Guía Imágenes en espejos y lentes

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1 PROGRAMA INTERMEDIO CIENCIAS BÁSICAS Guía Imágenes en espejos y lentes A continuación, se presentan los siguientes ejercicios, de los cuales sugerimos responder el máximo posible y luego, junto a tu profesor(a), revisar detalladamente las preguntas más representativas, correspondientes a cada grado de dificultad estimada. Solicita a tu profesor(a) que resuelva aquellos ejercicios que te hayan resultado más complejos. Ejercicios PSU 1. En superficies reflectantes lisas con forma semiesférica, como una cuchara bien pulida, pueden observarse distintos tipos de imagen. Si la luz se refleja en la cara interna de la cuchara, se podría generar una imagen invertida, mientras que si se refleja en la cara externa, se genera siempre una imagen derecha. La descripción anterior hace referencia, respectivamente, a los espejos A) cóncavo y divergente. B) convexo y divergente. C) cóncavo y convexo. D) convergente y divergente. E) convergente y convexo. 2. Un automovilista mira por su espejo retrovisor, el cual tiene forma convexa. Es correcto afirmar que el conductor verá al automóvil que viene detrás de GUICES034CB32-A17V1 A) mayor tamaño, derecho y real. B) menor tamaño, derecho y virtual. C) igual tamaño, derecho y real. D) menor tamaño, derecho y real. E) mayor tamaño, derecho y virtual. 1

2 Ciencias Básicas FÍSICA Enunciado para las preguntas 3, 4, 5, 6 y 7 Alberto se mira en un espejo curvo, tal como muestra la figura. Figura N 1: archivo 3. Si Alberto se ubica en el centro de curvatura, su imagen A) será de igual tamaño, invertida y real. B) será de igual tamaño, invertida y virtual. C) será de menor tamaño, invertida y real. D) será de igual tamaño, derecha y real. E) no se formará en el espejo. 4. Si Alberto se ubica entre el centro de curvatura y el infinito, su imagen A) será de igual tamaño, invertida y real. B) será de igual tamaño, invertida y virtual. C) será de menor tamaño, invertida y real. D) será de igual tamaño, derecha y real. E) no se formará en el espejo. 5. Si Alberto se ubica entre el centro de curvatura y el foco, su imagen será de A) igual tamaño, invertida y real. B) igual tamaño, invertida y virtual. C) menor tamaño, invertida y real. D) mayor tamaño, derecha y real. E) mayor tamaño, invertida y real. 6. Si Alberto se ubica entre el foco y el espejo, su imagen será de A) igual tamaño, invertida y real. B) igual tamaño, invertida y virtual. C) menor tamaño, invertida y real. D) mayor tamaño, derecha y virtual. E) mayor tamaño, invertida y real. 2

3 GUÍA 7. Si Alberto se ubica en el foco A) su imagen será de igual tamaño, invertida y real. B) su imagen será de igual tamaño, invertida y virtual. C) su imagen será de menor tamaño, invertida y real. D) su imagen será de igual tamaño, derecha y real. E) no se formará imagen. 8. Se entiende por rayo notable: I) un rayo luminoso que pasa por el foco (o se dirige a él) y se refleja paralelo al eje óptico. II) un rayo luminoso que incide paralelo al eje principal del espejo y se refleja pasando por el foco, o en aquella dirección que pasa por él. III) un rayo de luz que, luego de pasar por el centro de curvatura (o dirigirse a él), se refleja perpendicular al eje óptico. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) I, II y III. 9. Un defecto de la visión es la miopía, que se corrige mediante el uso de una lente A) divergente. B) bifocal. C) cilíndrica. D) convergente. E) cóncava. 10. En los espejos esféricos y en las lentes delgadas, las imágenes reales siempre son A) derechas. B) invertidas. C) de mayor tamaño que el objeto. D) de igual tamaño que el objeto. E) de menor tamaño que el objeto. 3

4 Ciencias Básicas FÍSICA 11. En un experimento de óptica se tiene un cuadrado de cartón en el que se ha escrito la letra R, el cual es reflejado, consecutivamente, en tres espejos planos que se encuentran dispuestos tal como se muestra en la figura. R Figura N 2: archivo Considerando que la imagen de la letra R se refleja sucesivamente en los tres espejos planos, cuál de las siguientes opciones muestra lo que veríamos al situarnos frente al tercer espejo? A) B) R C) D) E) R R R R 12. Defecto de la visión en que la imagen de un objeto es proyectada más atrás de la retina y que se puede corregir mediante el uso de una lente convergente. La descripción anterior corresponde al defecto llamado A) miopía. B) hipermetropía. C) catarata. D) astigmatismo. E) daltonismo. 13. Un objeto de 10 [cm] de alto se encuentra a 40 [cm] de un espejo esférico cóncavo, de radio de curvatura 64 [cm]. Respecto de lo anterior, es correcto afirmar que la imagen reflejada A) es virtual. B) tiene 5 [cm] de alto. C) es derecha. D) tiene más de 10 [cm] de alto. E) es de igual tamaño que el objeto. 4

5 GUÍA 14. El (los) espejo(s) que puede(n) formar una imagen virtual, derecha y de igual tamaño que el objeto reflejado, es (son) I) el espejo plano. II) el espejo cóncavo. III) el espejo convexo. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III 15. Patricia mira un objeto a través de una lente divergente. Si el objeto se encuentra justo en el foco de la lente, entonces Patricia A) ve una imagen de igual tamaño, invertida y real. B) ve una imagen de igual tamaño, invertida y virtual. C) ve una imagen de menor tamaño, derecha y virtual. D) ve una imagen de igual tamaño, derecha y real. E) no ve ninguna imagen. 16. Considerando la figura adjunta de un ojo humano frente al cual se encuentra un objeto, cuál de las siguientes alternativas muestra la orientación correcta en que se proyecta la imagen del objeto en la retina? A) B) retina objeto C) D) cristalino Figura N 3: archivo E) 17. Un objeto de 4 [cm] de altura se encuentra a 20 [cm] de una lente divergente de distancia focal 12 [cm]. Considerando lo anterior, es correcto afirmar que la imagen generada por la lente es A) invertida, real y de menor tamaño. B) invertida, real y de igual tamaño. C) invertida, real y de mayor tamaño. D) derecha, virtual y de menor tamaño. E) derecha, virtual y de mayor tamaño. 5

6 Ciencias Básicas FÍSICA Enunciado para las preguntas 18 y 19. Un investigador privado observa una huella con una lupa, tal como muestra la figura. Considerando que la lupa es una lente convergente, conteste las siguientes preguntas. Figura N 4: archivo 18. Si al mirar la huella a través de la lupa el investigador privado no la ve, esto se debe a que la huella se ubicó A) en el centro de curvatura. B) entre el foco y la lente. C) en el foco. D) entre el centro de curvatura y el foco. E) entre el centro de curvatura y el infinito. 19. Si el investigador privado ubica la lupa de tal manera que la huella se encuentre entre el foco y la lente, es correcto afirmar que la imagen que se produce I) es virtual. II) está derecha. III) es de mayor tamaño que el objeto observado. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III 6

7 GUÍA 20. El análisis de la formación de imágenes en espejos y lentes se realiza mediante las gráficas de las trayectorias de rayos notables. A través del análisis de la intersección de estos o de sus proyecciones, es posible distinguir dónde y cómo se forma la imagen. La siguiente figura ilustra la formación de una imagen en una lente divergente. Lente Rayo de luz F Eje óptico Rayo de luz f Figura N 5: archivo Considerando lo anterior, es correcto afirmar que, dentro de la óptica, el concepto de rayo notable corresponde a A) una ley. B) una hipótesis. C) un modelo. D) una teoría. E) una observación. 21. En un instrumento óptico un haz luminoso estrecho AO viaja horizontalmente e incide en un espejo plano inclinado E 1, desviándose en la dirección vertical OB que muestra la figura. A O E 1 B C D Figura N 6: archivo Si en el rectángulo indicado con líneas segmentadas debe ser puesto un segundo espejo E 2, que produzca que el rayo OB se refleje en la dirección horizontal CD (paralelo al rayo AO), entonces, el espejo E 2 debe colocarse A) paralelo a AO. B) perpendicular a AO. C) perpendicular a E 1. D) paralelo a E 1. E) formando un ángulo de 45º con E 1. 7

8 Ciencias Básicas FÍSICA 22. Elizabeth se prueba una máscara en una tienda de disfraces. En la tienda hay varios espejos planos de distintos tamaños, colgados en una pared. Si la máscara tiene una altura de 30 [cm], cuál es, aproximadamente, la altura que debe tener el espejo más pequeño en el que Elizabeth podría mirarse para lograr ver la máscara completa? A) 10 [cm] B) 15 [cm] C) 20 [cm] D) 25 [cm] E) 30 [cm] 23. En la primera clase de un curso de Óptica, un profesor experimenta con diferentes tipos de lentes curvas, proyectando con una lente convergente una imagen nítida, de menor tamaño que el objeto observado, en un papel blanco. Un alumno, considerando la experiencia realizada por el profesor, concluye que, con todas las lentes curvas, las imágenes generadas son de menor tamaño que el objeto observado. Considerando que la conclusión a la que llegó el alumno es errónea, cuál de las siguientes opciones podría ser la causa del error cometido por el estudiante? A) No formuló primero una pregunta de investigación. B) Utilizó un caso particular para generalizar. C) No formuló una hipótesis coherente. D) No contrastó su hipótesis con un trabajo experimental. E) No registró el procedimiento experimental seguido por el profesor. 24. De los siguientes fenómenos ondulatorios que experimenta la luz, cuál es el responsable, principalmente, de la formación de imágenes en las lentes? A) Reflexión B) Difracción C) Refracción D) Dispersión E) Interferencia 25. Para un objeto que se encuentra entre el centro de curvatura y el infinito de un espejo cóncavo se tienen tres rayos notables diferentes: P, Q y R. Si T es la recta que representa el eje óptico, y al dirigirse al espejo el rayo P atraviesa por el centro de curvatura, Q atraviesa por el foco y R es paralelo al eje óptico, en cuál(es) de las siguientes intersecciones se forma imagen? I) Q y R. II) R y P. III) P y T. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III 8

9 GUÍA Tabla de corrección Ítem Alternativa Habilidad Dificultad estimada 1 Reconocimiento Fácil 2 Reconocimiento Fácil 3 Reconocimiento Fácil 4 Reconocimiento Fácil 5 Reconocimiento Fácil 6 Reconocimiento Fácil 7 Reconocimiento Fácil 8 Comprensión Media 9 Reconocimiento Media 10 Reconocimiento Media 11 Comprensión Difícil 12 Reconocimiento Media 13 Aplicación Media 14 Reconocimiento Media 15 Reconocimiento Media 16 Comprensión Media 17 Comprensión Media 18 Reconocimiento Media 19 Reconocimiento Media 20 ASE Difícil 21 Comprensión Difícil 22 ASE Media 23 Comprensión Difícil 24 Comprensión Media 25 Comprensión Difícil 9

10 Ciencias Básicas FÍSICA Resumen de contenidos Por qué vemos los objetos en la naturaleza? Todos los objetos que podemos ver emiten o reflejan rayos de luz. La luz viaja hasta nuestros ojos y así los podemos ver. Figura N 7: archivo Figura N 8: archivo Espejos: son superficies pulidas que reflejan en forma ordenada hasta el 100% de la luz que incide sobre ellos. La luz que rebota en los espejos nos permite ver un reflejo de la imagen de los objetos. Los espejos se dividen en planos y esféricos. Espejos planos: Estos espejos forman un reflejo idéntico al objeto que está frente a ellos, pero invirtiendo los lados del objeto; es decir, el lado derecho del objeto se ve en el lado izquierdo de su imagen en el espejo. La imagen formada por estos espejos siempre es: virtual, derecha y de igual tamaño que el objeto. La distancia objeto espejo y la distancia imagen espejo es siempre la misma. Espejo Observador Imagen virtual Objeto d i d o Figura N 9: archivo Espejos esféricos: son superficies lisas y brillantes con forma semiesférica. Si la superficie reflectante se encuentra en la cara interna de la semiesfera, el espejo se denomina cóncavo. Si la superficie reflectante corresponde a la cara externa de la semiesfera, se denomina convexo. Elementos de un espejo esférico Centro de curvatura Rayo de luz Eje óptico Foco Casquete esférico Superficie pulida Espejo cóncavo Eje óptico Espejo convexo V C F F C V Eje óptico Eje óptico C C R R/2 R/2 F Centro de curvatura del espejo. Corresponde al centro de la esfera que da origen al espejo. V F V Foco. Punto medio entre el centro de curvatura y el espejo. Vértice. Punto en donde el eje óptico corta al espejo. Figura N 10: archivo 10

11 GUÍA En los espejos convexos, la imagen reflejada siempre es derecha, virtual y más pequeña que el objeto. En cambio, en los espejos cóncavos, las características de la imagen reflejada dependen de la posición en la cual se ubique el objeto frente al espejo. Estrategia de síntesis Las siguientes definiciones corresponden a 4 conceptos que acabamos de ver en la clase. Descúbrelos y ubica dónde se encuentran ocultos en la sopa de letras. Tienes 5 minutos para hacerlo. 1. Superficies pulidas capaces de reflejar hasta el 100% de la luz incidente. 2. Tipo de espejo esférico en el cual siempre se forma la misma imagen. 3. Tipo de imagen formada por la intersección de las prolongaciones de los rayos reflejados. 4. Punto de un espejo esférico ubicado en la mitad de la distancia entre el centro de curvatura y el vértice. Ojo! Las letras en la sopa se encuentran invertidas. Cómo se podría solucionar este problema? O C O R P U E L U P A R C U A N T I C O H O A G E N V I R T U A L Y D O N N I P S E L X F O C O D A X E N O N R S O A C E T I L N T T R E S P E J O S O V R I S M A I V O Q S S S T A C U L O F T G M A C U R V A T U R A O 11

12 Ciencias Básicas FÍSICA Las lentes: son objetos transparentes, generalmente de vidrio, que refractan y desvían la trayectoria de los rayos luminosos formando imágenes. Las lentes pueden ser divergentes o convergentes. Lentes divergentes: son aquellas lentes que poseen la superficie central hundida. Al mirar un objeto a través de estas lentes la imagen que se ve es derecha, virtual y más pequeña que el objeto. Rayos de luz F Objeto F Imagen Centro de la lente Figura N 11: archivo Lentes convergentes: son aquellas en que la parte central es más gruesa. Por ejemplo, una lupa es una lente convergente. En este tipo de lentes, las características de la imagen dependen de la posición en la cual se ubique el objeto frente a la lente. Rayos de luz F Eje óptico R/2 Foco 2 R/2 R/2 R/2 Centro 2 Centro 1 Foco 1 Vértice Figura N 12: archivo 12

13 GUÍA Características de las imágenes en espejos y lentes Espejo convexo Si el objeto se encuentra en cualquier posición su imagen es derecha, virtual, de menor tamaño Lente divergente Si el objeto se encuentra en cualquier posición su imagen es derecha, virtual, de menor tamaño Espejo cóncavo Si el objeto se encuentra entre C y el infinito en C entre C y F en F entre F y V su imagen es invertida, real y de menor tamaño invertida, real y de igual tamaño invertida, real y de mayor tamaño no se produce imagen derecha, virtual y de mayor tamaño Lente convergente Si el objeto se encuentra entre C y el infinito en C entre C y F en F entre F y V su imagen es invertida, real y de menor tamaño invertida, real y de igual tamaño invertida, real y de mayor tamaño no se produce imagen derecha, virtual y de mayor tamaño El ojo humano posee una lente convergente natural llamada cristalino. Esta es una lente flexible capaz de modificar su forma para cambiar la posición del foco y permitirnos enfocar los objetos, para verlos con claridad ya sea que se encuentren cercanos o lejanos. Conjuntiva Músculo Objeto Imagen Nervio óptico Córnea Cristalino Músculo Figura N 13: archivo 13

14 Ciencias Básicas FÍSICA Defectos de la visión Miopía: el cristalino proyecta la imagen antes de la retina. Se corrige con una lente divergente. Hipermetropía: el cristalino proyecta la imagen más atrás de la retina. Se corrige con una lente convergente. Astigmatismo: curvatura irregular de la cornea. Se corrige con una lente cilíndrica. Daltonismo: dificultad para distinguir entre los colores rojo y verde o entre el azul y el amarillo. Cataratas: pérdida de la transparencia del cristalino. Glaucoma: aumento de la presión intraocular por obstrucción de los conductos de drenaje. 14

15 GUÍA Mis apuntes 15

16 Han colaborado en esta edición: Directora Académica Paulina Núñez Lagos Directora de Desarrollo Académico e Innovación Institucional Katherine González Terceros Equipo Editorial Mauricio Romero Leamann Claudio Muena Toledo Equipo Gráfico y Diagramación Vania Muñoz Díaz Tania Muñoz Romero Elizabeth Rojas Alarcón Equipo de Corrección Idiomática Paula Santander Aguirre Imágenes Banco Archivo El grupo Editorial ha puesto su esfuerzo en obtener los permisos correspondientes para utilizar las distintas obras con copyright que aparecen en esta publicación. En caso de presentarse alguna omisión o error, será enmendado en las siguientes ediciones a través de las inclusiones o correcciones necesarias. Registro de propiedad intelectual de. Prohibida su reproducción total o parcial.