Tippens fisica 7e_diapositivas_34a
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Este documento presenta los conceptos básicos de la reflexión de la luz y las imágenes formadas por espejos. Explica que la luz se puede reflejar, refractar o absorber cuando incide en la interfaz entre dos medios. Define las leyes de la reflexión, y describe cómo los espejos planos, cóncavos y convexos forman imágenes reales o virtuales dependiendo de la posición del objeto. Finalmente, ilustra cómo construir imágenes usando rayos de luz y los diferentes tipos de imágenes creadas por espejos conver
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- 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. Óptica geométrica En el estudio de cómo se comporta la En el estudio de cómo se comporta la luz, es útil usar ““rayos de luz”” y el hecho luz, es útil usar rayos de luz y el hecho de que la luz viaja en líneas rectas. de que la luz viaja en líneas rectas. Cuando la luz golpea Air e la frontera entre dos medios, pueden ocurrir tres cosas: absorción reflexión, refracción o absorción. reflexión Agua refracción
- 4. Reflexión, refracción y absorción Air 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. Air e absorción absorption reflexión reflection Agua Water refracción refraction Absorción: Un rayo se absorbe atómicamente en el agua y no reaparece.
- 5. Leyes de la reflexión 1. El ángulo de incidencia θi es igual al ángulo de reflexión θr : Air e N reflexión θi θr θi i = θrr θ =θ Agua Todos los ángulos de los rayos se miden con respecto a la normal N. 3. Los rayos son 2. El rayo incidente, el completamente rayo reflejado y la reversibles. normal N están todos en el mismo plano.
- 6. El espejo plano Un espejo es una superficie enormemente pulida que forma imágenes al reflejar la luz uniformemente. Nota: las imágenes parecen ser equidistantes detrás del espejo y derechaizquierda están invertidas.
- 7. Definiciones Distancia al objeto: Distancia en línea recta p desde la superficie del espejo al objeto. Distancia a la imagen: Distancia en línea recta q desde la superficie del espejo a la imagen. Distancia al objeto = p=q Distancia a la imagen θi = θr Objeto p Imagen q
- 8. 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. Rayos de luz No hay luz Objeto real Imagen virtual Las imágenes virtuales están en el lado opuesto del espejo a los rayos entrantes.
- 9. Imagen de un objeto puntual Espejo plano Objeto real p q=p q Imagen virtual La imagen parecer estar a la misma La imagen parecer estar a la misma distancia detrás del espejo sin importar el distancia detrás del espejo sin importar el ángulo de visión. ángulo de visión.
- 10. Imagen de un objeto extendido Espejo plano p q=p q Imagen virtual La imagen de arriba y abajo de la La imagen de arriba y abajo de la guitarra muestra inversión de adelanteguitarra muestra inversión de adelanteatrás, derecha-izquierda. atrás, derecha-izquierda.
- 11. Términos de espejos esféricos Un espejo esférico se forma mediante las superficies interior (cóncava) o exterior (convexa) de una esfera. Aquí se muestra un espejo esférico cóncavo con identificación de sus partes. Se muestran el eje y la abertura lineal. Espejo cóncavo R V Eje C Abertura lineal Centro de curvatura C Radio de curvatura R Vértice V
- 12. Distancia focal f de un espejo Rayo paralelo incidente C R F θi θr eje Punto focal Distancia focal, f V f Como θi = θr, se encuentra que F está a medio camino entre V y C; se tiene: La distancia focal f es: R f = 2 La distancia focal ff es igual a la mitad del radio R La distancia focal es igual a la mitad del radio R
- 13. 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. Rayos paralelos incidentes eje C F Punto focal Para objetos Para objetos ubicados en el ubicados en el infinito,, la imagen infinito la imagen real aparece en el real aparece en el punto focal pues los punto focal pues los rayos de luz son rayos de luz son casi paralelos. casi paralelos. R f = 2
- 14. 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; Rayos incidentes divergen rayos reflejados. R C R f = 2 eje F Rayos reflejados
- 15. Construcción de imagen: Rayo 1: Un rayo paralelo al espejo pasa a Rayo 1: Un rayo paralelo al espejo pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo través del punto focal de un espejo cóncavo o parece venir del punto focal a un espejo o parece venir del punto focal a un espejo convexo. convexo. Rayo 1 C Espejo convexo Rayo 1 F Objeto Espejo cóncavo C F Objeto
- 16. Construcción de imagen (Cont.): Rayo 2: Un rayo que pasa a través del foco Rayo 2: Un rayo que pasa a través del foco en un espejo cóncavo o procede hacia el en un espejo cóncavo o procede hacia el foco de un espejo convexo se refleja paralelo foco de un espejo convexo se refleja paralelo al eje del espejo. al eje del espejo. Rayo 1 C Rayo 2 Espejo convexo F Imagen Espejo cóncavo Rayo 1 Rayo 2 C F Imagen
- 17. Construcción de imagen (Cont.): Rayo 3: Un rayo que proceda a lo largo del Rayo 3: Un rayo que proceda a lo largo del radio siempre se refleja de regreso a lo largo radio siempre se refleja de regreso a lo largo de su trayectoria original. de su trayectoria original. Rayo 1 Rayo 3 Rayo 1 Rayo 2 Rayo 2 C Espejo cóncavo F Rayo 3 C F Imagen Espejo convexo
- 18. Naturaleza de las imágenes Un objeto se coloca enfrente de un espejo cóncavo. Un objeto se coloca enfrente de un espejo cóncavo. Es útil trazar las imágenes conforme el objeto se Es útil trazar las imágenes conforme el objeto se mueve cada vez más cerca al vértice del espejo. mueve cada vez más cerca al vértice del espejo. Se quiere localizar la imagen y responder tres preguntas para posibles posiciones: 1. ¿La imagen es derecha o invertida? 2. ¿La imagen es real o virtual? 3. ¿Es alargada, reducida o del mismo tamaño?
- 19. Objeto afuera del centro C 1. La imagen es invertida; es decir, opuesta a la orientación del objeto. 2. La imagen es real; es decir, se forma por rayos de luz reales enfrente del espejo. 3. La imagen es reducida en tamaño; es decir, más pequeña que el objeto. Rayo 1 Rayo 2 C Espejo cóncavo F Rayo 3 La imagen se La imagen se ubica entre C y F ubica entre C y F
- 20. Objeto en el centro C 1. La imagen es invertida; es decir, opuesta a la orientación del objeto. 2. La imagen es real; es decir, se forma por rayos de luz reales enfrente del espejo. 3. La imagen es del mismo tamaño que el objeto. Rayo 1 Rayo 2 C F Rayo 3 La imagen se ubica La imagen se ubica en C, invertida. en C, invertida.
- 21. 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. 3. La imagen es alargada en tamaño; es decir, mayor que el objeto. Rayo 1 Rayo 3 C F Rayo 2 La imagen está La imagen está afuera del centro C afuera del centro C
- 22. Objeto en el punto focal Cuando el objeto se Cuando el objeto se ubica en el punto ubica en el punto focal del espejo, la focal del espejo, la imagen no se forma imagen no se forma (o se ubica en el (o se ubica en el infinito). infinito). Los rayos reflejados paralelos nunca se cruzan. Rayo 3 Rayo 1 C F Los rayos reflejados son paralelos La imagen se ubica La imagen se ubica en el infinito (no se en el infinito (no se forma). forma).
- 23. Objeto dentro del punto focal 1. La imagen es derecha; es decir, con la misma orientación que el objeto. 2. La imagen es virtual; esto es, parece ubicarse detrás del espejo. 3. La imagen es alargada; más grande que el objeto. C F Derecha y alargada Imagen virtual La imagen se La imagen se ubica detrás del ubica detrás del espejo espejo
- 24. Observe las imágenes conforme el objeto se acerca al espejo Rayo Rayo 1 Rayo 1 1 Rayo Rayo Rayo Rayo Rayo 3 C2 2 1 3 C CC C FF F F Imagen Los reflejados Derecha y rayosRayo 3virtual son Rayo Espejo Rayo 3 alargada paralelos cóncavo 2
- 25. Imágenes en espejo convexo Espejo convexo Rayo 1 Espejo convexo 2 Rayo 2 C F Imagen Rayo 1 C F La imagen se hace más grande conforme el objeto se acerca Todas las imágenes son derechas,, virtuales y Todas las imágenes son derechas virtuales y reducidas.. Las imágenes se hacen más reducidas Las imágenes se hacen más grandes conforme el objeto se aproxima. grandes conforme el objeto se aproxima.
- 26. Espejos convergentes y divergentes De aquí en adelante, a los espejos cóncavos y los rayos paralelos convergentes se les llamará espejos convergentes Espejo convergente C De aquí en adelante, a los espejos convexos y los rayos paralelos divergentes se les llamará espejos divergentes. Espejo divergente F C Cóncavo F Convex o
- 27. Resumen Reflexión: Un rayo del aire golpea el agua y regresa al aire. Air e absorción reflexión Agua refracción 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. Resumen (Cont.) 1. El ángulo de incidencia θi es igual al ángulo de reflexión θr : Air e N reflexión θi θr Agua θi i = θrr θ =θ 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. 3. Los rayos son completamente reversibles.
- 29. Resumen (Definiciones) Distancia al objeto: Distancia en línea recta p desde 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 Rayo 1: Un rayo paralelo al eje del espejo pasa a través del punto focal de un espejo pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o parece venir del punto focal de cóncavo o parece venir del punto focal de un espejo convexo. un espejo convexo. Rayo 2: Un rayo que pasa a través del foco Rayo 2: Un rayo que pasa a través del foco de un espejo cóncavo o procede hacia el de un espejo cóncavo o procede hacia el foco de un espejo convexo se refleja paralelo foco de un espejo convexo se refleja paralelo al eje del espejo. al eje del espejo. Rayo 3: Un rayo proveniente del radio siempre se Rayo 3: Un rayo proveniente del radio siempre se refleja de regreso a lo largo de su trayectoria original. 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 34A Reflexión y espejos (Geometría)