Un rayo luminoso incide desde el aire sobre una superficie de agua formando un ángulo de 30º con la horizontal, que coincide con la superficie de separación de ambos medios. Calcula:
a) El ángulo de incidencia
b) Los ángulos que forman con la horizontal los rayos reflejados y transmitido.
c) ¿En qué plano se encuentran ambos rayos respecto al incidente
Justifica tus respuestas.
DATOS: nagua=1,33
a) El ángulo de incidencia es el ángulo entre el rayo de luz incidente y la normal a la superficie de separación de los medios, y sabiendo que la luz incide formando un ángulo de 30º con la horizontal, el ángulo de incidencia será de 60º.
b) Para calcular los ángulos de los rayos reflejados y transmitidos, podemos usar la ley de Snell, que establece la relación entre los ángulos de incidencia y refracción en diferentes medios con índices de refracción distintos. La ley de Snell se expresa como \( n_1 \sin(i) = n_2 \sin(r) \), donde \( n_1 \) y \( n_2 \) son los índices de refracción de los medios inicial y final, respectivamente, e \( i \) y \( r \) son los ángulos de incidencia y refracción, respectivamente.
Dado que el índice de refracción del aire es aproximadamente 1 (por ser prácticamente igual al vacío) y el del agua es \( n_{agua} = 1.33 \), podemos usar esta ecuación para encontrar el ángulo de refracción (\( r \)):
\[ \sin(r) = \frac{n_1}{n_2} \sin(i) = \frac{1}{1.33} \sin(60º) \]
\[ \sin(r) \approx 0.6511 \]
\[ r \approx \arcsin(0.6511) \approx 40.62º \]
Entonces, el ángulo de refracción es aproximadamente 40.62º. Ahora, para encontrar los ángulos con la horizontal de los rayos reflejados y transmitidos, simplemente restamos este ángulo de 90º (ya que la suma de los ángulos de un triángulo es 180º y el ángulo de refracción es complementario al ángulo transmitido):
Para el rayo reflejado: \( 30º \) (ya que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión).
Para el rayo transmitido: \( 90º – 40.62º = 49.38º \).
c) Respecto al plano en el que se encuentran los rayos incidente, refractado y reflejado, según la ley de reflexión y refracción, estos rayos están todos en el mismo plano. Este plano se conoce como el plano de incidencia, que es el plano formado por la normal a la superficie y el rayo incidente.