Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ciencia Departamento de Física Lic. en Educación en Física y Matemática
Experiencia tres:
“REFLEXION EN ESPEJOS PLANOS Y CURVOS”
Nombre: Angélica Díaz F. Ramo: Laboratorio “Física de lo Cotidiano II ”. Profesor: Jaime Abarzúa. Ayudante: Macarena Soto Fecha: 6 octubre de 2009
Objetivos
Determinar la relación entre rayos de luz incidentes y reflejados por espejos planos y curvos. Observar y describir la formación de imágenes por espejos planos y curvos. Determinar la distancia focal de espejos curvos. Introducción
La reflexión es el cambio de dirección de propagación que experimentan las ondas que chocan con una barrera, de tal modo que el ángulo de incidencia es igual al de reflexión. Además, los rayos, incidente y reflejado, junto con la normal a la superficie reflectora, en el punto de incidencia, están en un mismo plano. Los espejos son toda superficie en la cual se produce reflexión regular. Por ejemplo, una lamina de metal, un vidrio pulido, la superficie de un lago o un estanque en reposo. Ópticamente los espejos son superficies pulimentadas, opacas a la luz y que tienen un buen poder reflector. Según la forma de la superficie reflectora, los espejos se clasifican en: planos y curvos (cóncavos y convexos). En este taller se realizaran una serie de actividades que están diseñadas para lograr una mejor comprensión del fenómeno de reflexión de la luz, en espejos planos, cóncavos y convexos. También se determinaran las condiciones para formar imágenes reales y virtuales.
Materiales Material
Sensibilidad Instrumental
2 Espejos Planos Laser
-
-
1,00° -
30,0´ -
Generador 12 volt
-
-
Cinta métrica
1,00 10 3 m
Plumavit Alfileres Transportador Objeto puntual Espejo cóncavo Espejo convexo Ampolleta 40 watt
Incertidumbre Instrumental
5,00 10 4 m
2
Pantalla Escuadra
1,00 10 3 m
5,00 10 4 m
Montaje y Procedimiento Experimental Actividad 1: “Espejos Planos”
Hacer incidir el rayo láser en distintos ángulos sobre el espejo. Diseñar un procedimiento que le permita determinar la normal al espejo plano. Una vez que se haya determinado la normal, medir respecto a ella los ángulos de incidencia y reflexión, para distintas posiciones del láser. Determine la relación entre el ángulo de incidencia y el de reflexión
Actividad 2: “Imágenes Múltiples”
Ubicar los espejos de tal manera que formen un ángulo extendido.
Colocar el objeto puntual frente al centro y observe lo que ocurre al ir cerrando en “V”
los espejos. Establecer una relación entre el número de imágenes que observa y el ángulo formado por los espejos .
Actividad 3: “Espejos Cóncavos y Convexos”
Realizar una actividad exploratoria que le permita describir que tipo de imágenes forman los espejos cóncavos y convexos, y cuáles son las diferencias más notables entre ellos. 3
Ubicar una ampolleta encendida frente al centro de un espejo cóncavo, y moverla alejándola de él. Observar (y describir) lo que ocurre con la imagen de la ampolleta. Girar levemente el espejo, y utilizar una pantalla para “encontrar” la imagen de la a mpolleta. Medir la distancia entre la ampolleta y el espejo y la distancia entre el espejo y la imagen de la ampolleta (pantalla), para cinco posiciones diferentes de la ampolleta. Determinar la relación entre estas distancias y localice el foco del espejo cóncavo. Diseñar un procedimiento que le permita determinar el foco de un espejo convexo.
Datos Brutos, Procesados y Cálculos Actividad 1:
Para determinar la normal del espejo plano, determinamos el punto donde el rayo incidente cambiaba de dirección y convertía en rayo reflejado. Tomamos una escuadra y determinamos la recta perpendicular a la superficie especular, que corresponde a la normal.
4
Angulo de Incidencia (°)
Angulo de Reflexión(°)
10,0 25,0 35,5 40,0
10,5 24,5 35,0 41,0
Actividad 2:
Se procede a ubicar los espejos, con distintos grados de inclinación. Dando una cantidad determinada de imágenes reflejadas. Grados (°)
Imágenes
180 120 90 72 60 45 40 36
1 2 3 4 5 7 8 9
Actividad 3:
Para poder calcular el foco del espejo convexo, tomamos distintas mediciones, a partir de la imagen que se proyectaba en la pantalla, y aplicamos la Ley de Gauss para espejos curvos esférico, que nos dice que “ la inversa del foco es igual a la inversa de la distancia entre el objeto y el espejo, más-menos la distancia e ntre la imagen y el espejo”, o sea, 1 1 1 , donde S, corresponde a la distancia entre el objeto y el espejo, y S’ corre s f S S'
ponde a la distancia entre la imagen y el espejo. Cuando la imagen este detrás del espejo, esta distancia será negativa, de lo contrario será positiva; ya que tomaremos como sistema de referencia al espejo; todo lo que este delante del espejo será positivo y lo que esté detrás negativo. Por lo que nos quedaría: S 5,00 10
4
m
4
S’ 5,00 10
m
4
Foco 5,00 10
Diagrama
m
0,45
0,36
0,20
5
0,40
0,40
0,20
0,30
0,60
0,20
0,20
No hay formación 0,20 de imagen
0,10
-0,20
0,20
Para determinar la distancia focal de un espejo convexo, también utilizaremos la Ley de Gauss para espejos curvos, con la diferencia que la distancia entre el espejo y la imagen siempre será negativa, ya que aplicaremos la misma convención de signos, mencionada con anterioridad, por lo que tendremos: S 5,00 10
0,22
4
m
S’ 5,00 10
0,03
4
m 1
f
S 1 f
1
f
1 S' 1
0, 22 0,03
1
0, 03
1 f
950
33
/
1
f
33
950
m aprox 6
Análisis y Conclusiones
A través de esta experiencia pudimos observar cómo se comportan los espejos, ya sean planos, cóncavos o convexos. Uno de los errores que pudieron haber complicado el resultado de las mediciones son:
A los espejos planos no se les pudo comprobar cuan especular era su superficie. A los espejos curvos no se pudo saber si eran esféricos o parabólicos, por lo que se asumió que eran esféricos para efectos de cálculo. A pesar de que podíamos medir el grosor del vidrio, no sabíamos donde comenzaba la lamina especular; ya que el vidrio que está en la superficie es solo para cubrir el la zona especular.
En la primera parte, donde trabajamos con los espejos planos, pudimos determinar qué: la imagen es virtual, derecha, simétrica respecto al espejo, es decir, la distancia objeto-espejo y la distancia imagen-espejo es congruente, y del mismo tamaño que el objeto. Además pudimos concluir que el ángulo formado por el rayo de incidencia y la normal, es congruente con el ángulo formado por la normal y el rayo reflejado, es decir, incidencia reflejado . Cuando nos referimos a imágenes virtuales, estamos hablando a la imagen formada por la intersección de la proyección de los rayos de luz. En la segunda parte, trabajamos colocando un objeto entre dos espejos que formaron un cierto ángulo, obteniendo varias imágenes de dicho objeto, cuyo número de imágenes reflejadas aumentaba a medida de que el ángulo era menor. Pudimos determinar que si los espejos estaban paralelos entre sí, es decir formaban un ángulo de 0° entre ellos, el número de imágenes obtenidas era infinito. En la tercera parte de la experiencia, al trabajar con los espejos curvos, para efectos de cálculos asumimos que los espejos utilizados eran esféricos, ya que si asumíamos que eran parabólicos, nuestro cálculo se hubiese dificultado mucho más. De los cálculos y lo observado en los espejos cóncavos, podemos concluir que:
Cuando el objeto está detrás del centro de curvatura, la imagen obtenida es: real, invertida y de menos tamaño que el objeto. Cuando el objeto esta en el centro de curvatura, la imagen obtenida es: real, invertida y del mismo tamaño que el objeto. Cuando el objeto está ubicado detrás del centro de curvatura y delante del foco, la imagen obtenida es: real, invertida y de mayor tamaño que el objeto. Cuando ubicamos el objeto en el foco, no se forma imagen, ya que los rayos refle jados, no se intersectan en ningún punto, es decir, los rayos reflejados son paralelos. 7
Cuando ubicamos el objeto detrás del foco y delante del espejo, la imagen obtenida es: virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto.
Cuando hablamos de imágenes reales, nos estamos refiriendo a las imágenes formadas por la intersección de los rayos reflejados. De lo observado en los espejos convexos podemos decir que:
La imagen obtenida siempre será: virtual, derecha y de menor tamaño que el objeto. Además la imagen virtual siempre estará situada entre el foco y el espejo.
Además podemos decir que el foco obtenido es negativo es negativo, debido a que según nuestro sistema de referencia, todo lo que estuviera delante del espejo sería positivo, y todo lo que estuviera detrás de éste sería negativo. Por lo que podemos concluir que el foco para este tipo de espejos curvos, convexos, siempre está detrás de la zona especular. Mejoras de la experiencia
Una mejora del laboratorio, seria para la actividad 1, en la que trabajamos con espejos planos y laser. Para determinar los rayos de incidencia y reflexión, marcamos donde pasaban los haz de luz con alfileres sobre la plumavit. A mi parecer, creo que hubiésemos obtenidos mejores resultados, si en vez de marcar los rayos con alfileres, los hubiésemos hecho sobre una hoja blanca y/o cuadriculada, y con una regla y lápiz mina hubiésemos marcado el camino de la luz.
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