Clase PAES: Fenómenos ondulatorios

Objetivo de la clase

Analizar absorción, reflexión y refracción de ondas electromagnéticas, la propagación rectilínea de la luz y, en términos cualitativos, el efecto Doppler, la interferencia y la difracción, para resolver preguntas de selección múltiple similares a las evaluadas en PAES.

10 minInicio

Activación vinculada a la PAES

Proyecte este ítem DEMRE:

Si se mira desde el aire hacia el fondo de una piscina llena de agua, esta parece menos profunda de lo que realmente es. ¿Por qué ocurre este fenómeno? (DEMRE 2017)

A) Porque la luz que pasa del agua al aire se refracta en la interfaz de estos medios.

B) Porque la luz que pasa del agua al aire se refleja en la interfaz de estos medios.

C) Porque la luz que pasa del aire al agua se refleja en la interfaz de estos medios.

D) Porque la luz que llega al fondo se refleja completamente.

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A. Los rayos que salen del agua al aire se alejan de la normal; el ojo los prolonga en línea recta y el fondo se percibe más alto. B y C son reflexión, no el mecanismo de la profundidad aparente; D sería reflexión total, que no es el caso habitual al mirar el fondo.

Preguntas breves

¿Qué se conserva en la reflexión? ¿Qué cambia en la refracción? ¿Por qué las ondas de radio “doblan” un edificio y la luz visible no lo hace igual?

Conceptos previos clave

Interacción de la luz con la materia

Cuando una onda electromagnética llega a un objeto o a la frontera entre dos medios, parte de la energía puede absorberse, reflejarse o transmitirse (y, al transmitirse, refractarse).

Fenómeno	Qué ocurre	Clave PAES
Absorción	El medio retiene parte de la energía.	Un cuerpo negro absorbe gran parte del visible; un filtro rojo absorbe los demás colores.
Reflexión	La onda regresa al medio de incidencia.	Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión (medidos respecto de la normal).
Refracción	La onda cambia de medio y se desvía.	Cambia \(v\) y \(\lambda\); no cambia \(f\).
Propagación rectilínea	En un medio homogéneo la luz viaja en línea recta.	Explica sombras nítidas y cámaras oscuras.

Idea PAES: primero nombre el fenómeno; después justifique con qué magnitud cambia o se conserva. No basta decir “la luz se tuerce”.

20 minDesarrollo 1

Reflexión, refracción y absorción

Reflexión

Especular: superficie lisa (espejo).
Difusa: superficie rugosa (papel, pared).
Ley: \(i=r\), ambos respecto de la normal.

Absorción

La energía no reflejada ni transmitida se disipa en el material (a menudo como energía térmica). El color de un objeto opaco se asocia a las longitudes de onda que refleja.

Refracción

Al entrar a un medio más lento, el rayo se acerca a la normal; al salir a uno más rápido, se aleja. En el vacío/aire \(v\approx c\); en agua o vidrio, \(v<c\).

Se conserva \(f\).
Disminuyen \(v\) y \(\lambda\) si el medio es más lento.

20 minDesarrollo 2

Doppler, interferencia y difracción (cualitativo)

Fenómeno	Descripción	Ejemplo con ondas EM
Efecto Doppler	Si la fuente se acerca, el observador recibe mayor \(f\) (menor \(\lambda\)); si se aleja, menor \(f\) (mayor \(\lambda\)).	Corrimiento al rojo de galaxias; radar de tránsito; “silbido” de una ambulancia (análogo sonoro).
Interferencia	Superposición de ondas. Constructiva: se refuerzan. Destructiva: se cancelan.	Colores en una mancha de aceite; antireflejo en lentes.
Difracción	La onda se curva al pasar un obstáculo o una rendija.	Es más notoria cuando el tamaño del obstáculo o abertura es comparable a \(\lambda\).

Por qué las ondas de radio “rodean” un edificio y la luz visible no: \(\lambda_{\text{radio}}\) es de metros; \(\lambda_{\text{visible}}\sim5\times10^{-7}\,m\). La difracción de la radio es apreciable a escala cotidiana; la de la luz, no (salvo rendijas muy estrechas).

La propagación en línea recta es una excelente aproximación cuando la difracción es despreciable: por eso se forman sombras y se apuntan linternas.

30 minTrabajo de estudiantes

Ejercicios tipo PAES

Varios ítems son preguntas DEMRE (PAES/PSU) reunidas en Moraleja, Cap. 1 Ondas y sonido y Cap. 2 Luz.

1. Si se mira desde el aire hacia el fondo de una piscina llena de agua, esta parece menos profunda. ¿Por qué? (DEMRE 2017)

A) Porque la luz que pasa del agua al aire se refracta en la interfaz.

B) Porque la luz que pasa del agua al aire se refleja en la interfaz.

C) Porque la luz que pasa del aire al agua se refleja en la interfaz.

D) Porque la luz que llega al fondo se refleja completamente.

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A. Refracción al salir del agua: los rayos se alejan de la normal y el fondo se ve más alto. B–D describen reflexión, no la profundidad aparente.

2. Un rayo de luz monocromática pasa del aire (\(n=1\)) al vidrio (\(n=1{,}6\)). (DEMRE 2010)

A) Mantiene \(f\) y disminuye \(\lambda\).

B) Mantiene \(f\) y aumenta \(\lambda\).

C) Aumenta \(f\) y disminuye \(\lambda\).

D) Mantiene \(\lambda\) y aumenta \(f\).

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A. \(f\) fija; \(v\) y \(\lambda\) bajan en el vidrio.

3. Una onda sonora y una luminosa van por el agua y se refractan al aire. ¿Cuál afirmación es correcta? (DEMRE 2014)

A) Solo la onda luminosa mantiene su frecuencia.

B) La onda sonora aumenta su rapidez.

C) La onda luminosa aumenta su rapidez.

D) La onda sonora aumenta su longitud de onda.

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C. La luz acelera al pasar al aire; el sonido se frena. Ambas conservan \(f\).

4. El efecto Doppler en ondas sonoras se produce cuando: (DEMRE 2013)

A) dos ondas de frecuencia parecida interfieren constructivamente.

B) las ondas pasan de un medio de propagación a otro.

C) el emisor y el receptor están en movimiento relativo.

D) las ondas se reflejan en paredes fijas.

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C. Doppler: movimiento relativo fuente–observador. A es interferencia; B, refracción; D, eco/reflexión.

5. Cuando se escucha la sirena de una ambulancia en reposo, el tono es distinto al que se oye cuando se aleja. ¿Qué explica el fenómeno? (DEMRE 2016)

A) La intensidad del sonido emitido por la sirena alejándose disminuye progresivamente.

B) Las ondas sonoras emitidas por la sirena que se aleja se propagan más lentamente.

C) Las ondas sonoras emitidas por la sirena que se aleja se propagan más rápidamente.

D) Los frentes de onda que emite la sirena alejándose llegan más separados.

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D. Al alejarse, \(\lambda\) aparente aumenta y \(f\) recibida baja (tono más grave). La rapidez en el aire no cambia (B y C). A describe atenuación, no el tono.

6. Una persona ve que un láser en el agua se refleja en la superficie con el aire (no se refracta). ¿Qué debería hacer para investigar si ocurre para cualquier dirección del haz? (DEMRE 2025)

A) Cambiar el agua por aceite conservando el ángulo de incidencia.

B) Verificar si el fenómeno ocurre modificando el ángulo de incidencia.

C) Verificar si se observa cuando el haz viaja del aire al agua.

D) Cambiar el punto de incidencia conservando el ángulo.

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B. Es reflexión total interna, que depende de superar el ángulo límite. Hay que variar el ángulo de incidencia. A y D no aislan esa variable; C invierte el sentido (del aire al agua no hay RTI).

7. Estudiantes dirigen un láser verde desde el agua hacia el aire en diagonal. ¿Qué observación evidenciaría únicamente la ley de refracción? (DEMRE 2025)

A) El haz se devuelve al llegar a la interfaz agua–aire.

B) El haz se devuelve en zigzag al llegar a la interfaz.

C) El haz se ve distorsionado en el agua y recto en el aire.

D) El haz se desvía levemente acercándose a la horizontal al pasar del agua al aire.

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D. Al pasar a un medio más rápido el rayo se aleja de la normal (se acerca a la horizontal). A y B son reflexión/RTI; C no es el criterio de Snell.

8. Se lee que el índice de refracción de un material depende de la frecuencia. ¿Qué acción experimental provee evidencia de este hecho? (DEMRE 2025)

A) Dirigir el haz de un puntero láser desde el agua hacia el aire.

B) Dirigir un haz de luz blanca hacia un prisma.

C) Observar espejismos en la calle en un día caluroso.

D) Corroborar que distintas lentes tengan distintas distancias focales.

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B. La dispersión en el prisma muestra \(n=n(f)\). A es un solo color; C es refracción por gradiente térmico; D compara lentes, no \(n(\lambda)\).

9. En un espejo plano, el ángulo de incidencia es \(35^\circ\). El de reflexión, respecto de la normal, es:

A) \(35^\circ\)

B) \(70^\circ\)

C) \(55^\circ\)

D) \(0^\circ\)

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A. Ley de reflexión: \(i=r\). C confunde con el ángulo respecto de la superficie.

10. La difracción es más notoria cuando:

A) \(\lambda\) es comparable al tamaño de la abertura

B) \(\lambda\) es mucho menor que la abertura

C) no hay bordes ni obstáculos

D) la onda se absorbe por completo en el marco

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A. Si \(\lambda\) no es despreciable frente al obstáculo, la onda se desvía. B es el régimen de rayos.

11. Dos haces coherentes se superponen y en un punto la perturbación neta se anula. Eso es:

A) reflexión especular

B) efecto Doppler

C) interferencia destructiva

D) absorción total sin superposición

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C. Cancelación por desfase de media \(\lambda\) (o equivalente).

12. Las ondas de radio rodean un edificio con más facilidad que la luz visible porque:

A) la radio es más rápida en el aire

B) la radio no es electromagnética

C) \(\lambda_{\mathrm{radio}}\) es mucho mayor y la difracción es más apreciable

D) la luz visible no se difracta nunca

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C. Mayor \(\lambda\Rightarrow\) más difracción a escala de metros.

13. Un objeto negro bajo luz blanca:

A) refleja casi todo el visible

B) refracta sin absorber

C) absorbe gran parte del visible y refleja muy poco

D) desplaza Doppler todas las \(\lambda\)

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C. Poca reflexión en el visible.

14. Un filtro rojo bajo luz blanca:

A) absorbe el rojo y transmite el resto

B) transmite principalmente el rojo y absorbe gran parte del resto

C) refleja solo el violeta

D) cambia la frecuencia de toda la luz al rojo

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B. Un filtro deja pasar su banda.

15. El profesor afirma que Andrómeda se acerca a la Vía Láctea. Una estudiante dice: “entonces la frecuencia de las ondas que vienen desde Andrómeda aumentará con el tiempo”. El profesor lo da por correcto. ¿A qué corresponde lo entre comillas?

A) Una conclusión.

B) Una hipótesis.

C) Una inferencia.

D) Una teoría.

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C. Se infiere Doppler de acercamiento a partir de un hecho dado. No es una teoría ni una hipótesis a poner a prueba: es una consecuencia del modelo. (Evaluación Moraleja Cap. 2 / estilo DEMRE habilidades)

10 minCierre

Síntesis y ticket de salida

Pida a los estudiantes completar oralmente o por escrito estas ideas:

Reflexión: \(i=r\). Refracción: cambia \(v\) y \(\lambda\), no \(f\).
Absorción: el medio retiene energía; el color opaco se asocia a lo reflejado.
Doppler: acercamiento \(\Rightarrow\) mayor \(f\); alejamiento \(\Rightarrow\) menor \(f\).
Interferencia: refuerzo o cancelación por superposición.
Difracción notable si \(\lambda\) es comparable al obstáculo o abertura.

Ticket PAES

¿Por qué se oye (o se recibe) una emisora de radio detrás de un cerro y, en cambio, no se ve la antena?

Respuesta esperada

Las ondas de radio tienen \(\lambda\) de metros y se difractan de manera apreciable. La luz visible tiene \(\lambda\) diminuta, viaja casi en línea recta y el cerro produce sombra óptica.

Distribución sugerida de los 90 minutos

Momento	Tiempo	Propósito
Inicio PAES	10 min	activar refracción con un caso cotidiano
Absorción, reflexión, refracción	20 min	leyes y magnitudes que cambian
Doppler, interferencia, difracción	20 min	descripción cualitativa y escala de \(\lambda\)
Ejercitación	30 min	resolver y justificar preguntas tipo PAES
Cierre	10 min	sintetizar y comparar radio vs luz visible