Ejercicios: La luz

La luz del Sol cruza unos $150$ millones de kilómetros de espacio prácticamente vacío hasta llegar a la Tierra.

1. a) ¿Necesita la luz un medio material para propagarse?
2. b) ¿Cómo se llaman las ondas que, como la luz, pueden viajar por el vacío?
3. c) Si una estrella lejana explotara, ¿qué percibiríamos desde la Tierra: su luz, su estampido o ambas cosas? Justifíquelo.

La velocidad de la luz en el vacío es $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) ¿Qué distancia recorre la luz en un segundo? Exprésela en metros y en kilómetros.
2. b) La circunferencia de la Tierra mide unos $40\,000\ \text{km}$: ¿cuántas vueltas al planeta podría dar la luz en un segundo?

Al atravesar un prisma, la luz blanca del Sol se descompone en una banda de colores como la del arcoíris.

1. a) Nombre los colores de esa banda en orden.
2. b) ¿Qué radiaciones invisibles hay más allá del rojo y más allá del violeta? Ponga un ejemplo de aplicación de cada una.
3. c) ¿Viajan la luz roja y la luz violeta a distinta velocidad en el vacío?

Un rayo de linterna incide sobre el espejo del baño formando un ángulo de $30^\circ$ con la normal, la línea perpendicular al espejo. La figura muestra el rayo incidente sobre el espejo.

1. a) ¿Con qué ángulo sale reflejado el rayo, medido desde la normal?
2. b) Enuncie con sus palabras la ley de la reflexión.
3. c) Dibuje en su cuaderno el espejo, la normal, el rayo incidente y el rayo reflejado, e indique los ángulos.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Una pajilla dentro de un vaso con agua parece doblada justo en la superficie del agua. La figura muestra lo que se observa.

1. a) ¿Está la pajilla doblada de verdad? Explique qué ocurre.
2. b) ¿Qué le pasa a la luz que viene de la parte sumergida de la pajilla al pasar del agua al aire?
3. c) ¿Cómo se llama ese fenómeno?

Relacione cada radiación electromagnética con su aplicación y escriba las cinco parejas completas:

1. a) Rayos X.
2. b) Infrarrojo.
3. c) Microondas.
4. d) Ultravioleta.
5. e) Ondas de radio.

Aplicaciones: una radiografía en el hospital, el control remoto de la tele, calentar la comida en el microondas, detectar billetes falsos y escuchar la emisora del carro.

¿Qué tienen en común todas estas radiaciones?

La Luna está a unos $384\,000\ \text{km}$ de la Tierra. ¿Cuánto tarda en llegarnos su luz? Exprese el resultado con un decimal. ($c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$.)

No podemos ver lo que hay detrás de una esquina, aunque sí oímos los ruidos que vienen de allí.

1. a) ¿Qué nos dice esto sobre la forma en que se propaga la luz?
2. b) Explique cómo se forma la sombra de su mano sobre la pared.
3. c) Nombre un fenómeno astronómico que se explique de la misma manera.

La luz del Sol tarda unos $8\ \text{min}$ y $20\ \text{s}$ en llegar a la Tierra.

1. a) Exprese ese tiempo en segundos.
2. b) Calcule la distancia entre el Sol y la Tierra en kilómetros, usando $c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$, y exprésela con notación científica.

El año luz es la distancia que recorre la luz en un año: unos $9,5\cdot10^{12}\ \text{km}$. Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sol, está a $4,2$ años luz.

1. a) Calcule esa distancia en kilómetros, con notación científica.
2. b) ¿Cuánto tiempo tarda la luz de Próxima Centauri en llegar hasta nosotros?

Un rayo de luz incide sobre un espejo plano formando un ángulo de $40^\circ$ con la superficie del espejo. La figura muestra el rayo incidente sobre el espejo.

1. a) ¿Qué ángulo forma el rayo incidente con la normal?
2. b) ¿Cuál es el ángulo de reflexión, medido desde la normal?
3. c) Dibuje la situación en su cuaderno y señale todos los ángulos.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

La luz viaja por el agua a unos $225\,000\ \text{km/s}$, más despacio que en el aire, donde va a unos $300\,000\ \text{km/s}$. La figura representa el cambio de dirección del rayo al pasar del aire al agua.

1. a) Calcule cuántas veces es más rápida la luz en el aire que en el agua, con un decimal.
2. b) Al pasar del aire al agua, el rayo de luz se acerca a la normal: relacione este cambio de dirección con el cambio de velocidad y nombre el fenómeno.
3. c) Explique con ello por qué una pajilla en un vaso de agua parece doblada.

Por una fibra óptica la luz viaja a $2\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) ¿Cuánto tarda un pulso de luz en recorrer $100\ \text{km}$ de fibra? Exprese el resultado con notación científica.
2. b) Pase el resultado a milisegundos.
3. c) Explique por qué la fibra óptica transmite la conexión a internet con tan poco retardo.

Los astronautas de las misiones Apolo hablaban con el centro de control de Houston por radio, y las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz. La Luna está a $384\,000\ \text{km}$.

1. a) ¿Cuánto tarda una pregunta de Houston en llegar a la Luna?
2. b) ¿Cuánto tiempo pasa, como mínimo, entre que Houston formula la pregunta y oye la respuesta del astronauta?
3. c) ¿Por qué decimos «como mínimo»?

La luz de Sirio, la estrella más brillante del cielo nocturno, tarda $8,6$ años en llegar a la Tierra.

1. a) ¿A qué distancia está Sirio, expresada en años luz?
2. b) Cuando usted la observa esta noche, ¿ve Sirio como es ahora o como era hace un tiempo? Explique su respuesta.
3. c) ¿Qué quieren decir los astrónomos cuando afirman que mirar lejos con un telescopio es mirar al pasado?

Una camiseta se ve roja bajo la luz blanca del Sol.

1. a) Explique qué hace el tejido con las distintas componentes de la luz blanca para que la veamos roja.
2. b) Prediga de qué color se verá esa camiseta en una sala iluminada solo con luz verde y justifíquelo.
3. c) ¿De qué color se verá en esa misma sala una camiseta blanca? Razone la respuesta.

Vamos a calcular cuántos kilómetros es un año luz.

1. a) ¿Cuántos segundos tiene un año de $365$ días? Exprese el resultado con notación científica.
2. b) Multiplique ese tiempo por la velocidad de la luz ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) y dé la distancia en metros y en kilómetros.
3. c) La estrella Vega está a unos $25$ años luz: calcule esa distancia en kilómetros.

Betelgeuse, una estrella de la constelación de Orión, está a unos $640$ años luz y los astrónomos esperan que algún día explote como supernova.

1. a) Si mañana los telescopios observaran la explosión, ¿cuándo ocurrió en realidad? ¿Qué estaba pasando, aproximadamente, en la historia de la Tierra por entonces?
2. b) Si la explosión ocurriera de verdad hoy, ¿cuándo llegaría la noticia a la Tierra?
3. c) Explique por qué los astrónomos comparan observar objetos muy lejanos con recibir una carta escrita hace mucho tiempo.

Los astronautas de las misiones Apolo dejaron paneles de espejos en la Luna. Desde un observatorio se envía un pulso láser que se refleja en ellos y regresa $2,56\ \text{s}$ después. La Luna está a $384\,000\ \text{km}$. El esquema muestra el recorrido del pulso de luz.

1. a) ¿Qué distancia total recorre el pulso de luz?
2. b) Calcule la velocidad de la luz que se obtiene con este experimento y exprésela en $\text{km/s}$ y en $\text{m/s}$.
3. c) Explique por qué no se puede medir la velocidad de la luz con una linterna y un cronómetro entre los dos extremos del patio del cole.

Un periscopio sencillo lleva dos espejos planos paralelos, cada uno inclinado $45^\circ$ respecto a la horizontal, uno arriba y otro abajo del tubo. La figura muestra el periscopio con sus dos espejos.

1. a) Dibuje en su cuaderno el recorrido de un rayo de luz que entra horizontal por el espejo superior hasta llegar al ojo, aplicando la ley de la reflexión en cada espejo.
2. b) ¿Qué ángulo forma el rayo con la normal en cada espejo? ¿Cuánto gira el rayo en cada reflexión?
3. c) Explique por qué el rayo que llega al ojo es horizontal y paralelo al que entró.
4. d) Cite una aplicación práctica de un periscopio.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Un pescador de pie en la orilla ve un pez bajo el agua.

1. a) Los rayos de luz que salen del pez pasan del agua al aire, donde viajan más rápido: ¿se acercan o se alejan de la normal al salir a la superficie?
2. b) Nuestro cerebro interpreta que la luz ha llegado en línea recta: razone por qué el pez parece estar más cerca de la superficie de lo que está en realidad.
3. c) Dibuje en su cuaderno los rayos y la posición aparente del pez.
4. d) ¿Por qué, para pescar con arpón, hay que apuntar por debajo de donde se ve el pez?

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Tras una tormenta de verano, con el Sol bajo a su espalda y la lluvia delante, aparece el arcoíris.

1. a) Explique qué le ocurre a la luz del Sol al entrar en cada gota de lluvia, al llegar a la parte posterior de la gota y al salir de ella, nombrando los fenómenos que intervienen.
2. b) Cada color se refracta con un ángulo ligeramente distinto: ¿cómo se llama la separación de la luz blanca en colores?
3. c) Razone por qué para ver el arcoíris el Sol debe estar detrás de usted y la lluvia delante.
4. d) El arco se ve porque solo las gotas situadas en cierto ángulo respecto a la dirección del Sol le devuelven la luz: explique por qué eso dibuja una curva.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Todas las radiaciones electromagnéticas viajan a la misma velocidad en el vacío, pero la energía de cada fotón aumenta con la frecuencia y las de frecuencia muy alta, como los rayos X, son muy penetrantes.

1. a) Ordene de menor a mayor frecuencia: infrarrojo, ultravioleta, luz visible y rayos X.
2. b) Explique por qué los anteojos de sol y las cremas protectoras filtran sobre todo la radiación ultravioleta y no la infrarroja.
3. c) ¿Por qué el personal de salud se protege tras un panel de plomo cuando toma radiografías y se limita el número de radiografías que se le toman a un paciente?
4. d) Las cámaras térmicas detectan el infrarrojo que emiten los cuerpos calientes: explique por qué sirven para localizar personas en la oscuridad.