COLEGIO MONTEBELLO IED GUÍA DE NIVELACIÓN Y REFUERZO

COLEGIO MONTEBELLO IED
GUÍA DE NIVELACIÓN Y REFUERZO ACADÉMICO
TERCER PERIODO – GRADO ONCE
GUÍA DE TRABAJO DE FÍSICA
ESTUDIANTE:
CURSO:
PROFESOR: SEÚL SÁENZ BRAVO
Fecha:
Desarrolle la presente guía a mano, con buena letra y ortografía, en hojas cuadriculadas tamaño oficio, en una carpeta de presentación, para luego
sustentarla en la fecha estipulada.
CONTEXTUALIZACIÓN:
ÓPTICA
¿Qué es la luz?

Ha sido una de las definiciones mas trabajadas a través de la historia
de la ciencia, muchas teorías se han planteado hasta llegar a la
actual que define a la luz como partículas radiantes llamadas fotones
y que son la mínima expresión de luz, estos fotones se transmiten en
un campo ondulatorio electromagnético. Así la luz tiene una
dualidad, es onda y partícula a la vez, los fenómenos de propagación
se pueden explicar con teoría ondulatoria y los fenómenos de
interacción de la luz con la materia se pueden explicar con un
modelo de fotones.
TEORÍA CORPUSCULAR
Según esta teoría la luz se propagaría con mayor velocidad en
medios más densos. Es uno de los puntos débiles de la teoría
corpuscular.
Esta teoría se debe a Newton (1642-1726). La luz está compuesta
por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en
línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de
estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.
TEORÍA ONDULATORIA
La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos:


Refracción. El hechos de que la luz
cambie la velocidad en medios de
distinta densidad, cambiando la
dirección de propagación, tiene difícil
explicación con la teoría corpuscular.
Sin embargo Newton supuso que la
superficie de separación de dos medios
de distinto índice de refracción ejercía
una atracción sobre las partículas
luminosas, aumentando así la
componente normal de la velocidad
mientras que la componente tangencial
permanecía invariable.
Fue idea del físico holandés C. Huygens. La luz se propaga
mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminoso. La luz
para propagarse necesitaba un medio material de gran elasticidad,
impalpable que todo lo llena, incluyendo el vacío, puesto que la luz
también se propaga en él. A este medio se le llamó éter.
Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta
porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran
velocidad.
Reflexión. se sabe que la luz al chocar contra un espejos
se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que
las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por
tanto la reflexión cumple las leyes del choque elástico.
1
La energía luminosa no está concentrada en cada partícula, como en la teoría
corpuscular sino que está repartida por todo el frente de onda. El frente de onda es
perpendicular a las direcciones de propagación. La teoría ondulatoria explica
perfectamente los fenómenos luminosos mediante una construcción geométrica llamada
principio de Huygens. además según esta teoría, la luz se propaga con mayor velocidad
en los medios menos densos. a pesar de esto, la teoría de Huygens fue olvidada
durante un siglo debido a la gran autoridad de Newton.
En 1801 el inglés T. Young dio un gran impulso a la teoría ondulatoria explicando el fenómeno de las interferencias y midiendo las longitudes de
onda correspondientes a los distintos colores del espectro.
La teoría corpuscular era inadecuada para explicar el hecho de que dos rayos luminosos, al incidir en un punto pudieran originar oscuridad.
NATURALEZA DUAL DE LA LUZ
A finales del siglo XIX se sabía ya que la velocidad de la luz en el agua era
menor que la velocidad de la luz en el aire contrariamente a las hipótesis de
la teoría corpuscular de Newton. En 1864 Maxwell obtuvo una serie de
ecuaciones fundamentales del electromagnetismo y predijo la existencia de
ondas electromagnéticas. Maxwell supuso que la luz representaba una
pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas. Hertz confirmó
experimentalmente la existencia de estas ondas.
El estudio de otros fenómenos como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos puso de manifiesto la impotencia
de la teoría ondulatoria para explicarlos. En 1905, basándose en la teoría cuántica de Planck, Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de
corpúsculos de luz que él llamó fotones. Bohr en 1912 explicó el espectro de emisión del átomo de hidrógeno, utilizando los fotones, y Compton en
1922 el efecto que lleva su nombre apoyándose en la teoría corpuscular de la luz.
Apareció un grave estado de incomodidad al encontrar que la luz se comporta como onda electromagnética en los fenómenos de propagación ,
interferencias y difracción y como corpúsculo en la interacción con la materia.
No hay por qué aferrarse a la idea de incompatibilidad entre las ondas y los corpúsculos, se trata de dos aspectos diferentes de la misma cuestión
que no solo no se excluyen sino que se complementan.
LEYES DE LA REFRACCIÓN
Al otro lado de la superficie de separación los rayos no conservan la misma dirección que los de la onda incidente:
2
1.Cada rayo de la onda incidente y el correspondiente rayo de la onda transmitida forman un plano que contiene a la recta normal a la superficie de
separación de los dos medios.
2.El ángulo que forma el rayo refractado con la normal (ángulo de refracción) está relacionado con el ángulo de incidencia: n1 seni = n2 sen 
Una piscina tiene una profundidad de 4 m. Calcula la profundidad aparente cuando la piscina está llena de agua. Dato: índice de refracción del
agua, n=1,33
REFLEXIÓN DE LA LUZ: LEY DE SNELL
LEYES DE LA REFLEXIÓN
1.Cada rayo de la onda incidente y el correspondiente rayo de la onda reflejada
forman un plano perpendicular al plano de separación de los medios.
2.El ángulo que forma el rayo incidente con la recta normal a la frontera (ángulo de
incidencia) es igual al ángulo de esta normal con el rayo reflejado (ángulo de
reflexión)
Cuando la luz pasa de un medio a otro cuyo índice de refracción es
mayor, por ejemplo del aire al agua, los rayos refractados se acercan
a la normal. Si el índice de refracción del segundo medio es menor
los rayos refractados se alejan de la normal (figura 1).
Este ángulo de incidencia, c recibe el nombre de ángulo crítico, ya
que si aumenta más el ángulo de incidencia, la luz comienza a
reflejarse íntegramente, fenómeno que se conoce como reflexión
total.
En este caso si consideramos que n1>n2 y aumentamos el ángulo
de incidencia, llega un momento en que el ángulo de refracción se
hace igual a 90º , figura 2 lo que significa que desaparece el rayo
refractado. Como el seno de 90º es uno el ángulo de incidencia para
el cual ocurre este fenómeno viene dado por c =n2/ n1
Una aplicación de la reflexión total es la fibra óptica, que es una fibra
de vidrio, larga y fina en la que la luz en su interior choca con las
paredes en un ángulo superior al crítico de manera que la energía se
transmite sin apenas perdida. También los espejismos son un
fenómeno de reflexión total.
ESPEJOSPLANOS
¿Qué son?
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Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar
la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz
incidente del 95% (o superior) .
Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Son los que usamos
cada mañana para mirarnos. En ellos vemos nuestro reflejo, una imagen que
no está distorsionada.
¿Cómo se hacen?
La imagen formada es:
Cuando los pueblos antiguos lograron dominar la metalurgia,
hicieron espejos puliendo superficies metálicas (plata).
simétrica, porque aparentemente está a la misma distancia del
espejo
virtual, porque se ve como si estuviera dentro del espejo, no se
puede formar sobre una pantalla pero puede ser vista cuando la
enfocamos con los ojos.
del mismo tamaño que el objeto.
derecha, porque conserva la misma orientación que el objeto.
Los espejos corrientes son placas de vidrio plateadas. Para construir
un espejo se limpia muy bien un vidrio y sobre él se deposita plata
metálica por reducción del ión plata contenido en una disolución
amoniacal de nitrato de plata. Después se cubre esta capa de plata
con una capa de pintura protectora.
Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, parte de la luz se
refleja y parte entra en el cuerpo donde puede ser absorbida o
transmitida, absorbiéndose siempre una parte de ella mientras lo
atraviesa (ej. vidrio).
El espejo puede estar plateado por la cara anterior o por la posterior,
aunque lo normal es que esté plateada la posterior y la anterior
protegida por pintura. La parte superior es de vidrio, material muy
inalterable frente a todo menos al impacto.
La luz reflejada cumple las leyes de la reflexión.
¿Qué imágenes dan?


Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera detrás y
no frente a éste ni en la superficie. (Ojo, es un error frecuente el
pensar que la imagen la vemos en la superficie del espejo).



El sistema óptico del ojo recoge los rayos que salen divergentes del
objeto y los hace converger en la retina.
La cantidad de luz reflejada por un cuerpo depende de:
La naturaleza de la superficie (composición, estructura,
densidad, color, entre otras)
La textura de la superficie (plana, rugosa, regular, irregular,
opaca, pulida , etc.)
La longitud de onda de la luz, y de si está o no polarizada.
El ángulo de incidencia de la luz sobre la superficie.
La reflexión de la luz se puede realizar de dos maneras: reflexión
irregular o difusa y reflexión regular o especular.
El ojo identifica la posición que ocupa un objeto como el lugar donde
convergen las prolongaciones del haz de rayos divergentes que le
llegan. Esas prolongaciones no coinciden con la posición real del
objeto. En ese punto se forma la imagen virtual del objeto.
Reflexión regular o especular
La imagen obtenida en un espejo plano no se puede proyectar sobre
una pantalla, colocando una pantalla donde parece estar la imagen
no recogería nada. Es, por lo tanto virtual, una copia del objeto "que
parece estar" detrás del espejo.
Tiene lugar cuando los rayos de luz inciden sobre una superficie lisa.
Algunos metales como la plata y el aluminio absorben poco la luz
blanca y si construimos con ellos láminas metálicas muy
pulimentadas podemos lograr que reflejen la luz de tal manera que
los rayos reflejados se vean con una intensidad comparable a la de
los rayos incidentes. A estas superficies les llamamos espejos y
pueden ser planos o curvos. Hoy en día los espejos se construyen
de vidrio, pero en la antigüedad los primeros espejos eran de metal.
El espejo sí puede reflejar la luz de un objeto y recogerse esta sobre
una pantalla, pero esto no es lo que queremos decir cuando
afirmamos que la imagen virtual no se recoge sobre una pantalla. El
sistema óptico del ojo es el que recoge los rayos divergentes del
espejo y el cerebro interpreta como procedentes de detrás del espejo
(justo donde se cortan sus prolongaciones)
La física estudia las leyes de la formación de imágenes en los
espejos planos.
ESPEJOS ESFERICOS
Hay dos clases de espejos esféricos, los cóncavos y los convexos.
El interior del casquete esférico es la parte reflectante.
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La parte reflectante está en el exterior del casquete esférico.
En los espejos convexos siempre se forma una imagen virtual y
derecha con respecto al objeto.
En los espejos cóncavos, si el objeto se encuentra a una distancia
superior a la distancia focal se forma una imagen real e invertida que
puede ser mayor o menor que el objeto
El centro de curvatura (O) es el centro de la esfera a la que
pertenece el casquete. Cualquier rayo que pase por este punto se
reflejará sin cambiar de dirección.
El centro del casquete esférico (C) se denomina centro de figura.
La línea azul, que pasa por los dos puntos anteriores se denomina
eje óptico.
El foco (F) es el punto en el que se concentran los rayos reflejados,
para el caso de los espejos cóncavos, o sus prolongaciones si se
trata de espejos convexos. Llamamos distancia focal de un espejo a
la distancia entre los puntos F y C.
Formación de imágenes
Si el objeto se encuentra a una distancia inferior a la distancia focal,
se forma una imagen virtual y derecha con respecto al objeto:
ESTRUCTURACIÓN
Realice la lectura y elabore un mapa conceptual.
APLICACIÓN
Consulte sobre los defectos visuales tales como miopía, hipermetropía entre otras e indique:
a.
Que lo causa
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b.
c.
Porqué se origina
Cómo se corrige (indicar el tipo de lente que se emplea para mejorar la visión)
VERIFICACIÓN
1. El año luz es una unidad que sirve como medida de longitud en
astronomía. Se lo define como la longitud recorrida por un rayo
luminoso en un año. Exprese un año-luz en km.
15 La imagen obtenida mediante un espejo esférico cóncavo está a
8 cm del espejo. Si el objeto se encuentra a 24 cm del mismo, ¿cuál
es el radio de curvatura del espejo?.
2. Calcular el tiempo que tarda en llegar a la Tierra la luz de una
estrella situada a 36.1012 km.
16. Frente a un espejo esférico cóncavo de 25 cm de distancia focal
se coloca un objeto, y la imagen obtenida es 3 veces mayor. ¿A qué
distancia se halla el objeto?.
3. ¿Cuál será la distancia a que se encuentra una estrella cuya luz
tarda 3,5 años en llegar a la tierra?.
17. A 10 cm del vértice de un espejo esférico convexo se coloca un
objeto. Si la distancia focal es de 18 cm, indicar a qué distancia se
forma la imagen.
4 ¿Cuánto tiempo tardará la luz del sol en llegar a la Tierra si se
admite como distancia aproximada entre eos 15.107 km?.
18. El radio de curvatura de un espejo esférico cóncavo es de 50 cm,
si se colocara un objeto a 30 cm del espejo, ¿cuál es la distancia
objeto-imagen?
5. ¿A qué distancia se encuentra una estrella cuya luz tarda un año
en llegar a la Tierra?.
6. Un rayo luminoso pasa del aire a otro medio formando un ángulo
de incidencia de 40° y uno de refracción de 45 °. ¿Cuál es el índice
de refracción relativo de ese medio?.
7. Responder:
a.
b.
c.
d.
e.
¿Qué entiende por cuerpos luminosos e iluminados?.
2) ¿Qué son cuerpos opacos, transparentes y traslúcidos?.
3) ¿Cómo se propaga la luz?.
4) ¿Qué consecuencias surgen de éste modo de
propagación?.
5) ¿Cuál es la velocidad de propagación de la luz?.
8. Frente a un espejo plano se coloca un objeto de 5 cm de altura.
¿A qué distancia se formará la imagen si el cuerpo está a 18 cm del
espejo?.
9. Dos espejos planos forman un ángulo de 40°, ¿cuántas imágenes
se observan?.
10. Indicar cuál es el ángulo que forman dos espejos planos si se
observaran 14 imágenes.
11. Si se coloca un objeto a 25 cm de un espejo plano, ¿a qué
distancia se formará la imagen y de qué tamaño será?.
12 Dos espejos planos forman un ángulo de 20°, ¿cuántas imágenes
se observan?.
13. Dos espejos planos forman un ángulo de 60°, ¿cuántas
imágenes se observan?.
14. Se coloca un objeto a 5 cm del vértice de un espejo cóncavo. Si
el radio de curvatura del espejo es de 24 cm ¿a qué distancia del
espejo se forma la imagen?, ¿es real o virtual?.
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