1-Reflexión de la luz

1-Reflexión de la luz
1.1.- Reflexión en superficies planas
Reflexión de un objeto en un vidrio transparente
Se coloca una vela encendida delante de un vidrio transparente, detrás del vidrio se
coloca un vaso con agua. Desplazando el vaso con agua se puede lograr ver una
vela encendida adentro de un vaso con agua.
Cuadriculado y espejo
Se ubica un espejo sobre un papel cuadriculado tal manera que su superficie
coincida con una línea del papel cuadriculado. Se ajusta la posición del espejo de tal
manera que las líneas de la imagen, paralelas al espejo, coincidan en el borde
derecho del espejo con las líneas del papel cuadriculado. Se puede observar que los
cuadrados imagen son idénticos en tamaño a los cuadrados reales de la hoja.
Reflexión de un objeto en un espejo plano
Se coloca un objeto delante de un espejo plano. Utilizando un papel cuadriculado
se puede determinar la ubicación de la imagen del objeto en el espejo.
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Rayo láser
Se usa una emisor láser de tipo común (llavero). Al apuntar con el emisor a una
superficie se puede observar un punto rojo que corresponde a la incidencia del rayo
láser sobre esa superficie. Si se espolvorea un polvo entre el emisor y el punto se
puede observar el rayo láser debido a la reflexión del mismo en las partículas de
polvo.
Rayo láser dentro de una caja
Se utiliza una caja de vidrio transparente dentro de la cual se coloca un poco de
humo. Desde la parte externa de la caja se activa un emisor láser de tipo común
(llavero), se puede observar el rayo solamente dentro de la caja fuera de ella no se
percibe.
Rayo láser a través del agua
Se utiliza una caja de vidrio transparente con agua en la cual se ha agregado un
poquito de leche. Se emite un rayo láser en la parte externa y se dirige de tal
manera que atraviese la caja. Se puede observar que el rayo se ve claramente
dentro de la caja pero no se percibe fuera de ella.
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Trayectoria de la luz en una superficie transparente
En una pecera que contiene humo se coloca un vidrio transparente en posición
vertical. Al hacer incidir un rayo láser, formando un ángulo con la superficie de
trasparente, se puede observar que parte del rayo atraviesa la superficie y otra
parte se refleja en la misma, siendo de menor intensidad el rayo reflejado.
Trayectoria
de
la
luz
en
una
superficie
semitransparente
En una pecera que contiene humo se coloca un vidrio semitransparente en posición
vertical. Al hacer incidir un rayo láser, formando un ángulo con la superficie
semitransparente, se puede observar que parte del rayo atraviesa la superficie y
otra parte se refleja en la misma, siendo de mayor intensidad el rayo reflejado.
Trayectoria de la luz en una superficie no transparente opaca
En una pecera que contiene humo se coloca una superficie no transparente opaca
en posición vertical. Al hacer incidir un rayo láser, formando un ángulo con esa
superficie, se puede observar que el rayo no se refleja.
Trayectoria de la luz en una superficie no transparente reflectante
En una pecera que contiene humo se coloca un espejo en posición vertical. Al hacer
incidir un rayo láser, formando un ángulo con esa superficie no transparente, se
puede observar que el rayo se refleja.
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Reflexión especular de la luz
Se utiliza una pecera que contiene un poco de humo. Al hacer incidir un rayo láser,
proveniente de un apuntador, sobre un espejo colocado en su base, se puede
observar que el rayo se refleja de forma nítida.
Reflexión difusa de la luz
Se utiliza una pecera que contiene un poco de humo. Al hacer incidir un rayo láser,
proveniente de un apuntador, sobre una superficie corrugada colocada en su base,
se puede observar que el rayo se refleja de manera difusa.
Ley de la Reflexión de la Luz
Se utiliza una pecera que contiene un poco de humo. Al hacer incidir un rayo láser,
proveniente de un apuntador, sobre un espejo colocado en su base, se puede
observar que el ángulo del rayo incidente es igual al ángulo del rayo reflejado.
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Doble reflexión en espejos que forman 90º
Se dispone de dos pequeños espejos que forman 90º entre sí y se encuentran
ubicados dentro de una caja de vidrio transparente con humo. Al hacer incidir un
haz de rayo láser en uno de los espejos y ajustarlo de tal manera que se refleje en
el otro, se puede observar que el rayo de la segunda reflexión es paralelo al rayo
incidente.
Doble reflexión en espejos que forman 120º
Se dispone de dos pequeños espejos que forman 120º entre sí y se encuentran
ubicados dentro de una caja de vidrio transparente con humo. Al hacer incidir un
haz de rayo láser en uno de los espejos y ajustarlo de tal manera que se refleje en
el otro, se puede observar que el rayo de la segunda reflexión es divergente con
respecto al rayo incidente.
Doble reflexión de la luz 45º
Se dispone de dos pequeños espejos que forman 45º entre sí y se encuentran
ubicados dentro de una caja de vidrio transparente con humo. Al hacer incidir un
haz de rayo láser en uno de los espejos y ajustarlo de tal manera que se refleje en
el otro, se puede observar que el rayo de la segunda reflexión es convergente con
el rayo incidente, formándose un triángulo de rayos láser entre los espejos.
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Reflexión múltiple de imágenes
Se dispone de dos espejos planos que forman un ángulo que puede variar. Al
colocar entre ellos un objeto, se puede observar la reflexión múltiple de él en los
espejos. El número de imágenes depende del ángulo entre los espejos.
Reflexión infinita de una vela
Se coloca una vela encendida entre dos espejos paralelos. Se puede observar la
reflexión infinita de ella en los espejos.
Multiplicación de una figura
Se coloca entre dos espejos paralelos, una figura que presenta diferencias entre su
parte anterior y su parte posterior. Se puede observar la reflexión infinita de ella en
los espejos, detallando que en la reflexión se alternan la parte anterior y posterior
de la figura.
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Multiplicación de billetes
Se coloca entre dos espejos paralelos, un billete. Se puede observar la reflexión
infinita de él en los espejos, detallando que en la reflexión se alternan la parte
anterior y posterior del billete. También se puede observar que la lectura en unas
imágenes se ve correctamente y en otras volteada.
Espejo retrovisor de un automóvil
Se dispone de un letrero que tiene escrito la palabra PAZ de forma correcta en la
parte superior y volteada en la parte inferior. Al colocar el letrero frente a un espejo
se puede observar que la palabra PAZ en la parte superior se ve volteada y en la
parte inferior se puede leer correctamente.
De qué tamaño nos vemos en un espejo
Se coloca una persona frente a un espejo plano. Por medio de un marcador ella
determina en el espejo la parte superior e inferior de su cara. Al medir la longitud
real de su rostro y compararla con el tamaño de la imagen, se puede comprobar
que la imagen tiene la mitad de la longitud real.
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Ocultar objeto que produce imagen
Una persona se ubica frente a un espejo plano. En un lugar detrás y a un costado
de ella se coloca un bombillo encendido. Utilizando una lámina no transparente y
desplazándola, se puede ocultar el bombillo. También en otra posición de la lámina
se puede ocultar la imagen del bombillo.
Caja de levitación
Se dispone de una caja de madera con un espejo ubicado de tal manera que una
persona puede colocar sus pies a ambos lados de él. Al levantar el pie que se
encuentra por delante del espejo, se puede percibir que la persona flota en el aire.
1.2.- Reflexión en superficies cóncavas
Superficies reflectantes cóncavas
Se tiene un cucharón de acero inoxidable, al una persona mirarse en el lado
cóncavo de él, observa su figura invertida.
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Imagen amplificada por espejo cóncavo
Se dispone de un espejo que tiene una superficie cóncava. Al colocar un objeto
frente a él a una corta distancia, se puede observar que la imagen en el espejo
tiene un tamaño amplificado.
Imagen invertida por espejo cóncavo
Se dispone de un espejo que tiene una superficie cóncava. Si una persona se ubica
frente a él y ajusta la distancia con respecto al espejo, puede observar su imagen
invertida
Objeto flotante
Se ubica un pequeño objeto frente a un espejo cóncavo, a una distancia adecuada
entre el espejo y un observador, para poder observar la imagen real invertida del
objeto. Esto da la sensación visual de un objeto suspendido en el aire.
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Imagen tridimensional
Una persona se ubica enfrente a un espejo cóncavo de tal de manera de ver su
imagen invertida. En esa posición extiende su brazo con un pequeño objeto en su
mano. Se puede percibir una imagen del brazo saliendo del espejo con la palma de
la mano hacia abajo.
Reflexión de rayos láser en una superficie cóncava
Se dispone de una superficie cóncava de acero inoxidable colocada en el interior de
una caja de vidrio que contiene humo. Utilizando dos apuntadores láser se puede
observar la trayectoria de los rayos que inciden de forma paralela sobre su
superficie y de sus correspondientes rayos reflejados.
Reflexión de rayos láser en un espejo cóncavo
Dentro de una caja de vidrio transparente se ubica horizontalmente un espejo
cóncavo. Se coloca humo en la caja y se tapa. Desde el exterior se hacen incidir
dos rayos láser verticales paralelos, se puede observar la trayectoria de los rayos
incidentes y reflejados.
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1.3.- Reflexión en superficies convexas
Superficies reflectantes convexas
Se tiene un cucharón de acero inoxidable que presenta una superficie reflectante,
al mirarse una persona en el lado convexo de él, se observa una vista más
ampliada del lugar.
Espejo convexo
Se dispone de un espejo que tiene una superficie convexa. Si una persona se ubica
frente a él puede ver una imagen panorámica del lugar donde se encuentra.
Reflexión de rayos láser en superficies convexas
Se dispone de una superficie convexa de acero inoxidable, colocada en el interior
de una caja de vidrio que contiene humo. Utilizando apuntadores láser se puede
observar la trayectoria de dos rayos que inciden de forma paralela sobre su
superficie y de los rayos reflejados correspondientes.
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Reflexión de rayos láser en un espejo convexo
Dentro de una caja de vidrio transparente se ubica horizontalmente un espejo
convexo. Se coloca humo en la caja y se tapa. Desde el exterior se hacen incidir
dos rayos láser verticales paralelos, se puede observar la trayectoria de los rayos
incidentes y reflejados.
1.4.-Aplicaciones de la reflexión de la luz
Caleidoscopio luminoso
Se dispone de un caleidoscopio, que se coloca sobre una fuente luminosa, donde
se pueden ver en distintos tipos de mosaicos. Se puede observar también su
estructura interna para comprender su funcionamiento.
Caleidoscopio
Se dispone de un caleidoscopio cilíndrico que tiene sus tapas circulares
transparentes, de tal manera que se puede ver su estructura y comprender su
funcionamiento.
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Periscopio
Se tiene un periscopio formado por un tubo cilíndrico con dos pequeños espejos en
su interior. Los espejos tienen entre ellos un ángulo variable que se puede graduar
de tal manera de observar objetos que no son visibles directamente.
2-Refracción de la luz
2.1- Interfase aire-agua
Lápiz en un vaso con agua
Al colocar un lápiz en un vaso con agua, se puede observar el lápiz como que
estuviera quebrado. Esto es debido a la refracción de la luz en la interfase aireagua.
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Moneda oculta
En el fondo de una taza se ha pegado una moneda. Una persona se ubica de tal
manera que el borde de la taza oculte la moneda para ella. Al agregar agua a la
taza, la persona puede percibir la moneda debido a la refracción de la luz.
Moneda flotante
En una caja de vidrio transparente se ubica una moneda en su base, al colocar un
poco de agua se puede observar la moneda en el fondo del envase y otra flotando
en la superficie.
Multiplicación de monedas
En una caja de vidrio transparente, con un poco de agua, se ubica una moneda en
su base. Desde la posición mostrada en la fotografía se pueden ver varias imágenes
de la moneda.
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Muñeco empequeñecido
Se dispone de dos pequeñas vasijas. En el centro de cada una de ellas se ha
colocado un muñequito. Al agregar agua en una de las vasijas se puede observar
como el muñeco se empequeñece.
Refracción de la luz en una interfase aire-agua
Se tiene una pecera la cual contiene hasta la mitad de su altura agua con una
gotita de leche, en la otra mitad que contiene aire se ha colocado un poco de humo.
Al hacer incidir un rayo, producido por un apuntador láser, en la superficie de
separación del agua con el aire, se puede observar la refracción del mismo.
Refración y reflexión de la luz en una interfase aire-agua
Se tiene una caja de vidrio la cual contiene hasta la mitad de su altura agua con
una gotita de leche, en la otra mitad que contiene aire se ha colocado un poco de
humo. Al enviar un rayo, producido por un apuntador láser, desde el aire hacia la
parte que contiene agua se puede observar que parte del rayo se refracta y otra
parte se refleja.
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Refración y reflexión de la luz en una interfase agua-aire
Se tiene una caja de vidrio la cual contiene hasta la mitad de su altura agua con
una gotita de leche, en la otra mitad que contiene aire se ha colocado un poco de
humo. Al enviar un rayo, producido por un apuntador láser, desde el agua hacia la
parte que contiene aire se puede observar que parte del rayo se refracta y otra se
refleja.
Ángulo crítico
Se tiene una caja de vidrio la cual contiene hasta la mitad de su altura agua con
una gotita de leche, en la otra mitad que contiene aire se ha colocado un poco de
humo. Al enviar un rayo láser desde el agua hacia la parte que contiene aire se
puede encontrar un ángulo, para el cual el rayo refractado forma con respecto a la
normal a la interfase agua-aire. A ese ángulo formado por el rayo incidente y la
normal a la interface agua-aire se le denomina ángulo crítico.
Reflexión total
Se tiene una caja de vidrio la cual contiene agua, con una gotita de leche, hasta la
mitad de su altura. En la otra mitad contiene aire donde se ha colocado un poco de
humo. Al enviar un rayo láser desde el agua hacia la parte que contiene aire, con
un ángulo mayor que el ángulo crítico, se puede observar que no existe refracción y
todo el rayo se refleja.
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Reflexión total múltiple
Se tiene una caja de vidrio larga la cual contiene agua, con una gotita de leche,
hasta un tercio de su altura. El resto contiene aire donde se ha colocado un poco de
humo. Al enviar un rayo láser desde el agua hacia la parte que contiene aire, con
un ángulo mayor que el ángulo crítico, se puede observar que existe una reflexión
total múltiple del rayo láser en la separación agua-aire de la caja de vidrio.
2.2.-Otras Interfases
Fibra óptica
Se dispone de un paralelepípedo de lados angostos que contiene agua con una
gotita de leche. En él se puede simular el comportamiento físico de una fibra óptica
por medio de la reflexión total múltiple de un rayo láser en la interfase agua-vidrio.
Doble refracción en una interfase aire-agua y agua-aire
Se tiene una caja de vidrio en cuyo interior se encuentra otra caja de vidrio más
pequeña que contiene agua con una gotita de leche. En la caja externa se coloca un
poco de humo. Al hacer incidir un rayo láser con un ángulo en la caja de vidrio
externa, se puede observar la refracción del mismo en la interfase aire-agua y
posteriormente en la interfase agua-aire.
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Interfase aire-aceite y aceite-agua
Se dispone de una caja de vidrio la cual contiene en su parte inferior agua con una
gotita de leche, luego aceite y en la parte superior aire con un poco de humo. Al
hacer incidir un rayo láser con cierto ángulo, de tal manera que atraviese los tres
medio, se puede observar la refracción del rayo en la interfase aire-aceite y luego
en la interfase aceite-agua.
Prisma
Al hacer pasar un rayo de luz blanca por un prisma se puede observar la
descomposición del mismo debido a la distinta refracción de sus componentes, lo
cual da lugar a un espectro o conjunto multicolor.
2.3.-Lentes convexas cilíndricas
Lente cilíndrica
Se tiene un pequeño tubo cilíndrico con agua colocado en un soporte. Al desplazar
el tubo verticalmente, se puede percibir invertida una lectura ubicada en su base
debido a la curvatura del tubo.
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Botellas con agua
Se observa a través de una botella con agua un pequeño letrero. Ajustando la
distancia de la botella al ojo, se puede ver la lectura amplificada o invertida.
2.4.- Lentes convexas esféricas
Determinación del foco de una lente convexa
Se utiliza una lente convexa a través de la cual se hace pasar un haz de luz de una
fuente distante débil. La lente se puede acomodar hasta ver de forma nítida un
punto en una pantalla. La distancia entre la lente y la pantalla corresponde a la
distancia focal de la lente.
Lente convexa como lupa
Se dispone de una lente convexa, la cual es colocada próxima a un material
escrito. Esto permite observar la amplificación de las letras.
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Lente convexa de altura ajustable
Se dispone de una lente convexa colocada en un soporte vertical que permite
variar su altura. A través de la lente se puede ver información de un periódico
ubicado en el suelo. Al alejar la lente a una determinada altura se puede observar
que la lectura se invierte y además el lado derecho de ella se ve al lado izquierdo
de la lente.
Incendiando un papel con una lupa
Los rayos de luz que inciden paralelos al eje perpendicular de una lente convexa,
se concentran en un punto denominado foco. Si en dicho punto colocamos un
papel, éste puede ser incendiado por los rayos solares.
Bombillo invertido
Si ubicamos un bombillo encendido a una distancia mayor a la distancia focal de
una lente convexa, se puede observar su imagen invertida en una pantalla.
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Dos bombillos invertidos
Si ubicamos dos bombillo de distinto color encendidos, a una distancia mayor a la
distancia focal de una lente convexa, se puede observar sus imágenes invertidas en
una pantalla y los lugares de ubicación alternados. Esto debido a la doble curvatura
horizontal y vertical de la lente.
Rostro invertido
Se dispone de un envase de vidrio transparente que tiene forma esférica. Al
llenarlo de agua puede ser utilizado como una lente convexa. . Si se mira a través
del envase de vidrio, se puede observar el rostro invertido de una persona ubicada
detrás de él.
Pecera como lente convexa
Se dispone de un envase de vidrio transparente que tiene forma esférica. Al
llenarlo de agua puede ser utilizado como una lente convexa. Si se mira a través
del envase de vidrio dos afiches de distinto color, se puede observar que ellos se
ven invertidos y alternados de lugar.
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Dos imágenes en lente convexa
En una lente convexa se puede observar simultáneamente la imagen de un
bombillo encendido y también su imagen invertida amplificada.
3-Difracción de la luz
3.1.-Fenómenos de difracción
Difracción de rendija simple
Se coloca una fuente de luz de tal manera que atraviese una fina ranura. Se
pueden observar las bandas claras y obscuras que muestran la difracción de la luz.
Difracción entre dos dedos
Al colocar dos dedos de la mano juntos, del tal manera que quede entre ellos una
rendija, y mirar a través de ellos a una fuente de luz, se pueden observar franjas
claras y obscuras que corresponde al patrón de difracción de la luz al pasar por una
ranura estrecha.
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Difracción en una abertura circular
Se coloca una fuente de luz de tal manera que atraviese un pequeño orificio
circular. Se pueden observar los anillos claros y obscuros que muestran la
difracción de la luz.
Difracción de la luz por una moneda
Al colocar una moneda entre una fuente de luz monocromática y una pantalla de
proyección, se puede obtener el patrón de difracción de la moneda y observar las
franjas claro-obscura de los márgenes y un pequeño punto luminoso en su centro.
Difracción de la luz por una hojilla de rasurar
Al colocar una hojilla de rasurar entre una fuente de luz monocromática y una
pantalla de proyección, se puede obtener el patrón de difracción de la hojilla y
observar las franjas claro-oscura de los márgenes.
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4-Interferencia
4.1 Fenómenos de interferencia
Difracción de la luz en un CD
Los surcos de un disco compacto se constituyen en una rejilla de difracción. La luz
blanca reflejada desde las regiones entre los surcos interfiere constructivamente
sólo en ciertas direcciones que dependen de la longitud de onda y de la dirección de
la luz incidente. Eso hace que la superficie del CD tenga una apariencia multicolor.
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