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Colegio El Carmen Teresiano-Vitacura- Depto-Física
GUÍA NÚMERO 3- FISICA PRIMERO MEDIO-UNIDAD LA LUZ
PROF: Daniel Pereira. ESPEJO CONCAVO Y CONVEXO-REFRACCIÓN-ECUACIÓN DEL ESPEJO
A) Imágenes formadas por espejos
Definición de espejo: Se considera un espejo, a toda superficie pulida donde la luz se puede reflejar y
forme imágenes. El espejo clásico es el de tu baño, el cual en términos formales se le denomina en física
espejo plano.
Actividad rápida 1. Investiga acerca de que está hecho el espejo de tu baño, o el que quizás usas en tu
habitación.
Los espejos se clasifican en espejos planos y espejos esféricos o curvos. Los espejos curvos pueden ser
cóncavos o convexos. Veamos un poco en detalle algunas situaciones relacionadas a la luz que es necesario
conozcas e puedas interrelacionar lo más posible.
B) Reflexión de la luz
La ley de reflexión, nos dice que si consideramos una superficie perfectamente pulida, los rayos de luz que
se reflejen sobre esta rebotaran con el mismo ángulo con el que chocaran inicialmente. Formalmente, se
dice que el ángulo de incidencia de la luz (ángulo de choque) es igual al ángulo de reflexión.
𝜃𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝜃𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛
(1)
C) Refracción de la luz
Cuando la luz interactúa con la materia, por ejemplo cuando pasa del aire al interior del mar, del aire al
interior de la piscina, o atraviesa una ventana, o tus lentes ópticos, se observa utilizando equipos
experimentales que la luz cambia la dirección de su movimiento. En términos físicos, cuando la luz pasa de
estar viajando en un medio menos denso a uno de mayor densidad la luz pierde velocidad y energía y
viceversa. Al pasar de un medio de mayor densidad a uno de menor densidad, la velocidad de la luz
aumenta y también su energía. Piense por ejemplo en cuan diferente es correr sobre el pavimento de una
calle o avenida, y compare a lo que se siente cuando se corre en la arena. Ahora piense en lo que le sucede
a la luz al tratar de moverse de un medio a otro. También piense, por ejemplo en lo que sucede si usted de
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repente se da cuenta que la salida del metro es para el otro lado y justo en ese instante usted se da vuelta
y empieza a caminar en contra del resto de los usuarios que siguen caminando en el mismo sentido.
En conclusión la luz se frena, o se acelera, dependiendo de la densidad del medio. Una estación de metro
llena de gente es un medio muy denso, y cuesta bastante poder desplazarse en estas circunstancias. A la
luz le sucede algo similar.
D) Detalles conceptuales y matemáticos sobre la refracción
a) Índice de refracción: Este número se interpreta como la capacidad que tiene un cierto material para
disminuir la velocidad de la luz. Como ecuación escribimos:
𝑛=
𝑐
𝑣
(2)
c: Velocidad de la luz.
V: Velocidad de la luz en el medio.
A mayor índice de refracción del material, menor será la velocidad de la luz en el medio, esto se ve al
despejar la velocidad en la ecuación (2):
𝒄
𝒗=
(3)
𝒏
De la ec. (3), se ve que a mayor valor de n, más pequeña será la velocidad de la luz.
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Cuando la luz experimenta refracción, su frecuencia permanece constante pero su velocidad y longitud de
𝒄
onda varían. Recuerde que 𝒇 = .
𝝀
Si la velocidad de la luz disminuye al viajar de un medio a otro, la longitud de onda debe disminuir en forma
proporcional para que la frecuencia permanezca constante.
.
E) Formación de imágenes en el espejo plano y en general cualquier tipo de espejo
1.- En el espejo plano, se forma una imagen llamada virtual. Es virtual ya que su imagen parece venir
desde el lado del espejo, lo cual es falso. Sin embargo, se tiene la impresión y podría engañarse a alguien
(preparando una buena ilusión óptica) haciéndole creer que alguien esta al frente suyo, cuando en realidad
es solo una imagen, no la persona real. En física decimos que es virtual porque la imagen no se forma por
luz en el punto donde usted la ve, la imagen virtual se forma por la luz de un cuerpo real que esta viajando
hacia el espejo, y usted percibe el rebote de esa información (la imagen) por medio de sus ojos. El espejo
no esta emitiendo luz, solo la refleja. Cuando usted se ve en el espejo, es la información de su imagen, la
que viaja como luz hasta el espejo, la cual en forma casi instantánea se devuelve y es captada por nuestros
sensores ópticos.
Para el caso del espejo plano, la distancia entre el objeto y el espejo es igual a la distancia entre la imagen y
el espejo. ¿Ha observado que su imagen en el espejo de su baño pareciera estar a la misma distancia a la
cual usted se encuentra del espejo?
Cuidado! el efecto anterior solo sucede en el espejo plano, aprenderá que en los espejos cóncavos y
convexos, sucede algo distinto.
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Formación de imágenes en el espejo cóncavo
1.- Rayo paralelo (Rayo naranjo-1): Llega al espejo en forma paralela al eje óptico y se refleja cruzando por
el punto focal.
2.- Rayo focal (Rayo morado- 2): incide en el espejo pasando por el punto focal y se refleja paralelo al eje
óptico del espejo.
3.- Rayo Central (Celeste): Cruza el centro de curvatura del espejo y se refleja en la misma dirección que el
rayo incidente, pero en sentido contrario
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Formación de imágenes en el espejo convexo
1.- Rayo paralelo (Naranjo-1): Incide paralelo al eje óptico y al reflejarse parece provenir del punto focal
del espejo convexo, ubicado tras la superficie.
2.- Rayo focal (Morado-2): Se dirige hacia el punto focal del espejo y se refleja paralelo al eje óptico.
3.- Rayo Central (Celeste-3) Avanza hacia el centro de curvatura del espejo y se refleja en la misma
dirección de incidencia pero en sentido contrario.
Problemas de la sección
1.- Si en un medio la luz viaja a 2,2 x 10 x 8 m/s, calcula el índice de refracción de ese medio.
2.- Calcula la velocidad de la luz en: a. un diamante; b. un trozo de hielo; c. el agua.
3.- Una luz de longitud 590 nm, atraviesa desde el aire por una ventana de vidrio.
a. ¿Cuál es el índice de refracción de refracción en cada medio?
b. ¿Qué ocurre con la velocidad de la luz al pasar por el vidrio?
c. ¿Cómo es el ángulo del rayo refractado, respecto del rayo incidente?
d. Calcula la longitud de onda de la luz en el vidrio.
Dato: La ley de snell se utiliza para resolver problemas relacionados con la refracción de la luz. Esta ley es:
𝑛1 sin 𝜃1 = 𝑛2 sin 𝜃2 . Donde:
𝒏𝟏: 𝐸𝑠 𝑒𝑙 í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.
𝒏𝟐 : 𝐸𝑠 𝑒𝑙 í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑎 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑢𝑧𝑎 𝑒𝑙 𝑟𝑎𝑦𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑢𝑧.
𝐬𝐢𝐧 𝜽𝟏 𝒚 𝐬𝐢𝐧 𝜽𝟐 Son relaciones trigonométricas entre los rayos cuando estos forman un triángulo
rectángulo.
Dato para los espejos: Respecto de los espejos debemos decir que tenemos una ecuación, la cual nos
permite calcular el tamaño de la imagen, su ubicación, entre otros detalles dependiendo de las
características del objeto real, esta ecuación se denomina ecuación del espejo y la utilizaremos con el
espejo cóncavo, y convexo.
1 1 1
𝐿𝑎 𝑒𝑐. 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑜. + =
𝑝 𝑞 𝑓
p: es la distancia desde el objeto al espejo, llamada distancia al objeto.
q: es la distancia desde la imagen al espejo, llamada distancia a la imagen.
f: es la distancia focal, que corresponde a la mitad del radio de curvatura del espejo.