Escuela Eulogio Goycolea Garay Enseñanza Media Física 1 Medio REFLEXIÓN DE LA LUZ EN ESPEJOS CÓNCAVOS Integrantes: Yadira Aguilar Josefa Runil Rocío Schneider M José Valdevenito Asignatura: Física Profesora: Fabiola Nahuelmán Fecha de entrega: 21-09-2016 ÍNDICE
Introducción. Página 1 Metodología... Página 2 Resultados Reflexión en espejos cóncavos... Página 3 Ley de reflexión...página 4 Punto focal en espejos cóncavos....... Página 5 Formación de imágenes en espejo cóncavos.... Página 6 Glosario.....Página 8 Discusión...... Página 10 Conclusión...... Página 11 Bibliografía. Página 12
INTRODUCCIÓN Se define a las ondas como perturbaciones que avanzan en un medio y/o en el vacío. Cuando estas ondas necesitan de un medio material, se llaman ondas mecánicas. Y cuando pueden propagarse en el vacío, se denominan electromagnéticas. La luz es un tipo de onda que se puede propagar en el vacío y en los medios, por lo tanto, es una onda electromagnética. También se puede clasificar como viajera, transversal y tridimensional. Esta experimenta una serie de fenómenos que permiten explicar su comportamiento, entre estos se encuentran la reflexión, refracción, difracción, interferencia, entre otros. La reflexión es uno de los fenómenos más importantes. Esta puede ser difusa (en superficies rugosas) o especular (en superficies lisas). Un espejo es un ejemplo de cómo se refleja la luz en una superficie lisa, es decir, sufre reflexión especular, formando imágenes. La interrogante que se resolverá en el siguiente informe es la siguiente: Cómo se comporta la luz al reflejarse en espejos cóncavos? La hipótesis que surge a partir del fenómeno de reflexión, consiste en comprobar la ley de esta, la cual dice que, el ángulo de incidencia (del rayo de luz) es igual al ángulo de reflexión. Al mismo tiempo, se comprobará la existencia de un único punto focal, y se explicará la relación entre la reflexión y la formación de imágenes en los espejos. Para corroborar esta información, se realizará un experimento con espejos cóncavos y un láser representado un haz de luz. Los objetivos de esta investigación, son explicar el efecto de reflexión en espejos cóncavos, comprobar la ley de reflexión, identificar el punto focal, y verificar si la formación de imágenes ocurre por la reflexión. Rechazando o aceptando la hipótesis planteada. METODOLOGÍA
Para la realización del experimento Reflexión de la luz en espejos cóncavos se utilizaron 13 espejos cuadrados de 2,5 cm cada uno, adheridos en forma cóncava a un papel milimetrado, el cual se situaba sobre un cartón piedra. Se trazó una línea al centro, llamada centro de curvatura. Para poder hacer visible el fenómeno de reflexión, fue necesario hacer uso de un puntero láser y un transportador. Con el láser se iluminaron distintos puntos del espejo, marcando en dónde se intersectan los rayos reflejados, para luego medir los ángulos con el transportador y registrar los datos obtenidos en una tabla. 1 3 2 4
RESULTADOS REFLEXIÓN EN ESPEJOS CÓNCAVOS La reflexión de la luz es el cambio de dirección que esta experimenta cuando choca con un objeto y "rebota". Al rayo de luz que incide en la superficie se le denomina rayo incidente y al rayo que sale de la superficie rayo reflejado. La normal es la línea imaginaria perpendicular a la superficie. El ángulo de incidencia (i), es el ángulo que forman el rayo incidente y la normal, y el ángulo de reflexión (r) es el ángulo que forman la normal y el rayo reflejado. Se le denomina foco al punto donde convergen los rayos reflejados. 2
LEY DE REFLEXIÓN Las leyes de reflexión afirman que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano y que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Para comprobar lo segundo, se midieron ambos ángulos (i y r) y se registraron los datos en una tabla. Incidente Reflejado 40 40 10 10 6 6 30 30 15 15 45 45 13 13 El gráfico muestra que, tal como dice la ley de reflexión, los ángulos incidentes y los reflejados coinciden en sus grados, por lo tanto, son iguales.
PUNTO FOCAL EN ESPEJOS CÓNCAVOS El punto focal se define como un lugar en el que convergen, tras haber atravesado el objetivo, los rayos luminosos procedentes de un punto determinado. En el caso de los espejos cóncavos, el foco es donde convergen los rayos de luz reflejados. Para verificar la existencia de un único punto focal, se reflejaron una serie de rayos, marcando el foco de estos.
Como se puede observar en las imágenes, el punto focal en todos los rayos reflejados es el mismo. FORMACIÓN DE IMÁGENES Cuando un haz de luz incide sobre un espejo, este se refleja de manera especular. Es por esta razón que es capaz de generar la imagen de un objeto que es puesto frente a él. Las imágenes producidas en superficies especulares pueden clasificarse en virtuales, cuando
parecen provenir de un punto por detrás de la superficie reflectora, y en reales, cuando pueden ser proyectadas sobre un plano o pantalla ubicada fuera del espejo. Además, una imagen puede estar derecha, si está orientada igual que el objeto, o invertida, si se encuentra en la posición contraria. Las imágenes también pueden ser más grandes, iguales o de menos tamaño que los objetos. La formación de imágenes puede ser explicada mediante la ley de reflexión. Al reflejarse una serie de rayos de luz en un espejo cóncavo, se forma una imagen. Para graficar la imagen formada en un espejo cóncavo, se representan con flechas, y se consideran tres rayos que viajan hacia el espejo. Cada uno se explica a continuación: 1) Rayo paralelo: Incide paralelo al eje óptico y se refleja pasando por el foco 2) Rayo focal: Incide pasando por el foco y se refleja paralelo al eje óptico. 3) Rayo radial: Incide en el centro de curvatura y se refleja pasando por sí mismo.
También existe un cuarto rayo, que incide en el vértice y se refleja con el mismo ángulo de incidencia. Como se mostró en las imágenes, los rayos notables representados con el puntero se reflejan de manera correcta y coinciden con su descripción.
GLOSARIO 1. Foco: El foco (F), en óptica geométrica, se define como un punto donde convergen los rayos de luz originados desde el objeto observado. 2. Parábola: Una parábola es una curva en la que los puntos están a la misma distancia de un punto fijo (el foco) y de una línea fija (la directriz). 4. Eje óptico: El eje óptico es la línea imaginaria que recorre los centros de un sistema óptico y forma un ángulo recto con el plano de la imagen. La luz que recorre el eje óptico no se refracta y está libre de distorsiones. 5. Rayos notables: Son aquellas líneas imaginarias que describen el recorrido de un rayo de luz dentro de una lente. 6. Rayo paralelo: haz de rayos de luz paralelos que pueden cambiar de dirección completamente como conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir así una imagen de un objeto con el mismo tamaño y forma que el real. 7. Rayo focal: Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco, con el cual se refracta de manera que sale paralelo. Después de refractarse pasa por el foco imagen. 8. Rayo radial: Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Este rayo no se refracta y continúa en la misma dirección ya que el ángulo de incidencia es igual a cero. 9. Reflexión especular: Cuando la luz incide sobre una superficie pulida, esta es reflejada en la misma dirección, lo que permite que se firmen imágenes en ella. 10. Reflexión difusa: Cuando un rayo de luz incide sobre una superficie "no pulida", los rayos no se reflejan en ninguna dirección, es decir se difunden. Esto se puede producir por ejemplo en la madera. 11. Angulo incidente: Ángulo formado por el rayo incidente y la normal.
12. Angulo de reflexión: Angulo formado entre la dirección de un haz luminoso reflejado y la perpendicular a la superficie reflectora. Es igual al ángulo de incidencia. 13. Refracción: Es cuando la luz viaja en ángulo hacia una sustancia con una densidad óptica diferente. Cambia de dirección porque cambia de velocidad. Por ejemplo, cuando pasa del aire al agua. Entonces la refracción tiene que ver con dos cosas: la velocidad y el ángulo de incidencia. 14. Difracción: La difracción es la cualidad del movimiento de las ondas que les permite, aun cuando se propagan en línea recta, sortear obstáculos, doblar esquinas o difundirse a través de una rendija. 15. Interferencia: es un fenómeno en el que dos o más ondas se superponen para formar una onda resultante de mayor, menor o igual amplitud. 16. Espejo convexo: Un espejo convexo, espejo ojo de pescado o espejo divergente, es un espejo curvo en el cual la superficie reflectante se encuentra deformada hacia la fuente de luz. Los espejos convexos reflejan la luz hacia afuera, por lo tanto no se utilizan para enfocarla. 17. La normal: Se llama normal a una línea que viene del centro del espejo. 18. Centro de curvatura: el centro de curvatura (C), corresponde al centro del círculo (o de una esfera), del cual el espejo es una sección. 19. Espejo cóncavo: Un espejo cóncavo, o espejo convergente, posee una superficie reflectante que se encuentra curvada hacia adentro (acercándose a la fuente de luz haciéndola converger en un punto focal que incide en él. Los espejos cóncavos reflejan la luz.
DISCUSIÓN Al intentar generar el fenómeno de reflexión en espejos cóncavos, los rayos no se reflejaban en todos los puntos ni de forma correcta, ya que no eran perfectamente curvos (cada uno de estos era plano). La manera correcta de poder realizar la reflexión es utilizando un espejo cóncavo en vez de pegar una serie de pequeños espejos cuadrados. Por la misma razón, no todos los ángulos cumplían con la ley de reflexión. La física es una ciencia exacta, y al realizar el experimento este requisito no se cumplía completamente. La mayoría de los haces de luz reflejados convergieron en el mismo punto. Sin embargo se dieron los casos de que algunos de ellos no convergieron debido a que la curvatura del espejo no es la adecuada. Pero, en uno perfectamente cóncavo se tiene un único punto focal. El ancho de los espejos también influyó de manera significativa en la reflexión, en los ángulos y en la ubicación precisa del foco. Con unos espejos más angostos se hubiera facilitado la correcta realización del experimento. Para obtener resultados exactos, se podría utilizar un trozo de lata de forma cóncava, que cumpla la misma función de un espejo, o un espejo cóncavo perfecto.
CONCLUSIÓN La reflexión es un fenómeno que se experimenta en todas partes. De forma cotidiana se puede observar en la luz, la cual se representó con un puntero láser, reflejándose en espejos cóncavos. Gracias al experimento, se pudo comprobar la hipótesis de que el ángulo incidente y el reflejado son iguales. Al mismo tiempo, se identificó el punto focal, el cual resultó ser el mismo en los rayos reflejados. También se pudo explicar la formación de imágenes en estos espejos y su relación con la reflexión. Esta modalidad de trabajo, es una forma entretenida y práctica de aplicar los conocimientos previos y de adquirir otros nuevos. Sin embargo, su realización se hubiera facilitado con más explicaciones sobre el contenido, con más apoyo y tiempo en las respectivas clases. A pesar de los defectos en el experimento (con los espejos), la hipótesis pudo ser aceptada y comprobada, y se pudieron concretar todos los objetivos del trabajo. El grupo de trabajo colaboró de forma equitativa. Los inconvenientes fueron la falta de explicaciones y la poca comprensión hacia las dificultades en un determinado momento por parte del docente en las clases. Esto ocasionó la búsqueda de ayuda por otros medios.
BIBLIOGRAFÍA Mondaca Felipe, Sanhueza Loreto, Valdés Pablo (2016). Texto del Estudiante: Física. Editorial SM. http://elfisicoloco.blogspot.cl/2013/05/formacion-de-imagenes-en-espejos.html Sánchez Javier, (2013). Formación de imágenes en espejos. http://www.portaleducativo.net/tercero-basico/780/la-luz-reflexion-y-refraccion Portal Educativo (Sin año ni edición especificada) https://prezi.com/afucqeqheyqw/formacion-de-imagenes-en-espejos-concavos/ Maximiliano Cárdenas (2014) Formación de imágenes en espejos cóncavos. https://vecinadelpicasso.wordpress.com/2015/03/20/formacion-de-imagenes-en-espejos/ Paquita Vecina (2015) Formación de imágenes en espejos. https://www.youtube.com/watch?v=taonbigqjfy Sergio Llanos (2015) Rayos e imágenes en un Espejo Cóncavo