) de aire a vidrio (n = 1,5) con 60° de incidencia.