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  • 7/30/2019 Guia Optica

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    Colegio Champagnat de Bogot

    Asignatura Fsica

    GUA DE TRABAJO GRADO NOVENOFenmenos lumnicos

    Profesora Yenifer Hernndez L

    PROPSITO: Con la siguiente gua se pretende afianzar aprendizajes de acuerdo con latemtica vista durante el tercer periodo de manera que existan bases desde la parte delrazonamiento terico y matemtico con los fenmenos lumnicos.En esta gua se presentara una parte introductoria acerca de la historia de la naturalezade la luz algunos fenmenos y caractersticas que se le atribuyen.A CONTINUACIN SE MOSTRARA LOS EJERCICIOS A REALIZAR ENDOS ETAPAS: La primera es un trabajo en casa de manera individual y la segunda untrabajo en clase en grupo mximo de Tres estudiantes se trabajara con esta misma guaen las dos etapas al finalizar la clase se entregara al docente.

    La naturaleza de la luzEl estudio de la luz ha ocupado a la comunidad cientfica desde hace una encontra de la otra. Una de estas teoras indica que la luz est compuesta porpartculas que viajan en lnea recta, mientras la otra defiende el hecho que laluz presenta un comportamiento ondulatorio. Pero, en el intento porelaborar una interpretacin acerca de la naturaleza de la luz, se hanpresentado distintas visiones a lo largo de historia. A continuacin haremosmencin de estas teoras. Las primeras participaciones pertenecen a losgriegos, entre ellos Leucipo (450 a.C.), quien consideraba que todo cuerpodesprenda una imagen que era captada por los ojos e interpretada por elalma. Posteriormente, Euclides (300 a.C.) introdujo la idea que de que la luzera un rayo emitido por el ojo y que se propagaba en lnea recta hasta

    alcanzar el objeto.

    El mdico rabe Alhazn (956-1039), fue el encargado de determinar que la luz proceda del Sol,siendo los ojos receptores y no emisores; y que en ausencia de la luz los objetos que no tenanluz propia no pueden reflejar nada y, por lo tanto, no se pueden ver.

    Figura 1. Isaac Newton(16431727) construy lateora corpuscular de la luz.

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    Actividad de indagacin:

    De la figura 2, indague 4 cientficos de manera cronolgica teniendo en cuenta losaportes que realizaron con la naturaleza de la luz. (hgalo con una lnea de tiempoo cuadro conceptual).

    Figura 2. Cientficos quienes se encargaron de todo el estudio y naturaleza de la

    DEF INI CIN:La luz se comporta comouna onda

    electromagnti ca en todolo referente a supropagacin,Sin embargo se comportacomo un haz de par tculas(fotones) cuandointeracciona con lamateria.

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    Rayos de luz

    Un rayo de luz se puede considerar como la lnea imaginaria trazada en la direccin

    de propagacin de la onda y perpendicular al frente de onda. Cuando la fuentepuntual se encuentra muy lejos del objeto sobre el cual incide, sus frentes de ondapueden ser considerados como planos. Unejemplo de ello es la luz proveniente del

    Sol, cuya distancia a la Tierra es de 150.000.000 km, y sus rayos luminosos sonpercibidos paralelos entres y, por consiguiente, los frentes de onda planos.

    Un haz de rayos es el conjunto de rayos provenientes de una fuente puntual. Unrayo de luz es una idealizacin, a partir de la cual se pretende describir elcomportamiento de la luz. Al estudio de la luz por medio de rayos se denomina

    ptica geomtrica. La ptica geomtrica es utilizada para laconstruccin de lentes que corrigen defectos del ojo como lamiopa, la hipermetropa, el astigmatismo, etc. Tambin se usa endiferentes instrumentos pticos, tales como telescopios, microscopios,estereoscopios, etc.

    ACTIVIDAD DE INDAGACIN 2.

    De acuerdo con los rayos de luz y el estudio de la ptica geomtrica, represente pormedio de un dibujo las partes del telescopio y explique detalladamente sufuncionamiento.

    Reflexin de la luzAl igual que las ondas sonoras, se refleja cuando incide sobre un medioa luzmaterial.Se distingue dos tipos de reflexin:Reflexin especular: la luz se refleja sobre una superficie pulimentada, como unespejo.Reflexin difusa: la luz se refleja sobre una superficie rugosa y los rayos salenrebotados en todas direcciones.

    Figura 3. Un experimento sencillo para demostrar la propagacin de la luz en lnea recta, siempreque el medio de propagacin sea homogneo.

    http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/2esobiologia/2quincena4/2q4_contenidos_3c.htmhttp://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/2esobiologia/2quincena4/2q4_contenidos_3c.htmhttp://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/2esobiologia/2quincena4/2q4_contenidos_3c.htm
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    Para describir de forma geomtrica la reflexin de la luz, es conveniente definir unaserie de elementos que se pueden apreciar en la figura 3 y figura 4 (recuerda quenos referiremos a los rayos de luz y no a los frentes de onda).

    El rayo incidente es el rayo que llega o incide en la frontera de los medios.El rayo reflejado es el rayo que se devuelve por el mismo medio, una vezllega a la frontera.La normal, N, es la recta perpendicular a la lnea que divide los dos medios,es decir, la superficie del segundo medio.ngulo de incidencia, i, es el ngulo que forma el rayo incidente con lanormal.ngulo reflejado, r, es el ngulo que forma el rayo reflejado con la normal.

    Figura 3 Figura 4

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    Refraccin de la luzCuando llega la onda de luz a la frontera entre dos medios, una parte de ella serefleja y la otra se transmite. La caracterstica ms llamativa de esta onda que estransmitida al otro lado de la superficie de la frontera, es que sus rayos noconservan la misma direccin que los de la ondaincidente. Este fenmeno en el que se presenta la flexin de los rayos en la

    transmisin de ondas se denomina refraccin.Cuando la luz cambia de medio, su velocidad de propagacin cambia, en cuanto amagnitud y direccin, de acuerdo con las caractersticas del medio. Por ejemplo,cuando un rayo de luz pasa del medio aire al medio agua, cambia su direccinacercndose a la normal y disminuyendo su rapidez de propagacin. Es por esto quesi estamos en el medio aire y observamos a un objeto sumergido en agua lo vemosde mayor tamao y ms cercano comparado a la observacin hecha si el objeto esten el mismo medio, aire, como se observa en la figura 5. Para describir de formageomtrica la refraccin de la luz, es conveniente definir los siguientes elementos,que se ilustran en la siguiente figura:

    El rayo incidente es el rayo que llega o incide en la frontera de los medios.El rayo refractado es el rayo que se transmite por el segundo medio, una vezllega a la frontera.La normal es la recta perpendicular a la lnea que divide los dos medios, esdecir, la superficie del segundo medio.ngulo de incidencia es el ngulo que forma el rayo incidente con la normal,se denota con la letra i.ngulo de refraccin es el ngulo que forma el rayo reflejado con la normal,se identifica con r.

    Al igual que en la reflexin, el rayo incidente, la normal y el rayo reflejadose encuentran en un mismo plano.

    Figura 5. La percepcin que se tiene del objeto cambia, si la onda de luz llega a lafrontera entre dos medios.

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    ACTIVIDAD DE INDAGACIN 3.

    1. Por qu el arco iris es un ejemplo de refraccin?2.Indague acerca de las aplicaciones fsicas cotidianas con

    estos dos fenmenos de la luz la reflexin y la refraccin

    adicional a ello ejemplifique por lo menos con dosdibujos cada uno de estos fenmenos.

    OPTICA GEOMETRICA.Segunda etapa

    Espejos esfricosLos espejos esfricos son casquetes de superficies esfricas regularmente reflectoras. Deacuerdo con la cara del casquete por donde incida la luz, el espejo puede ser cncavo oconvexo. En un espejo cncavo la superficie reflectora es la parte interior de la superficieesfrica. En uno convexo, la luz incide por la parte externa de la superficie esfrica. Talcomo lo muestra la siguiente figura.

    Tanto en los espejos cncavos como en los convexos, se distinguen lossiguientes elementos, que se sealan en la figura anterior:Radio de curvatura, R, que es el radio de la esfera a la cual

    pertenece el casquete.Centro de curvatura, C, punto central de la esfera.El vrtice, V, es el centro topogrfico del casquete esfrico.

    Figura 6. Al lado izquierdo se encuentra un espejo cncavo y al lado derecho un espejoconvexo.

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    El eje ptico es la lnea recta que pasa por el centro de curvatura yel vrtice.El foco, F, del espejo es el punto medio entre el centro decurvatura y el vrtice. A la distancia entre el foco y el vrtice delespejo se le conoce como distancia focal (f), as que:

    Por otra parte, en la grfica se observan tres rayos particularesdenominados rayos notables:Un rayo paralelo al eje ptico de la lente, el cual incide sobre el

    espejo y al reflejarse pasa por el foco.Un rayo que incide sobre el espejo pasando por el foco, que serefleja en direccin paralela al eje ptico de la lente.Un rayo que incide sobre la lente pasando por el centro decurvatura, que se refleja por la misma recta y pasa por el centrode curvatura.

    Mtodo grfico para localizar la imagenformada por un espejo esfrico. Los coloresde los rayos sirven slo como identificacin;no se refieren a colores especficos de la luz.

    Para el ejercicio en clase solo tendremos encuenta los rayos principales 1 y 2

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    Ecuaciones de los espejos esfricosEs posible encontrar una ecuacin que relacione la distancia de la imagen al espejo di,

    distancia del objeto al espejo d0

    , tamao o altura de la imagen hi

    , tamao o altura delobjeto h0 y la distancia focal f, estas ecuaciones son prcticas en la construccin de losespejos.En la siguiente figura se representa un espejo cncavo, un objeto, su imagen y dos rayos consus respectivos reflejos.

    Debido a que el rayo MLes el reflejo del rayo KM, el ngulo que forman con la normal (ejeptico) es congruente, por lo tanto, los tringulos MOK y MIL, son semejantes y seestablece la proporcin:

    Y al reorganizar trminos encontramos la ecuacin para los espejos esfricos:

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    EJEMPLO

    ACTIVIDAD EN CLASE:1. Marca con unalas casillas que representen la imagen de un objeto que se ubicaentre el centro de curvatura y el foco para cada uno de los espejos.

    Marca con una la respuesta correcta en las preguntas 2,3 y 42. Una imagen virtual es aquella que:

    4

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    3. En la reflexin de la luz:

    4. En los espejos se cumple que:

    5. Dibuje la trayectoria de rayos para un espejo cncavo cuando la imagen esta ubicadaentre el centro de curvatura y el foco. Caracterice la imagen.

    BibliografaBautista Balln, M., & Romero Medina, O. L. (2012). Hipertexto Santillana. Bogot:

    Santillana.

    Giancoli, D. C. (2009). Fsica para ciencias e ingeniera. Mexico: Pearson.

    Young, H. D., & Roger A, F. (2009). Fsica universitaria, con fsica moderna volumen 2.Mexico: Pearson.

    Internet.