Capítulo 34A - Reflexión y espejos (geometría)

1. Capítulo 34A - Reflexión y espejos (geometría) Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University © 2007

2. Objetivos: Después de completar este módulo deberá: • Explicar y discutir con diagramas, reflexión, absorción y refracción de rayos de luz. • Ilustrar gráficamente la reflexión de luz de espejos plano, convexo y cóncavo. • Definir e ilustrar su comprensión real, virtual, derecha, invertida, alargada y reducida como se aplican a las imágenes. • Usar óptica geométrica para dibujar imágenes de un objeto a varias distancias desde espejos convergentes y divergentes.

3. Aire reflexión absorción Agua refracción Óptica geométrica En el estudio de cómo se comporta la luz, es útil usar “rayos de luz” y el hecho de que la luz viaja en líneas rectas. Cuando la luz golpea la frontera entre dos medios, pueden ocurrir tres cosas: reflexión, refracción o absorción.

4. Air Aire reflection reflexión absorption absorción Water Agua refraction refracción Reflexión, refracción y absorción Reflexión: Un rayo desde el aire golpea el agua y regresa al aire. Refracción: Un rayo se dobla en el agua hacia la línea normal. Absorción: Un rayo se absorbe atómicamente en el agua y no reaparece.

5. N Aire reflexión qi qr Agua 3. Los rayos son completamente reversibles. Leyes de la reflexión 1. El ángulo de incidencia qies igual al ángulo de reflexión qr: qi = qr Todos los ángulos de los rayos se miden con respecto a la normal N. 2. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal N están todos en el mismo plano.

6. Nota: las imágenes parecen ser equidistantes detrás del espejo y derecha-izquierda están invertidas. El espejo plano Un espejo es una superficie enormemente pulida que forma imágenes al reflejar la luz uniformemente.

7. Objeto Imagen Distancia al objeto Distancia a la imagen = p q Definiciones Distancia al objeto: Distancia en línea recta pdesde la superficie del espejo al objeto. Distancia a la imagen: Distancia en línea recta qdesde la superficie del espejo a la imagen. p = q qi = qr

8. Rayos de luz No hay luz Objeto real Imagen virtual Real y virtual Las imágenes y objetos reales se forman mediante rayos de luz reales. (las imágenes reales se pueden proyectar en una pantalla.) Las imágenes y objetos virtuales en realidad no existen, sino que sólo parecen estar en una ubicación. Las imágenes virtuales están en el lado opuesto del espejo a los rayos entrantes.

9. Espejo plano p q Objeto real Imagen virtual Imagen de un objeto puntual q = p La imagen parecer estar a la misma distancia detrás del espejo sin importar el ángulo de visión.

10. Espejo plano p q Imagen de un objeto extendido q = p Imagen virtual La imagen de arriba y abajo de la guitarra muestra inversión de adelante-atrás, derecha-izquierda.

11. Eje R V Abertura lineal Términos de espejos esféricos Un espejo esférico se forma mediante las superficies interior (cóncava) o exterior (convexa) de una esfera. Espejo cóncavo C Aquí se muestra un espejo esférico cóncavo con identificación de sus partes. Centro de curvatura C Radio de curvatura R Se muestran el eje y la abertura lineal. Vértice V

12. Rayo paralelo incidente qi F V C qr Punto focal Distancia focal, f Distancia focal f de un espejo Como qi = qr, se encuentra que F está a medio camino entre Vy C; se tiene: R eje f La distancia focal f es: La distancia focal f es igual a la mitad del radio R

13. Rayos paralelos incidentes F C eje Punto focal El foco de un espejo cóncavo El punto focal F para un espejo cóncavo es el punto en el que convergen todos los rayos de luz paralelos. Para objetos ubicados en el infinito, la imagen real aparece en el punto focal pues los rayos de luz son casi paralelos.

14. Rayos incidentes R eje C F Rayos reflejados Foco de un espejo convexo El punto focal para un espejo convexo es el punto F desde el que divergen todos los rayos de luz paralelos. Foco virtual; divergen rayos reflejados.

15. Rayo 1 Rayo 1 Espejo convexo C F F Objeto C Objeto Espejo cóncavo Construcción de imagen: Rayo 1: Un rayo paralelo al espejo pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o parece venir del punto focal a un espejo convexo.

16. Rayo 2 Espejo convexo Rayo 1 Rayo 1 C F Imagen F C Imagen Espejo cóncavo Construcción de imagen (Cont.): Rayo 2: Un rayo que pasa a través del foco en un espejo cóncavo o procede hacia el foco de un espejo convexo se refleja paralelo al eje del espejo. Rayo 2

17. Rayo 1 Rayo 1 Rayo 2 Rayo 2 C F F F C C Rayo 3 Espejo cóncavo Rayo 3 Espejo convexo Imagen Construcción de imagen (Cont.): Rayo 3: Un rayo que proceda a lo largo del radio siempre se refleja de regreso a lo largo de su trayectoria original.

18. Se quiere localizar la imagen y responder tres preguntas para posibles posiciones: Naturaleza de las imágenes Un objeto se coloca enfrente de un espejo cóncavo. Es útil trazar las imágenes conforme el objeto se mueve cada vez más cerca al vértice del espejo. 1. ¿La imagen es derecha o invertida? 2. ¿La imagen es real o virtual? 3. ¿Es alargada, reducida o del mismo tamaño?

19. Rayo 1 Rayo 2 Rayo 3 Objeto afuera del centro C 1. La imagen es invertida; es decir, opuesta a la orientación del objeto. C 2. La imagen es real; es decir, se forma por rayos de luz reales enfrente del espejo. F Espejo cóncavo 3. La imagen es reducida en tamaño; es decir, más pequeña que el objeto. La imagen se ubica entre C y F

20. Rayo 1 Rayo 3 Objeto en el centro C 1. La imagen es invertida; es decir, opuesta a la orientación del objeto. Rayo 2 C 2. La imagen es real; es decir, se forma por rayos de luz reales enfrente del espejo. F 3. La imagen es del mismo tamaño que el objeto. La imagen se ubica en C, invertida.

21. Rayo 1 Rayo 3 Rayo 2 Objeto entre C y F 1. La imagen es invertida; es decir, opuesta a la orientación del objeto. 2. La imagen es real; es decir, se forma con rayos de luz reales enfrente del espejo. C F 3. La imagen es alargada en tamaño; es decir, mayor que el objeto. La imagen está afuera del centro C

22. Rayo 1 Rayo 3 Objeto en el punto focal Cuando el objeto se ubica en el punto focal del espejo, la imagen no se forma (o se ubica en el infinito). C F Los rayos reflejados son paralelos Los rayos reflejados paralelos nunca se cruzan. La imagen se ubica en el infinito (no se forma).

23. Objeto dentro del punto focal 1. La imagen es derecha; es decir, con la misma orientación que el objeto. C F 2. La imagen es virtual; esto es, parece ubicarse detrás del espejo. Imagen virtual Derecha y alargada 3. La imagen es alargada; más grande que el objeto. La imagen se ubica detrás del espejo

24. Rayo 1 Rayo 1 Rayo 1 Rayo 2 Rayo 3 Rayo 3 C C C C C F F F F F Imagen virtual Los rayos reflejados son paralelos Rayo 1 Derecha y alargada Espejo cóncavo Rayo 2 Rayo 3 Rayo 2 Rayo 3 Observe las imágenes conforme el objeto se acerca al espejo

25. Espejo convexo Rayo 1 F C Espejo convexo Rayo 2 F C Imagen Imágenes en espejo convexo Rayo 1 2 La imagen se hace más grande conforme el objeto se acerca Todas las imágenes son derechas, virtuales y reducidas. Las imágenes se hacen más grandes conforme el objeto se aproxima.

26. Espejo convergente Espejo divergente F C C F Convexo Cóncavo Espejos convergentes y divergentes De aquí en adelante, a los espejos cóncavos y los rayos paralelos convergentes se les llamará espejos convergentes De aquí en adelante, a los espejos convexos y los rayos paralelos divergentes se les llamará espejos divergentes.

27. Aire reflexión absorción Agua refracción Resumen Reflexión: Un rayo del aire golpea el agua y regresa al aire. Refracción: Un rayo se desvía en el agua hacia la línea normal. Absorción: Un rayo se absorbe atómicamente en el agua y no reaparece.

28. N Aire reflexión qi qr Agua 3. Los rayos son completamente reversibles. Resumen (Cont.) 1. El ángulo de incidencia qies igual al ángulo de reflexión qr: qi = qr Todos los ángulos de rayo se miden con respecto a la normal N. 2. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal N se encuentran todos en el mismo plano.

29. Resumen (Definiciones) Distancia al objeto: Distancia en línea recta pdesde la superficie del espejo al objeto. Distancia a la imagen: Distancia en línea recta q desde la superficie del espejo a la imagen. Imagen real: Imagen formada por rayos de luz reales que puede proyectarse en una pantalla. Imagen virtual: Imagen que parece estar en una posición donde no llegan rayos de luz. Espejos convergentes y divergentes: Se refiere a la reflexión de rayos paralelos desde la superficie del espejo.

30. Resumen construcción de imagen: Rayo 1: Un rayo paralelo al eje del espejo pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o parece venir del punto focal de un espejo convexo. Rayo 2: Un rayo que pasa a través del foco de un espejo cóncavo o procede hacia el foco de un espejo convexo se refleja paralelo al eje del espejo. Rayo 3:Un rayo proveniente del radio siempre se refleja de regreso a lo largo de su trayectoria original.

31. Resumen (Cont.) Para espejos planos, la distancia al objeto es igual a la distancia a la imagen y todas las imágenes son derechas y virtuales. Para espejos convergentes y divergentes, la distancia focal es igual a la mitad del radio. Todas las imágenes formadas por espejos convexos son derechas, virtuales y reducidas. Excepto para objetos ubicados dentro del foco (que son derechas y virtuales), todas las imágenes formadas por espejos convergentes son reales e invertidas.

32. CONCLUSIÓN: Capítulo 34AReflexión y espejos (Geometría)