REPARTIDO Nº1 FÍSICA 4º AÑO PROF: VIVIAN BERTIZ TEMA: ÓPTICA GEOMÉTRICA La luz, velocidad, concepto de año luz. y propiedades. Absorción, Reflexión y Refracción de la luz Espejos y formación de imágenes Lentes y formación de imágenes 1) Indique si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas. En caso de falsedad explicar. a) El ojo humano es una fuente de luz b) Para que un objeto sea visible es necesario que reciba o emita luz. c) Venus es una estrella d) El sol es una estrella e) Si un cuerpo es transparente no se puede ver a través de ellos. f) Los cuerpos translúcidos son aquellos que dejan pasar la luz pero no permiten ver a través de ellos. g) Los seres humanos son cuerpos luminosos. h) La luz se propaga en línea recta. i) El planeta Marte es un emisor de luz j) El planeta Júpiter es un receptor de luz k) Los cometas son emisores de luz. l) Si se ve un objeto rojo es porque dicho objeto absorbe dicho color de la luz y refleja los demás. 2) Complete el siguiente cuadro con sí o no: Objeto Luminoso Receptor de luz Emisor de luz Cuerpo Traslúcido Cuerpo Transparente Fuente de luz natural Fuente de luz artificial Objeto Iluminado Cuerpo Opaco Planeta Tierra Luna Estrella Fuego Vidrio Papel de calco Ojos Cartulina verde Persona Lámpara encendida 3) a) Qué es un Año Luz y qué utilidad tiene esta magnitud física? b) Por qué se dice que vemos el pasado del universo al observar por un telescopio? b) Qué distancia recorre la luz en un año? Y en un mes? c) Se sabe que la luz del sol demora en llegar a la Tierra aproximadamente 8 minutos cuál es la distancia que separa el sol de la Tierra medida en kilómetros? d) Una estrella se encuentra a 5 Años Luz de la Tierra a qué distancia en Km estará de la Tierra? e) Una estrella se encuentra a 3 Años Luz de la Tierra, y desde la Tierra se la observa morir el día 20 de marzo del 2004 cuál fue la fecha exactamente en que la estrella como tal desapareció? Explique 4) Indique si con este diagrama de haces de luz, Adrián ve la caja. Justifique su respuesta Adrián 1
5) Complete los espacios en blanco con las definiciones que se dan abajo: 1. Descomposición de la luz en sus colores componentes. 2. Cambio de dirección de la luz cuando pasa de un medio transparente a otro medio transparente distinto. 3. Cuerpo que no permite el pasaje de luz 4. Cuerpo que no es fuente de luz 5. Cuerpo que emite luz pero no libera calor 6. Fenómeno lumínico que aparece cuando la luz incide en una superficie rugosa. 7. Cuerpos que dejan pasar la luz y se ve a través de ellos. 8. Órganos de la visión 9. Conjuntos de rayos de luz 10. Cambio de dirección de la luz permaneciendo en el mismo medio. 11. Cuerpo natural iluminado 12. Tercer planeta del sistema solar 13. ----------- de luz 1 4 3 2 5 7 6 8 9 11 10 13 12 6) La figura muestra un objeto AB situado frente a una lámpara encendida. Detrás del objeto hay una pantalla opaca. a) Trace en la figura la sombra A B del objeto, proyectada sobre la pantalla. b) Si el objeto se acercara a la fuente de luz el tamaño de la sombra aumentará, disminuirá o permanecerá igual? Explique A B Pantalla 7) Complete: Para que se pueda ver un objeto opaco es necesario que esté --------------------- por una --------------- de luz ; y que la luz reflejada en dicho objeto llegue hasta nuestros -----------------------. Existen distintos tipos de fuentes de luz; las que son como el sol o las estrellas se les dice fuentes de luz ---------------- y las que son como una vela o una lámpara encendidas se les dice fuentes de luz ----------------------------------. Un cuerpo iluminado transparente ------------------- la luz que recibe; los cuerpos iluminados traslúcidos --------------- --------------------------------------- la luz, y los cuerpos opacos ---------------------------------------- pasar la luz. Cuando observamos de día un árbol por una ventana de vidrio, la fuente de luz es ---------------; el objeto iluminado es --------------------, el objeto transparente es -----------------------------------------y el receptor son ------------------------. Para la luz, el vidrio es --------------------------, el papel de calco es ------------------, el cartón es ---------------------------. 2
8) Dos pequeños focos luminosos, F 1 y F 2, se encuentran situados frente a un objeto opaco AB, como lo muestra la figura. Recordando la propagación rectilínea de la luz y considerando los puntos señalados en la pantalla, conteste: P 1 F 1 A P 2 P 3 B P 4 F 2 P 5 a) Cuáles puntos reciben luz de ambas fuentes? b) Cuál/es sólo recibe luz de la fuente F 1? c) Cuál/es sólo recibe luz de la fuente F 2? d) Cuál no recibe luz de ninguna de las dos fuentes? 9) En qué consiste el fenómeno de reflexión de la luz? a) Establezca sus leyes. b) Cuál es la diferencia entre reflexión especular y reflexión difusa? Explique c) Coloque en un mismo diagrama: haz de luz incidente, haz de luz reflejado, espejo plano y punto de incidencia. Marque el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión a su elección. d) Complete el siguiente diagrama y determine el valor del ángulo de reflexión: 40º 10) Complete los siguientes diagramas (utilizando para ello regla y semicírculo): a) b) Haz incidente Haz incidente Espejo plano Espejo plano c) Espejo plano d) Espejo plano Haz incidente Haz incidente 3
11) Considere un haz de luz que incide sobre una superficie reflejante en la forma indicada en la figura: a) Trace en el diagrama la recta normal a la superficie en el punto de incidencia b) Cuál es el valor del ángulo de incidencia? c) Cuál es el valor del ángulo de reflexión? d) Trace en la figura el haz reflejado 12) Responda las mismas preguntas del ejercicio anterior considerando ahora las figuras siguientes: a) b) 60º 40º 13) Complete: Una superficie plana y ------------ que refleja --------------------- la luz se denomina -------------------------- plano. La recta Normal es una línea --------------------------- cuya dirección es ---------------------- a la superficie del espejo Existen dos tipos de espejos: --------------------- y --------------------- ; dentro de los ---------------------------- existen los --------------------- y los -------------------------. La segunda Ley del fenómeno de la Reflexión establece que el ángulo de -------------------- tiene el -------------- valor que el ángulo de -------------------------. La imagen en un espejo plano es --------------------. Si una persona está ubicada a una distancia de 2,0m de un espejo plano, la distancia entre la imagen de dicha persona y el espejo es de --------------------. La diferencia entre una imagen virtual y una real es que la real se obtiene por el corte de ----------------------------------- -------------------------------------------- y la virtual por el corte de ----------------------------------------------------------------. 14) En la figura se muestra un espejo plano y cuatro puntos A, B, C y D; cuyas posibles imágenes A B C y D se han representado. Indique los posibles errores que aparecen en dicha figura justificando su elección. ESPEJO A A B B C C D D 4
15) En cada una de las figuras de este ejercicio, trace la imagen A B, proporcionada por el espejo plano de los objetos mostrados (realice todos los dibujos en su cuadernola): a) b) c) A A A C B B E D C B 16) Dados los puntos A y A presentados en la siguiente figura, ubica el espejo para que A sea la imagen de A. A A 17) Indique si la imagen S esta bien determinada. En caso contrario buscar el error. a) S b) * S * * S * S 18) a) Defina que es un espejo b) Qué tipos de espejos existen? Defínalos c) Coloque un objeto, de altura 1,0cm, a 8,0cm del vértice de un espejo cóncavo de radio 4,0cm. Obtenga gráficamente d) Coloque un objeto, de altura 2,0cm, a 5,0cm del vértice de un espejo cóncavo de radio 5,0cm. Obtenga gráficamente e) Coloque un objeto, de altura 2,0cm, a 4,0cm del vértice de un espejo cóncavo de radio 6,0cm. Obtenga gráficamente f) Coloque un objeto, de altura 1,0cm, a 5,0cm del vértice de un espejo cóncavo de radio 8,0cm. Obtenga gráficamente g) Coloque un objeto, de altura 1,0cm, a 2,0cm del vértice de un espejo cóncavo de radio 6,0cm. Obtenga gráficamente h) Coloque un objeto, de altura 2,0cm, a 4,0cm del vértice de un espejo cóncavo de radio 8,0cm. Obtenga gráficamente 19) Termina las siguientes oraciones correctamente: a) Un haz de luz que incide en un espejo cóncavo, paralelo al eje principal, se refleja ------------------------------------------- b) Un haz de luz que incide en un espejo cóncavo, pasando por su foco, se refleja ----------------------------------------------. c) Un haz de luz que incide en un espejo cóncavo, pasando por el centro de curvatura, se refleja ------------------------------ 5
20) a) Dibuje a escala un espejo cóncavo de 6,0cm de radio. b) Coloque en el mismo dibujo el centro de curvatura (C), el foco (f), el vértice (V) y el eje principal (EP) del espejo. d) Obtenga gráficamente la imagen de un objeto, de 2,0 cm de altura, que se encuentra a 8,0cm de dicho espejo. e) Obtenga gráficamente la imagen de un objeto, de 2,0 cm de altura, que se encuentra a 6,0cm de dicho espejo. f) Obtenga gráficamente la imagen de un objeto, de 2,0 cm de altura, que se encuentra a 4,0cm de dicho espejo. g) Obtenga gráficamente la imagen de un objeto, de 2,0 cm de altura, que se encuentra a 2,0cm de dicho espejo. 21) a) Establezca el criterio de signos en la ecuación de los espejos esféricos. b) Verifique con dicha ecuación los resultados obtenidos gráficamente en los ejercicios 18 y 20. 22) Dado un espejo convexo de radio R=6,0cm a) Dibuje dicho espejo marcando sus partes principales. b) Obtenga la imagen de un objeto (h o =3,0cm) que se encuentre a 14cm; 12cm; 10cm; 8,0cm; 6,0cm; 4,0cm y 2,0cm; del vértice del espejo. Indique características de las imágenes formadas en cada caso. c) Verifique con la ecuación de los espejos esféricos las D i para cada caso. d) Calcule el aumento del espejo. 23) Un objeto se sitúa a una distancia de 36cm del vértice de un espejo convexo, cuya distancia focal es 12cm. a) Usando la ecuación de los espejos esféricos determine la distancia de la imagen al espejo (D i ). b) Tomando el resultado de la parte a) la imagen es real o virtual? c) Calcule el aumento del espejo convexo. d) Si el tamaño del objeto es de 10cm cuál es el tamaño de la imagen? e) Trace el diagrama correspondiente a este ejercicio, y vea si concuerda con los resultados obtenidos analíticamente. 24) Un objeto se sitúa a una distancia de 20cm del vértice de un espejo convexo, cuya distancia focal es 10cm. a) Usando la ecuación de los espejos esféricos determine la distancia de la imagen al espejo (D i ). b) Tomando el resultado de la parte a) la imagen es real o virtual? c) Calcule el aumento del espejo convexo. d) Si el tamaño del objeto es de 5,0cm cuál es el tamaño de la imagen? e) Trace el diagrama correspondiente a este ejercicio, y vea si concuerda con los resultados obtenidos analíticamente. 25) El espejo cóncavo de un telescopio tiene un radio de 5,0m, se emplea para fotografiar una estrella del Universo. a) Cómo es el haz de rayos luminosos que proviene de la estrella al llegar al espejo del telescopio? Realice un esquema. b) A qué distancia del vértice del espejo se forma la imagen de la estrella? Justifique gráfica y analíticamente. c) La imagen de la estrella es virtual o real? d) Es válida la ecuación de aumento para este caso particular? 26) Indique si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas. En caso de falsedad explicar. a) Un objeto pequeño, situado a 20m de un espejo cóncavo (R=30cm), tendrá su imagen prácticamente en el foco. b) Los rayos de luz que inciden en un espejo cóncavo pasando por el centro de curvatura, se reflejan pasando por el foco. c) La imagen de un objeto situado en el centro de curvatura, de un espejo cóncavo, siempre es real. d) La imagen de un objeto situado entre el foco y el vértice de un espejo cóncavo, siempre es real. e) Según la convención de signos para los espejos esféricos, si el espejo es convexo el foco es positivo. f) Según la convención de signos para los espejos esféricos, si la imagen es real la d i es positiva. g) A los espejos cóncavos también se les dice convergentes. h) A los espejos convexos también se les dice divergentes. i) Si un objeto está a 30cm del vértice de un espejo convexo, cuyo radio de curvatura es de 20cm, entonces la imagen se encuentra a 7,5cm del espejo. j) Si el aumento de un espejo es 0,50, quiere decir que la imagen tiene el doble de tamaño que el objeto. 27) Un haz de luz incide sobre una superficie de un espejo esférico de forma tal que produce una imagen virtual, el tamaño de la imagen es tres veces superior al del objeto, la distancia entre la imagen y el espejo es de 6,0cm. a) Indicar el tipo de espejo esférico utilizado, justifica tu respuesta. b) Si se sabe que el radio de curvatura del espejo es de 6,0cm, realizar el esquema correspondiente y obtener la imagen, teniendo en cuenta que la altura del objeto es de 1,5cm. 28) Se quiere aumentar la imagen de un objeto, para eso se dispone de dos espejos esféricos, uno cóncavo y otro convexo. a) Cuál recomendaría usted utilizar y por qué? b) Realice un dibujo, utilizando el espejo recomendado, con las medidas que quiera, pero debe lograr que la imagen sea el doble de tamaño que el objeto. 6
29) En qué consiste el fenómeno de refracción de la luz? a) Establezca sus leyes b) De qué factores depende el valor del ángulo de refracción cuando un haz de luz pasa de un medio a otro distinto? c) Complete los siguientes diagramas cualitativamente y justifique en forma escrita la dirección del haz de luz refractado: i) Haz incidente ii) Haz incidente iii) Haz incidente aire agua diamante agua vidrio vacío 30) a) Explique a través de un diagrama adecuado porque una cuchara dentro de un vaso con agua parece quebrada. b) Explique porque la luz viaja más despacio en el agua que en el aire. c) Defina índice de refracción de una sustancia. Por qué es una propiedad característica? d) Qué relación existe entre el índice de refracción y la velocidad de la luz en un medio determinado? 31) Observando los índices de refracción de las siguientes sustancias, de la siguiente tabla: SUSTANCIA INDICE DE REFRACCION VACIO 1.00 AIRE 1.00029 AGUA 1.33 ALCOHOL ETÍLICO 1.36 CUARZO FUNDIDO 1.46 GLICERINA 1.47 ACEITE 1.05 VIDRIO 1.45 hasta 1.70 CIRCONIO 1.92 DIAMANTE 2.42 a) En qué medio o sustancia el valor de la velocidad de la luz es mayor? Justifique b) Cuál es el valor de la velocidad de la luz en el agua? c) Cuál es le valor máximo de velocidad que puede alcanzar la luz en el vidrio? y el mínimo valor? d) Cuál es el valor de la velocidad de la luz en el diamante? 32) Un haz de luz que se propaga en el aire incide sobre una superficie de separación y lo que se observa es lo siguiente: î Glicerina rˆ Aceite a) Indique el fenómeno que se produce y defínalo. b) Indique los nombres de î y rˆ c) Qué le sucede al valor de la velocidad de la luz cuando cambia de medio? Justifique su respuesta. d) Qué medio es más denso de los mostrados? Justifique su respuesta basándose en el diagrama de haces de luz. e) Si el ángulo de incidencia vale 30º, determine el ángulo de refracción usando la Ley de Snell. f) Con qué ángulo debería incidir la luz para que el ángulo de refracción sea de 38º? g) Suponga ahora, que el medio dos es desconocido y que el ángulo de incidencia es de 38º y el de refracción es de 43º, investigue la sustancia que compone al medio dos. 7
33) Un haz de luz incide sobre la superficie de un medio desconocido y lo que se observa es lo siguiente: î Agua rˆ Medio desconocido a) Qué le sucede al valor de la velocidad de la luz cuando cambia de medio? Justifique su respuesta b) Qué medio es más denso? Justifique su respuesta c) Cite un ejemplo de la sustancia que podría estar formando el medio desconocido. Explique su elección d) Si el ángulo de incidencia es de 36º y el de refracción es de 24º, determine cuál es medio 2. 34) El foco luminoso de la figura emite luz, hacia el agua, en las tres direcciones mostradas. Complete los diagramas de refracción para cada caso, calculando los ángulos de refracción correspondientes. 28º 56º 35) Dadas las siguientes caras prismáticas, continúe la trayectoria de los haces de luz hasta que salen de dichas caras, considere que cada uno de los prismas están hechos de vidrio cuyo índice de refracción es de 1,52. a) b) c) 32º 62º 36) Defina ángulo critico de reflexión interna. a) Calcular el ángulo crítico para la luz que viaja en el agua e incide en una frontera agua-aire. b) Si un buzo sumergido en una piscina mira hacia arriba, hacia la superficie del agua, con un ángulo igual al ángulo crítico, qué verá en este caso? Justifique 37) Un haz de luz que viaja en el aire (índice de refracción n=1) incide en un espejo plano, como muestra la figura; reflejándose para luego refractarse en un bloque de vidrio (índice de refracción n= 1,53 ). bloque de vidrio 30º Espejo plano a) Determinar el ángulo de refracción. b) Calcular la velocidad de la luz en el vidrio. 8
38) a) Defina el concepto de lente. b) Indique los tipos de lentes que existen y defínalos. c) Indique tres instrumentos físicos que utilicen lentes. d) Elija uno de los instrumentos anteriores, investigue que científico lo construyó y en qué época, cuál es su función e indique (con un dibujo) todas sus partes. (No se vale usar la lupa ni los anteojos) 39) a) Dibuje a escala una lente convergente cuya distancia focal es de 3,0cm. b) Coloque en el mismo dibujo el centro de la lente (C), los focos (F 1 y F 2 ), y el eje principal (EP) de la lente. c) Obtenga gráficamente la imagen de un objeto, de 2,0 cm de altura, que se encuentra a 8,0cm de dicha lente. d) Obtenga gráficamente la imagen de un objeto, de 2,0 cm de altura, que se encuentra a 6,0cm de dicha lente e) Verifique los resultados anteriormente obtenidos a través de la ecuación para una lente delgada.. 40) Un objeto se encuentra ubicado a 8,0cm de una lente biconvexa delgada de 6,0cm de distancia focal. Si la altura del objeto es de 3,0cm: a) Obtenga gráficamente la imagen del objeto mencionado. Indique características de dicha imagen. b) Verifique con la ecuación para una lente delgada la distancia de la imagen. c) Calcule el aumento de la lente. 41) a) Obtenga la imagen gráficamente en una lente convergente, elija el tamaño de la lente y la ubicación del objeto usted. b) Defina aumento de una lente. Calcule el aumento de la lente utilizada en la parte anterior. 42) a) Obtenga la imagen gráficamente en una lente divergente, elija el tamaño de la lente y la ubicación del objeto usted. b) Calcule el aumento de la lente utilizada en la parte anterior. 43) Un objeto se encuentra ubicado a 5,0cm de una lente bicóncava delgada de 9,0cm de distancia focal. Si la altura del objeto es de 2,0cm: a) Obtenga gráficamente la imagen del objeto mencionado. Indique características de dicha imagen. b) Verifique con la ecuación para una lente delgada la distancia de la imagen. c) Calcule el aumento de la lente. 44) Para la lente que se muestra en la figura, se coloca el objeto a 0,40m de dicha lente, la cual tiene una distancia focal de 0,15m. Bajo éstas condiciones: a) Obtenga gráficamente la imagen con sus características. b) Verifique el resultado anterior con la ecuación para una lente delgada. c) Calcule el aumento de la lente. O F 1 F 2 45) Para la disposición que se muestra en la figura, se coloca un objeto a 0,40m de la lente convergente, la cual tiene una longitud focal de 0,15m. Si el espejo cóncavo (detrás de la lente) tiene un radio de 0,26m: d) Obtenga gráficamente la imagen final con sus características. e) Verifique el resultado anterior con la ecuación de los espejos esféricos y la ecuación para una lente delgada. f) Calcule el aumento de la lente. g) Calcule el aumento del espejo. objeto 0,50m 9