UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER - SEDE MALAGA ESCUELA DE FÍSICA - FACULTAD DE CIENCIAS TERCER TALLER FÍSICA III. PROF: CESAR AUGUSTO SARMIENTO ADARME. PREGUNTAS DE OPCION MULTIPLE 1. ¿Cuál de los siguientes fenómenos puede observarse para ondas electromagnéticas, pero no para ondas sonoras? a. Interferencia b. Difracción c. Polariación d. !bsorción e. Dispersión ". ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones sobre ondas electromagnéticas son incorrectas? #seleccione todas las válidas$ a. %n el vac&o, las ondas electromagnéticas via'an a la velocidad de la lu. b. (as magnitudes del campo eléctrico ) del campo magnético son iguales.
E
B
c. *ólo el vector del campo eléctrico es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. d. +anto el vector del campo eléctrico como el vector del campo magnético son perpendiculares a la dirección de propagación. e. na onda electromagnética transporta energ&a sólo cuando % - . /. (a estación de radio internacional 0o de *lobbovia anuncia ue está 2transmitiendo 3acia !mérica del 4orte en la banda de 56 metros7. ¿a ué frecuencia está transmitiendo la estación? a. 8"9 :; b. <.1" =; c. 61.> =; d. la información proporcionada no dice nada sobre la frecuencia 5. ¿Cuál de lo siguiente e'erce la ma)or cantidad de presión de radiación? a. n laser de 1 m apuntado sobre un punto de "mm situado a 1m de distancia. b. na bombilla de "99 en un punto de 5 mm de diámetro situado a 1 m de distancia. c. na bombilla de 199 en un punto de " mm de diámetro situado a 5 m de distancia. d. na bombilla de "99 en un punto de " mm de diámetro situado a @ m de distancia. e. +odas las anteriores e'ercen la misma presión. @. ¿Cuál es la a. ;acia la dirección página. de la fuera neta sobre la carga positiva en movimiento en la figura? b. ;acia la derec3a. c. ;acia fuera de la página. d. ;acia la iuierda.
<. un protón se mueve perpendicularmente 3acia campos eléctrico ) magnético ue se cruan como ilustra la figura. ¿Cuál es la dirección de la fuera neta del protón? a. ;acia la iuierda b. ;acia la derec3a c. ;acia la pagina d. ;acia fuera de la pagina
B
+ E
>. *e 3a especulado ue en alguna parte del universo pueden eAistir 2cargas7 magnéticas aisladas #monopolos magnéticos$. ¿Cuál de las ecuaciones de =aABell 1$ (e) de auss para campos eléctricos, "$ le) de auss para campos magnéticos, /$ le) de inducción de Earada) )Fo 5$ le) de =aABellG!mpere, puede ser modificada por la eAistencia de monopolos magnéticos?
a. *olo la "$ b. (a 1$ ) la "$ c. (a "$ ) la /$ d. *olo la /$ 8. *egHn la le) de auss para campos magnéticos, todas las l&nea s de campo magnético forman un bucle completo. %n consecuencia la dirección del campo magnético
B
apunta del polo al polo
fuera de una barra normal ) del polo al polo dentro del imán a. 4orte, sur, norte, sur b. 4orte, sur, sur norte c. *ur, norte, sur, norte d. *ur, norte, norte, sur 6. na lu sin polariar con intensidad Ientrada - 1.8>Fm 2 pasa a través de dos polariadores. (a lu 2 polariada emergente tiene una intensidad Isalida - 9./8/Fm . ¿Cuál es el ángulo entre los dos polariadores? a. "/.6J b./5.
".>J e.88.6J 2 11 19. (a intensidad promedio de la encima. lu solar(a endistancia la superficie de la tierra 1599Fm , cuando el sol está directamente por promedio entrees la aproAimadamente tierra ) el sol es 1.@K19 m. ¿Cuál es la
potencia promedio emitida por el sol? a. 66.6K1925 b. 59.6K19 26 c.<./K19 27 d.5./K19 28 [email protected] 29 11. *upongamos ue la distancia entre las rendi'as en un eAperimento de doble rendi'a es de ".99K19-5m. un 3a de lu con una longitud de onda de >@9nm brilla en las rendi'as. ¿Cuál es la separación angular entre el máAimo central ) el máAimo ad)acente? a. @.99K19G"rad b.5.@9K19 G"rad c./.>@K19 G"rad d.".@9K19 G"rad 1". Cuando dos ondas de lu, ambas con long itud de onda λ ) amplitud ψ0, interfieren constructivamente, producen una onda de lu de la misma longitud de onda pero con amplitud " ψ0. ¿Cuál es la intensidad de esta onda de lu? a. (a misma intensidad ue las ondas srcinales b. %l doble de la intensidad c. %l cuádruple de intensidad ue las ondas srcinales d. (a información no es suficiente 1/. *i la longitud de onda de la lu ue ilumina una rendi'a dobl e se divide a la mitad, el espaci amiento de fran'a 1
a. *e reduce a la mitad
b. *e duplica c. 4o cambia d. *e modifica por un factor de
√2 .
15. %n el eAperimento de la doble rendi'a de Loung, ambas rendi'as se iluminaron mediante un 3a laser, ) el patrón de interferencia se observó en una pantalla. *i la pantalla de visualiación se mueve más allá de la rendi'a, ¿Mué le sucede al patrón de interferencia? a. %l patrón se 3ace más brillante b. %l patrón se 3ace más brillante ) más angosto c. %l patrón se 3ace menos brillante ) separado d. 4o 3a) cambio en el patrón e. *e desenfoca el patrón f. %l patrón desaparece 1@. na lu con longitud de onda λ - @<9.9nm entra a un bloue de plástico claro desde el aire, con un ángulo de incidencia de θi - /<.1N con respecto a la normal. %l ángulo de refracción es θr - "1.>N. ¿Cuál es la velocidad de la lu dentro del plástico? a. 1.1K19 8mFs d.1.88K19 8mFs e./.99K19 8mFs 1<. %l principio de ;u)gens dice ue cada punto de un frente de onda en una rendi'a es una fuente puntual de lu ue emite una peueOa onda secundaria esférica. na construcción de ;u)gens es aplicable a a. parte la tra)ectoria frente demateria onda. presente b. ! ! cualuier cualuier punto punto ubicado ubicado en en cualuier la tra)ectoria deldefrente de onda del donde 3a)a c. *olo en rendi'as 1>. *i el principio de ;u)gens se cumple en todas partes, ¿Por ué un ra)o (áser no se dispersa? a. das las ondas de lu ue se dispersan en dirección perpendicular al ra)o interfieren destructivamente b. *i se dispersa, pero la dispersión es tan peueOa ue no la notamos c. %l principio de ;u)gens no es verdadero en forma generalQ no es aplicable a rendi'as, bordes ) otros obstáculos d. (os láseres emplean 3aces adicionales especiales para evitar ue el ra)o principal se disperse 18. Dos rendi'as delgadas están separadas por una distancia d = 1.40mm ) se encuentran iluminadas con lu de longitud de onda λ= 460.0nm. ¿Cuál es la separación entre los máAimos de interferencia ad)acentes sobre una pantalla ue se encuentra a una distanciaL = 2.90m? a. 9.99//"nm b.9.@@
1. La fgu ra mue stra una lon gitud de onda de una ond a electromagnética sinusoidal en el instante t = 0. ¿Para cuáles de los siguientes cuatro valores de x a) la densidad de energía es máima! b) la densidad de energía es mínima! c) la magnitud instantánea "no media) del vector de Po#nting alcan$a su nivel máimo! d) la magnitud instantánea "no media) del vector de Po#nting alcan$a su nivel mínimo% i) x = 0! ii) x = &'(! iii) x = &'! iv) x = *'(. ". El a$ de lu$ de un re,ector llega a tener una magnitud de cam-o eléctric o de 1000 'm/ la cual corres-onde a una dierencia de -otencial de 100 entre la ca2e$a # los -ies de una -ersona de 1. m de estatura iluminada -or el re,ector. ¿Esto -rovoca 3ue la -ersona sienta una descarga eléctrica uerte% ¿Por 3ué% /. na onda electromagnética en el vacio tien e una amplitud de campo eléctrico de ""90Fm, calcule la amplitud del campo magnético correspondiente. 5. a$ %m plee la re lación - μo; para el espacio libre, donde μm = μo 'unto a las propiedades de ondas electromagnéticas planas ue via'an en dirección R #dirección de propagación$, el campo eléctrico E está
√
μ0 E = H ε o . Tecuerde ue
en la dirección L, ) el campo magnético en la dirección S para demostrar ue
; es la intensidad magnéticaQ b$ calcule el valor numérico de esta proporción ) muestre ue sus unidades en el sistema internacional es om3s. #debido a ue
√
μ0 E = =μ c o , vemos ue la raón %F; es igual a H εo
la impedancia del espacio libre #vacio$ 2
@. Demuestre ue
E= f ( x −ct ) + g ( x + ct )
satisface la ecuación de onda
2
∂ E ∂ E =ε μ o o 2 2 ∂x ∂ t , donde f ) g
son funciones cualesuiera. <. (a amplitud del campo magnético de una onda electromagnética es @.5K19 G1+. Calcule la amplitud del campo eléctrico si la onda está via'ando a$ en el espacio libre b$ un medio en el cual la velocidad de la onda es 9.8c. -1/2 >. (a velocidad de una onda electromagnética ue via'a por una sustancia es v - # kεoμo) donde k es la constante dieléctrica del material. Determine la velocidad de la lu en el agua, la cual tiene una constante dieléctrica a frecuencias ópticas de 1.>8. 8. Calcule el valor máAimo del cam po magnético en un medio donde la velocidad de la lu es "F/ de la velocidad de la lu en el vac&o ) la amplitud del campo eléctrico tiene un valor máAimo de >.< m0Fm. 6. %scriba eApresiones para los campos eléctrico ) magnético de una onda electromagnética plana sinusoidal ue tiene una frecuencia de /.993 ) via'a en la dirección UR. la amplitud del campo eléctrico es de /990Fm. 2
19. 0erifiue ue las siguientes ecuaciones son soluciones para las ecuaciones
∂2 B ∂2 B 2 o o ∂ x = ε μ ∂t 2 , respectivamente E = Emax cos (kx –
t) ) B = Bmax cos (kx –
2
∂ E ∂ E =ε μ o o 2 2 ∂x ∂t )
t).
11. %n unidades del sistema métri co decimal *I, el campo eléctrico en una onda electromagnética está descrito por Ey = 100 sen (10 7x – ωt), encuentre a$ (a amplitud de la onda magnética correspondiente, b$ la longitud de onda &, ) c$ la frecuencia. 1". Considere la onda representada por E = E0 cos 42π (t! – xλ " 1#). Calcule el modulo del vector eléctrico ) el ángulo ue forma dic3o vector con el e'e L en los instantes t - 9, ) t - +F5, ) en los puntos A - 9, A &F5, A - &F", A - &. %n cada caso eApresar cual es el campo magnético correspondiente. 1/. Describa el estado de polariación de las ondas representadas por las siguientes ecuaciones (a) Ey = E0 cos 4ω (t – xc) 5 E$ = E0 sen 4ω (t – xc) 5 E$ = %E0 cos 4 (t – xc)5 #b$ Ey = E0 cos 4ω (t – xc) 5 E$ = E0 sen 4 (t – xc) % & π45 #c$ Ey = E0 cos 4ω (t – xc) 5 #d$ Ey = E0 cos 4ω (t – xc) 5 E$ = E0 cos 4ω (t – xc) " &π4 5 %n cada caso representar el campo magnético, mostrando como varia a medida ue la onda avana. 15. na onda luminosa plana sinusoidal con polariación lineal ) longitud de onda & = @K19G>m, se propaga en el vac&o. (a intensidad 9.1Fm". (a dirección de propagación está en el plano RL a un ángulo de 5@N con respecto al e'e R. el campo eléctrico oscila paralelo al e'e S. escribir las ecuaciones ue describen los campos eléctrico ) magnético de esta onda.
1@. ¿! ué distancia de una fuente puntual de ondas electromagnéticas de 199 es %maA - 1@0Fm? 1<. n laser de 19m tiene un diámetro de 3a de 1.. ¿Cuál es la magnitud promedio del vector de Po)nting a @.9:m de un transmisor de radio ue emite su seOal isotrópicamente con una potencia promedio de "@9V? 18. %l sol rad&a energ&a electromagnética a la tasa de P sol - /.8@K19 "<, a$ ¿! ué distancia del sol la intensidad de su radiación disminu)e 3asta 1999Fm "? #compare esta distancia con el radio de la órbita terrestre$, b$ ! la distancia ue acaba de encontrar, ¿Cuál es la densidad de energ&a promedio de la radiación solar? 16. (a amplitud del campo eléctrico es 9."0Fm a 19Vm de un transmisor de radio. ¿Cuál es la potencia total emitida por el transmisor? "9. %n una región del espacio libre la intensidad de campo eléctrico en cualuier
E=( 80 i^ + 32 ^j −64 k )
instante de tie mpo es magnético es
^
⃗
N C
) la intensidad de campo
B =( 0.20i^ + 0.080 ^j+ 0.29 k ) μT , a$ Demuestre ue los dos ⃗
^
campos son perpendiculares entre s&, b$ determine el vector de Po)nting para estos campos.
La am-litud del cam-o magnético de la onda electromagnética de un láser es alrededor de 100 veces ma#or 3ue el cam-o magnético terrestre. 6i con la lu$ de ese láser se iluminara una 2r78ula/ ¿de2emos es-erar 3ue la agu8a se desvíe% ¿Por 3ué% 22. 9onsidere un -unto en la fgura so2re la -arte -ositiva del e8e : y” arri2a de S1. ¿El -unto 3ueda so2re i) una curva antinodal! ii) una curva nodal! o iii) ninguna de las anteriores% " Sugerencia: considere 3ue la distancia entre S1 # S2 es (&.) 23. 6e dirige un láser de longitud de onda varia2le "cu#a longitud de onda se a8usta mediante una -erilla) a un -ar de ranuras mu# cercanas entre sí. La lu$ 3ue sale de las dos ranuras genera un -atr;n de intererencia so2re una -antalla/ como el de la fgura de la i$3uierda 6i se a8usta la longitud de onda de manera 3ue la lu$ láser cam2ie de ro8a a a$ul/ ¿c;mo cam2iará la distancia de se-araci;n entre las ran8as 2rillantes% i) 10?@ m. Ardene los siguientes -untos en el -atr;n de intererencia seg7n la intensidad en cada -unto/ de la más alta a la más 2a8a. i) n -unto 3ue está (.00>10 ?@ m más cerca de una ranura 3ue de la otra! ii) un -unto donde las ondas luminosas reci2idas desde las dos ranuras están (.00 rad uera de ase! iii) un -unto 3ue está @.0>10 ?@ m más cerca de una ranura 3ue de la otra! iv) un -unto donde las ondas de lu$ reci2idas -or las dos ranuras están .00 rad uera de ase. .na delgada ca-a de 2enceno "n = 1.01) está so2re una lámina de ,uorita "n = 1.(*(). 6e ilumina desde arri2a con lu$ cu#a longitud de onda en el 2enceno es de (00 nm. ¿9uál de los siguientes es-esores -osi2les de la ca-a de 2enceno maimi$ará el 2rillo de la lu$ re,e8ada% i) 100 nm! ii) 00 nm! iii) *00 nm! iv) (00 nm. .6e reali$a un e-erimento de intererencia de dos ranuras/ # las ran8as se -ro#ectan en una -antalla. Ces-ués/ todo el a-arato se sumerge en la al2erca más cercana. ¿9;mo cam2ia el -atr;n de las ran8as% @.¿Podría eectuarse un e-erimento similar al 3ue i$o Doung con dos ranuras con el sonido% ¿9;mo se llevaría a ca2o% ¿m-orta 3ue las ondas sonoras sean longitudinales # las electromagnéticas transversales% E-li3ue su res-uesta. F.< través de dos ranuras delgadas -asa lu$ monocromática 3ue se ve en una -antalla ale8ada. ¿Las ran8as 2rillantes en la -antalla se encontrarán igualmente se-aradas% 6i es así/ ¿-or 3ué% 6i no/ ¿cuáles están más cerca de estar igualmente se-aradas% G.En un -atr;n de intererencia de dos ranuras so2re una -antalla distante/ ¿las ran8as 2rillantes están a la mitad de la distancia 3ue a# entre las ran8as oscuras% ¿6iem-re es ésta una 2uena a-roimaci;n% Las luces de un autom;vil distante/ ¿ormarían un -atr;n de intererencia de dos uentes% 6i así uera/ ¿c;mo -odría o2servarse% 6i no/ ¿-or 3ué% "1.
*0.Las dos uentes S1 # S 3ue se a-recian en la fgura emiten ondasdelamismalongituddeonda &#estánenaseentre 6u-onga 3ue S1 es una uente más dé2il/ -or lo 3ue las ondas emitidas -or S1tienenlamitaddelaam-lituddelas emite S. ¿9;mo aectaría esto las -osiciones de las líneas antinodales # de las nodales% ¿Ha2ría un reor$amiento en los -untos situados en las curvas antinodales% ¿Ha2ría cancelaci;n total en los -untos situados en las curvas nodales% E-li3ue sus res-uestas. *1.¿Podría eectuarse con ra#os gamma el e-erimento de Doung con dos ranuras% 6i no uera -osi2le/ ¿-or 3ué% 6i se -udiera/ analice las dierencias en el diseIo e-erimental com-araci;n con el e-erimento con lu$ visi2le.
sí. 3ue total
en
*.Lu$ coerente de color ro8o ilumina dos ranuras angostas se-aradas -or una distancia de cm. ¿6e o2servará un -atr;n de intererencia de do2le ranura cuando la lu$ -roveniente de las ranuras ilumina una -antalla% E-li3ue su res-uesta. **.6e iluminan con lu$ coerente de longitud de onda l dos ranuras estrecas se-aradas -or una distancia d. 6i d es menor 3ue cierto valor mínimo/ no se o2servan ran8as oscuras. E-li3ue lo 3ue sucede. En términos de l/ indi3ue cuál es este valor mínimo de d. *(.n com-aIero su#o/ 3uien -refere memori$ar las ecuaciones en ve$ de entenderlas/ com2ina las ecua ciones "*. () # "*.1*) -ara :-ro2arJ 3ue sólo -uede ser igual a - m. ¿9;mo e-licaría a este com-aIero 3ue -uede tener valores distintos de -m% *.6i la lu$ monocromática 3ue se ilustra en la fgura *.a se sustitu#era -or lu$ 2lanca/ ¿se vería so2re la -antalla un -atr;n de intererencia de dos ranuras% E-li3ue su res-uesta. *.
