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  1. Prefacio
  2. Óptica
    1. 1 La naturaleza de la luz
      1. Introducción
      2. 1.1 La propagación de la luz
      3. 1.2 La ley de reflexión
      4. 1.3 Refracción
      5. 1.4 Reflexión interna total
      6. 1.5 Dispersión
      7. 1.6 Principio de Huygens
      8. 1.7 Polarización
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Óptica geométrica y formación de imágenes
      1. Introducción
      2. 2.1 Imágenes formadas por espejos planos
      3. 2.2 Espejos esféricos
      4. 2.3 Imágenes formadas por refracción
      5. 2.4 Lentes delgadas
      6. 2.5 El ojo
      7. 2.6 La cámara
      8. 2.7 La lupa simple
      9. 2.8 Microscopios y telescopios
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 3 Interferencias
      1. Introducción
      2. 3.1 Interferencia de doble rendija de Young
      3. 3.2 Matemáticas de la interferencia
      4. 3.3 Interferencias de rendijas múltiples
      5. 3.4 Interferencia de película delgada
      6. 3.5 El interferómetro de Michelson
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Difracción
      1. Introducción
      2. 4.1 Difracción de una rendija
      3. 4.2 Intensidad en la difracción de una rendija
      4. 4.3 Difracción de doble rendija
      5. 4.4 Rejillas de difracción
      6. 4.5 Aberturas circulares y resolución
      7. 4.6 Difracción de rayos X
      8. 4.7 Holografía
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Física moderna
    1. 5 Relatividad
      1. Introducción
      2. 5.1 Invariancia de las leyes físicas
      3. 5.2 Relatividad de la simultaneidad
      4. 5.3 Dilatación del tiempo
      5. 5.4 Contracción de longitud
      6. 5.5 La transformación de Lorentz
      7. 5.6 Transformación relativista de la velocidad
      8. 5.7 Efecto Doppler para la luz
      9. 5.8 Momento relativista
      10. 5.9 Energía relativista
      11. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Fotones y ondas de materia
      1. Introducción
      2. 6.1 Radiación de cuerpo negro
      3. 6.2 Efecto fotoeléctrico
      4. 6.3 El efecto Compton
      5. 6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno
      6. 6.5 Las ondas de materia de De Broglie
      7. 6.6 Dualidad onda-partícula
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 7 Mecánica cuántica
      1. Introducción
      2. 7.1 Funciones de onda
      3. 7.2 El principio de incertidumbre de Heisenberg
      4. 7.3 La ecuación de Schrӧdinger
      5. 7.4 La partícula cuántica en una caja
      6. 7.5 El oscilador armónico cuántico
      7. 7.6 El efecto túnel de las partículas a través de las barreras de potencial
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Estructura atómica
      1. Introducción
      2. 8.1 El átomo de hidrógeno
      3. 8.2 Momento dipolar magnético orbital del electrón
      4. 8.3 Espín del electrón
      5. 8.4 El principio de exclusión y la tabla periódica
      6. 8.5 Espectros atómicos y rayos X
      7. 8.6 Láseres
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    5. 9 Física de la materia condensada
      1. Introducción
      2. 9.1 Tipos de enlaces moleculares
      3. 9.2 Espectros moleculares
      4. 9.3 Enlaces en los sólidos cristalinos
      5. 9.4 Modelo de electrones libres de los metales
      6. 9.5 Teoría de bandas de los sólidos
      7. 9.6 Semiconductores y dopaje
      8. 9.7 Dispositivos semiconductores
      9. 9.8 Superconductividad
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Física nuclear
      1. Introducción
      2. 10.1 Propiedades de los núcleos
      3. 10.2 Energía de enlace nuclear
      4. 10.3 Decaimiento radioactivo
      5. 10.4 Reacciones nucleares
      6. 10.5 Fisión
      7. 10.6 Fusión nuclear
      8. 10.7 Usos médicos y efectos biológicos de la radiación nuclear
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Física de partículas y cosmología
      1. Introducción
      2. 11.1 Introducción a la física de partículas
      3. 11.2 Leyes de conservación de las partículas
      4. 11.3 Cuarks
      5. 11.4 Aceleradores y detectores de partículas
      6. 11.5 El modelo estándar
      7. 11.6 El Big Bang
      8. 11.7 Evolución del universo primigenio
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
  12. Índice

Problemas

3.2 Matemáticas de la interferencia

16 .

¿En qué ángulo se encuentra el máximo de primer orden para la luz azul de 450 nm de longitud de onda que incide en rendijas dobles separadas por 0,0500 mm?

17 .

Calcule el ángulo para el máximo de tercer orden de la luz amarilla de 580 nm de longitud de onda que incide en rendijas dobles separadas por 0,100 mm.

18 .

¿Cuál es la separación entre dos rendijas para las que la luz naranja de 610 nm tiene su primer máximo con un ángulo de 30,0°30,0°?

19 .

Calcule la distancia entre dos rendijas que produce el primer mínimo para la luz violeta de 410 nm con un ángulo de 45,0°.45,0°.

20 .

Calcule la longitud de onda de la luz que tiene su tercer mínimo en un ángulo de 30,0°30,0° al incidir en rendijas dobles separadas por 3,00μm3,00μm. Muestre explícitamente cómo sigue los pasos de la estrategia de resolución de problemas: Óptica de onda, ubicada al final del capítulo.

21 .

¿Cuál es la longitud de onda de la luz que incide en rendijas dobles separadas por 2,00μm2,00μm si el máximo de tercer orden está en un ángulo de 60,0°60,0°?

22 .

¿En qué ángulo se encuentra el máximo de cuarto orden para la situación del problema anterior?

23 .

¿Cuál es el máximo de orden superior para la luz de 400 nm que incide en rendijas dobles separadas por 25,0μm25,0μm?

24 .

Calcule la mayor longitud de onda de la luz que incide en las rendijas dobles separadas por 1,20μm1,20μm para el que existe un máximo de primer orden. ¿Está en la parte visible del espectro?

25 .

¿Cuál es la menor separación entre dos rendijas que producirá un máximo de segundo orden para la luz roja de 720 nm?

26 .

(a) ¿Cuál es la menor separación entre dos rendijas que producirá un máximo de segundo orden para cualquier luz visible? (b) ¿Para toda la luz visible?

27 .

(a) Si el máximo de primer orden para la luz monocromática que incide en una doble rendija está en un ángulo de 10,0°10,0°, ¿con qué ángulo se encuentra el máximo de segundo orden? (b) ¿Cuál es el ángulo del primer mínimo? (c) ¿Cuál es el máximo de mayor orden posible aquí?

28 .

A continuación, se muestra una rendija doble situada a una distancia x de una pantalla, con la distancia desde el centro de la pantalla dada por y. Cuando la distancia d entre las rendijas es relativamente grande, aparecen numerosos puntos brillantes, llamados franjas. Demuestre que, para ángulos pequeños (donde senθθsenθθ, con θθ en radianes), la distancia entre franjas viene dada por Δy=xλ/dΔy=xλ/d

La imagen muestra una doble rendija situada a una distancia x de una pantalla, con la distancia desde el centro de la pantalla dada por y. La distancia entre las rendijas es d.
29 .

Utilizando el resultado del problema anterior, (a) calcule la distancia entre franjas para una luz de 633 nm que incide sobre unas rendijas dobles separadas 0,0800 mm, situadas a 3,00 m de una pantalla. (b) ¿Cuál sería la distancia entre franjas si todo el aparato estuviera sumergido en agua, cuyo índice de refracción es 1,33?

30 .

Utilizando el resultado del problema previo a los dos problemas anteriores, calcule la longitud de onda de la luz que produce franjas separadas por 7,50 mm en una pantalla a 2,00 m de las rendijas dobles separadas por 0,120 mm.

31 .

En un experimento de doble rendija, el quinto máximo está a 2,8 cm del máximo central en una pantalla que está a 1,5 m de las rendijas. Si las rendijas están separadas 0,15 mm, ¿cuál es la longitud de onda de la luz que se utiliza?

32 .

La fuente en el experimento de Young emite en dos longitudes de onda. En la pantalla de visualización, el cuarto máximo de una longitud de onda se encuentra en el mismo punto que el quinto máximo de la otra longitud de onda. ¿Cuál es la relación entre las dos longitudes de onda?

33 .

Si la luz de 500 nm y 650 nm ilumina dos rendijas separadas por 0,50 mm, ¿a qué distancia se encuentran los máximos de segundo orden de estas dos longitudes de onda en una pantalla situada a 2,0 m de distancia?

34 .

La luz roja de longitud de onda de 700 nm incide en una doble rendija separada por 400 nm. (a) ¿A qué ángulo se encuentra el máximo de primer orden en el patrón de difracción? (b) ¿Qué es lo irrazonable en este resultado? (c) ¿Qué suposiciones son irrazonables o son incoherentes?

3.3 Interferencias de rendijas múltiples

35 .

Diez rendijas estrechas están igualmente separadas 0,25 mm y se iluminan con luz amarilla de longitud de onda 580 nm. (a) ¿Cuáles son las posiciones angulares del tercer y cuarto máximos principales? (b) ¿Cuál es la separación de estos máximos en una pantalla a 2,0 m de las rendijas?

36 .

El ancho de las franjas brillantes puede calcularse como la separación entre las dos franjas oscuras adyacentes a cada lado. Calcule los anchos angulares de las franjas brillantes de tercer y cuarto orden del problema anterior.

37 .

Para un patrón de interferencia de tres rendijas, calcule la relación de las intensidades de los picos de un máximo secundario y un máximo principal.

38 .

¿Cuál es el ancho angular de la franja central del patrón de interferencia de (a) 20 rendijas separadas por d=2,0×10−3mmd=2,0×10−3mm? (b) ¿50 rendijas con la misma separación? Supongamos que λ=600nmλ=600nm.

3.4 Interferencia de película delgada

39 .

Una burbuja de jabón de 100 nm de grosor es iluminada por una luz blanca que incide perpendicularmente en su superficie. ¿Qué longitud de onda y color de la luz visible se refleja más constructivamente, suponiendo el mismo índice de refracción que el del agua?

40 .

Una mancha de aceite en el agua tiene un grosor de 120 nm y está iluminada por una luz blanca que incide perpendicularmente a su superficie. ¿De qué color aparece el aceite (cuál es la longitud de onda más constructivamente reflejada), dado que su índice de refracción es de 1,40?

41 .

Calcule el grosor mínimo de una mancha de aceite sobre el agua que se ve azul cuando se ilumina con luz blanca perpendicular a su superficie. Tomemos que la longitud de onda del azul es de 470 nm y que el índice de refracción del aceite es de 1,40.

42 .

Halle el grosor mínimo de una burbuja de jabón que aparezca de color rojo cuando se ilumina con luz blanca perpendicular a su superficie. Tomemos que la longitud de onda es de 680 nm y supongamos que el índice de refracción es el mismo que el del agua.

43 .

Una película de agua jabonosa (n=1,33n=1,33) sobre una tabla de cortar de plástico tiene un grosor de 233 nm. ¿Qué color se refleja con más fuerza si se ilumina perpendicularmente a su superficie?

44 .

¿Cuáles son los tres grosores más pequeños diferentes de cero del agua jabonosa (n=1,33n=1,33) en el plexiglás si luce verde (reflejando constructivamente la luz de 520 nm) cuando se ilumina perpendicularmente con luz blanca?

45 .

Suponga que tiene un sistema de lentes que se va a utilizar principalmente para la luz roja de 700 nm. ¿Cuál es el segundo recubrimiento más fino de fluorita (fluoruro de magnesio) que sería no antirreflejante para esta longitud de onda?

46 .

(a) A medida que una burbuja de jabón se adelgaza se vuelve oscura, porque la diferencia de longitud de recorrido se vuelve pequeña en comparación con la longitud de onda de la luz y hay un deslizamiento de fase en la superficie superior. Si se oscurece cuando la diferencia de longitud de recorrido es inferior a un cuarto de la longitud de onda, ¿cuál es el mayor grosor que puede tener la burbuja y aparecer oscura en todas las longitudes de onda visibles? Supongamos que el índice de refracción es el mismo que el del agua. (b) Discuta la fragilidad de la película teniendo en cuenta el grosor encontrado.

47 .

Para ahorrar dinero en hacer que los aviones militares sean invisibles a los radares, un inventor decide recubrirlos con un material antirreflejante que tiene un índice de refracción de 1,20, que está entre el del aire y el de la superficie del avión. El inventor razona que esto debería ser mucho más económico que diseñar bombarderos furtivos. (a) ¿Qué grosor debería tener el revestimiento para inhibir la reflexión del radar de 4,00 cm de longitud de onda? (b) ¿Qué es irrazonable en este resultado? (c) ¿Qué suposiciones son irrazonables o son incoherentes?

3.5 El interferómetro de Michelson

48 .

Un interferómetro de Michelson tiene dos brazos iguales. Se utiliza una luz de mercurio de longitud de onda de 546 nm para el interferómetro y se encuentran franjas estables. Uno de los brazos se mueve por 1,5μm1,5μm. ¿Cuántas franjas cruzarán el campo de observación?

49 .

¿Cuál es la distancia recorrida por el espejo móvil de un interferómetro de Michelson que corresponde a 1500 franjas que pasan por un punto de la pantalla de observación? Supongamos que el interferómetro está iluminado con una línea espectral de 606 nm de criptón-86.

50 .

Cuando el espejo móvil de un interferómetro de Michelson se mueve 2,40×10−5m2,40×10−5m, 90 franjas pasan por un punto de la pantalla de observación. ¿Cuál es la longitud de onda de la luz utilizada?

51 .

En un interferómetro de Michelson se utiliza la luz de longitud de onda de 632,8 nm de un láser de He-Ne. Cuando uno de los espejos se desplaza una distancia D, 8 franjas pasan por el campo de visión. ¿Cuál es el valor de la distancia D?

52 .

En un brazo de un interferómetro de Michelson se coloca una cámara de 5,0 cm de longitud con ventanas planas y paralelas en los extremos (vea más abajo). La luz utilizada tiene una longitud de onda de 500 nm en el vacío. Mientras se bombea todo el aire de la cámara, 29 franjas pasan por un punto de la pantalla de observación. ¿Cuál es el índice de refracción del aire?

La imagen muestra un esquema de un montaje utilizado para medir el índice de refracción de un gas. La cámara de vidrio con un gas se coloca en el interferómetro de Michelson entre el espejo semitransparente M y el espejo M1. El espacio dentro del contenedor es de 5 cm de ancho.
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