Experiencias de reflexión
I.- Reflexión de la luz
1.- Objetivo de la experiencia
Queremos ver qué pasa al observar diferentes cuerpos opacos con un haz de luz.
2.- Fundamento teórico
La reflexión es el cambio de dirección de una onda al pasar de un medio a otro. Puede ser especular (los rayos reflejados son paralelos a los incidentes, se da para superficies lisas) o difusa (los rayos reflejados no son paralelos a los incidentes, debido a las rugosidades de la superficie).
3.- Material necesario
Utilizaremos los siguientes elementos del equipo PHYWE:
-Tres diafragmas de cierre hermético
-Un diafragma de 1/2 rendijas
-Espejo
-Varias superficies (papel, cartón)
-Linterna
-Fuente de alimentación
4.- Desarrollo de la experiencia
Colocamos el diafragma de una rendija en la linterna e iluminamos diferentes superficies.
5.- Resultados y conclusiones
Se observa que, cuanto más oscuro es un cuerpo, menos se ilumina, es decir, menos luz refleja. Podemos resumir las observaciones en el siguiente cuadro:
| Cuerpo | Iluminación |
| Papel negro | Un cuerpo negro absorbe toda la luz. Al no ser perfectamente negro, la absorbe casi toda. |
| Papel blanco | El blanco no absorbe ninguna longitud de onda, así que se ilumina intensamente. |
| Papel de color | Se ilumina en un color determinado, pues solo refleja la luz que tenga esa longitud de onda. |
| Lámina de aluminio arrugada | Refleja casi toda la luz, pero de forma difusa. |
| Lámina de aluminio lisa | Refleja toda la luz. |
| Espejo | Refleja toda la luz. |
II.- Reflexión en el espejo plano
1.- Objetivo de la experiencia
Buscamos establecer una relación entre la dirección del haz incidente y la del reflejado.
2.- Fundamento teórico
En la práctica anterior ya se explicó en qué consiste la reflexión. Un espejo es una superficie de vidrio o metal pulido que se utiliza para cambiar la dirección de un rayo de luz sin que cambie de medio.
3.- Material necesario
Utilizaremos los siguientes elementos del equipo PHYWE:
-Tres diafragmas de cierre hermético
-Un diafragma de 1/2 rendijas
-Espejo
-Libro grueso
-Disco óptico
-Linterna
-Fuente de alimentación
4.- Desarrollo de la experiencia
Ponemos el diafragma de una rendija en la parte anterior de la linterna, y enfocamos el disco óptico, en uno de cuyos diámetros habremos colocado el espejo.
Hacemos incidir el haz de luz sobre el espejo, probando varios ángulos de incidencia y anotando los resultados.
La segunda parte de la práctica consiste en hacer incidir la luz sobre el espejo, situado en el extremo de una hoja de papel doblada. Iremos desdoblando la hoja hasta alcanzar la horizontal.
5.- Resultados y conclusiones
Los ángulos de incidencia y sus correspondientes ángulos de reflexión:
Ángulo de incidencia | Ángulo reflejado |
| 60 | 60 |
| 20 | 20 |
| 45 | 45 |
| 75 | 75 |
Por otra parte, al ir desdoblando la hoja de papel, se observa que, cuanto más horizontal esté, más largo es el rayo de luz que se ve. Esto se debe a que el rayo incidente y el reflejado están en el mismo plano. Por tanto, veremos el rayo completo cuando la hoja esté completamente horizontal.
III.- Imágenes en el espejo plano
1.- Objetivo de la experiencia
Queremos observar la formación y propiedades de las imágenes en un espejo plano.
2.- Fundamento teórico
Un espejo plano es una superficie pulida que refleja la luz, y que no proporciona aumento a las imágenes que forma.
3.- Material necesario
Utilizaremos los siguientes elementos del equipo PHYWE:
-Tres diafragmas de cierre hermético
-Un diafragma de 1/2 rendijas
-Espejo
-Goma de borrar
-Linterna
-Fuente de alimentación
4.- Desarrollo de la experiencia
Para la primera parte, colocamos a una distancia conocida del borde de la mesa un espejo, en contacto con un cartabón. A la mitad aproximadamente del cartabón, ponemos una goma de borrar en la que escribimos “SAAL”. Mirando a ras de la mesa, observamos la goma reflejada en el espejo.
La segunda parte requiere que encendamos la linterna y hagamos tres marcas en un papel, con 1.5 cm de separación entre ellas. Haremos otra marca perpendicular a estas, a 5 cm. El espejo lo ponemos sobre la línea en la que hemos hecho las tres marcas. Hacemos incidir la luz de forma que pasa por la marca hecha a 5 cm (G) y, alternativamente por cada uno de los puntos separados 1.5 cm. Observamos el trazado de los rayos y los prolongamos, viendo que se cortan en un punto. En ese punto se formaría la imagen.
Diagrama con la situación de la goma y el espejo
5.- Resultados y conclusiones
En lo referente a la primera parte, vemos que la goma sale a la misma distancia que está el objeto, y su tamaño no varía. Vemos también que la palabra “SAAL” está al revés.
En cuanto a la segunda parte, vemos que el punto en el que se cortan los rayos está a la misma distancia del espejo que el punto objeto (G).
Podemos concluir que las imágenes de los espejos planos son del mismo tamaño que el objeto, derechas y virtuales.
IV.- Reflexión en el espejo cóncavo
1.- Objetivo de la experiencia
Queremos estudiar la trayectoria de los haces de luz reflejados en el espejo cóncavo.
2.- Fundamento teórico
Un espejo cóncavo es un espejo esférico con curvatura positiva. Tiene las propiedades habituales de un espejo, aparte de otras debidas a su curvatura (su distancia imagen no es la misma que la distancia objeto, tiene aumento...).
Esquema del paso de un rayo por el centro del espejo cóncavo
3.- Material necesario
Utilizaremos los siguientes elementos del equipo PHYWE:
-Tres diafragmas de cierre hermético
-Un diafragma de 1/2 rendijas
-Un diafragma de 3/5 rendijas
-Espejo cóncavo
-Compás
-Regla
-Linterna
-Fuente de alimentación
4.- Desarrollo de la experiencia
Pintamos una línea (eje óptico) sobre un papel, y marcamos un punto S. En un extremo situamos un espejo, y en el otro la linterna con el diafragma de cinco rendijas. Variamos la posición del espejo sin que deje nunca el vértice S. Observamos la marcha de los rayos, y vemos que convergen en un punto tras reflejarse. Ese punto es el foco del espejo, y la distancia focal es la distancia que lo separa de S. Podemos ver que hay una relación entre la distancia focal y el radio de curvatura del espejo: la focal es la mitad del radio.
Para la segunda parte, cambiamos el diafragma de la lámpara por el de una rendija. Hacemos que el rayo de luz incida paralelo al eje óptico sobre el espejo. Evidentemente, pasará por el foco tras reflejarse. De igual forma, si incide pasando por el foco, se refleja de paralelamente al eje. Para cada punto del espejo, este es plano. Por lo tanto, si incidimos perpendicularmente sobre él, el rayo no se desviará. Esto es lo que ocurre con un rayo que incide pasando por el centro de curvatura. Los tres rayos que hemos mencionado se cortan en un punto: ahí es donde aparecería la imagen (real, ya que no han sido sus prolongaciones las que se han cortado).
5.- Resultados y conclusiones
Para un espejo cóncavo se cumple que: los rayos que inciden paralelos se reflejan pasando por el foco; los que inciden pasando por el foco se reflejan paralelos al eje; y los que pasan por el centro de curvatura no se desvían.
V.- Formación de imágenes en el espejo cóncavo
1.- Objetivo de la experiencia
Queremos estudiar la formación de imágenes en un espejo cóncavo.
2.- Fundamento teórico
El fundamento de esta práctica es el mismo que el de la anterior. Ahora intentaremos, además, averiguar algo sobre las imágenes que se forman en el espejo.
3.- Material necesario
Utilizaremos los siguientes elementos del equipo PHYWE:
-Tres diafragmas de cierre hermético
-Un diafragma de 1/2 rendijas
-Un diafragma de 3/5 rendijas
-Espejo cóncavo
-Compás
-Regla
-Linterna
-Fuente de alimentación
4.- Desarrollo de la experiencia
Preparamos el equipo con foco, diafragma de una ranura y espejo, sobre un papel. Dibujamos el eje óptico, y en un punto determinado, una flecha vertical hacia arriba. Hacemos que el rayo de luz pase por la flecha, paralelo al eje, y se refleje en el espejo. A continuación hacemos que otro rayo pase por el foco, y vemos que se refleja en paralelo. Los dos rayos se cortarán en un punto, y ese será el lugar donde se forme la imagen.
Con el mismo montaje, variamos la posición del objeto, viendo cómo cambian las características de la imagen formada, según el siguiente cuadro:
objeto>2f | invertida | real | menor |
| objeto=2f | invertida | real | igual |
| 2f>objeto>f | invertida | real | mayor |
| objeto | derecha | virtual | mayor |
5.- Resultados y conclusiones
Observamos que la imagen formada en el primer caso es real, invertida y tiene un tamaño menor que el objeto. En el segundo, tenemos características diferentes para cada posición
VI.- Reflexión en el espejo convexo
1.- Objetivo de la experiencia
Queremos estudiar la trayectoria de los haces de luz reflejados en el espejo convexo, así como su distancia focal.
2.- Fundamento teórico
Un espejo convexo es un espejo esférico con curvatura negativa. Tiene las propiedades habituales de un espejo, aparte de otras debidas a su curvatura (su distancia imagen no es la misma que la distancia objeto, tiene aumento...).
3.- Material necesario
Utilizaremos los siguientes elementos del equipo PHYWE:
-Tres diafragmas de cierre hermético
-Un diafragma de 1/2 rendijas
-Un diafragma de 3/5 rendijas
-Espejo convexo
-Compás
-Regla
-Linterna
-Fuente de alimentación
4.- Desarrollo de la experiencia
Pintamos una línea (eje óptico) sobre un papel, y marcamos un punto S. En un extremo situamos un espejo, y en el otro la linterna con el diafragma de cinco rendijas. Variamos la posición del espejo sin que deje nunca el vértice S. Observamos la marcha de los rayos, y vemos que los rayos divergen tras reflejarse. Prolongamos los rayos de forma que se corten en un punto. Ese punto es el foco del espejo, y la distancia focal es la distancia que lo separa de S. Podemos ver que hay una relación entre la distancia focal y el radio de curvatura del espejo: la focal es la mitad del radio.
5.- Resultados y conclusiones
En un espejo convexo las prolongaciones de los rayos que inciden paralelos pasan por el foco, y las prolongaciones de los rayos que pasan por el foco se reflejan paralelas. La relación entre la distancia focal y el radio de curvatura es la misma que para el espejo cóncavo: f=R/2.
VII.- Formación de imágenes en el espejo convexo
1.- Objetivo de la experiencia
Queremos estudiar la formación de imágenes en un espejo convexo
2.- Fundamento teórico
El fundamento de esta práctica es el mismo que el de la anterior. Ahora intentaremos, además, averiguar algo sobre las imágenes que se forman en el espejo.
3.- Material necesario
Utilizaremos los siguientes elementos del equipo PHYWE:
-Tres diafragmas de cierre hermético
-Un diafragma de 1/2 rendijas
-Un diafragma de 3/5 rendijas
-Espejo convexo
-Compás
-Regla
-Linterna
-Fuente de alimentación
4.- Desarrollo de la experiencia
Operamos igual que para el espejo cóncavo: dibujamos el eje óptico, una flecha vertical hacia arriba y hacemos que el rayo de luz pase por ella, paralelo al eje. Luego hacemos que otro rayo pase por el foco, y otro por el vértice. Vemos que los rayos no se cortan, así que los prolongamos. La imagen aparecerá en el punto en que se cortan. Este punto está a la derecha del espejo, por lo que la imagen es virtual.
Si ahora hacemos lo mismo que en la práctica análoga del espejo cóncavo (con una pantalla y un diafragma o mediante dibujos vamos buscando diferentes posiciones del objeto), vemos que en ningún caso obtenemos una imagen real.
5.- Resultados y conclusiones
El espejo convexo nos da una imagen derecha, virtual y de menor tamaño que el objeto, sin importar dónde esté situado este.