Archive for LEY DE SNELL

REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ EJERCICIOS RESUELTOS-QUINTO DE SECUNDARIA PDF Y VIDEOS

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* Qué son los rayos de luz y cómo se relacionan con los frentes de onda.
* Las leyes que gobiernan la reflexión y la refracción de la luz.
* Las circunstancias en las que la luz se refleja totalmente en una interfaz.
* Cómo hacer luz polarizada a partir de luz ordinaria.
* Cómo ayuda el principio de Huygens a analizar los fenómenos de reflexión y refracción.

* Cómo un espejo plano forma una imagen.
*  Por qué los espejos cóncavo y convexo forman diferentes clases de imágenes.
* Cómo se forman imágenes mediante una interfaz curva entre dos materiales transparentes.
* Qué aspectos de una lente determinan el tipo de imagen que produce.
* Qué determina el campo de visión de una lente de cámara.
* Qué causa diversos trastornos en la visión humana, y cómo pueden corregirse.
* El principio de la lente de aumento simple.
* Cómo funcionan los microscopios y los telescopios.

* Lo que pasa cuando dos ondas se combinan, o interfieren, en el espacio.
* A comprender el patrón formado por la interferencia de dos ondas luminosas coherentes.
* A calcular la intensidad en varios puntos de un patrón de interferencia.
* Cómo ocurre la interferencia cuando la luz se refleja en las dos superficies de una película delgada.
* La forma en que la interferencia posibilita la medición de distancias extremadamente pequeñas.

* Qué sucede cuando la luz coherente incide sobre un objeto con un borde o una abertura.
* Cómo entender el patrón de difracción que se forma cuando la luz coherente pasa por una ranura angosta.
* Cómo calcular la intensidad en varios puntos de un patrón de difracción de una sola ranura.
* Qué sucede cuando la luz coherente incide sobre un sistema de ranuras angostas ligeramente espaciadas.
* Cómo utilizan los científicos las rejillas de difracción para hacer mediciones precisas de la longitud de onda.
* Cómo la difracción de rayos x revela la estructura de átomos en un cristal.
* Cómo la difracción establece límites a los detalles más pequeños que pueden verse con un telescopio.

Si hacemos incidir sobre un espejo un rayo de luz, éste no atraviesa el espejo, sino que es devuelto al aire al llegar a su superficie. Cuando las ondas sonoras se topan con la pared de una cañada regresan a ti, como un eco. Una onda transversal que se desplaza por un resorte da media vuelta al llegar a la pared. En todas estas situaciones las ondas permanecen en el mismo medio en lugar de entrar en uno nuevo. Estas ondas son reflejadas.

En otras situaciones, como, por ejemplo, cuando la luz pasa del aire al agua, las ondas pasan de un medio a otro. Si las ondas inciden sobre la superficie del medio formando cierto ángulo, cambian de dirección al penetrar en el segundo medio. Estas ondas son refractadas.

En la mayoría de los casos las ondas se ven tanto reflejadas como refractadas al incidir sobre un medio transparente. Por ejemplo, cuando un rayo de luz incide sobre la superficie del agua, una parte de la luz se refleja y otra parte es refractada. Para entender este fenómeno veamos por qué ocurre la reflexión.

Fenómeno de la Reflexión de la luz

Concepto

Es aquel fenómeno por el cual la luz cambia su dirección de propagación, cuando incide sobre un material opaco que no permite su propagación.

Tipos de Reflexión

- Reflexión regular: Este tipo de reflexión se presenta cuando la luz incide sobre una superficie pulimentada (perfectamente plana). Y cumple que el rayo incidente y el rayo reflejado forman los mismos ángulos con la superficie, como muestra la figura. Para un haz de rayos paralelos (varios rayos de luz a la vez).
- Reflexión irregular o difusa: Este tipo de reflexión ocurre cuando el rayo o rayos de luz inciden sobre una superficie que presenta irregularidades más exactamente una superficie rugosa. Aquí el rayo incidente y el rayo reflejado forman ángulos diferentes con la superficie.

Si hacemos incidir sobre un espejo un rayo de luz, éste no atraviesa el espejo, sino que es devuelto al aire al llegar a su superficie. Cuando las ondas sonoras se topan con la pared de una cañada regresan a ti, como un eco. Una onda transversal que se desplaza por un resorte da media vuelta al llegar a la pared. En todas estas situaciones las ondas permanecen en el mismo medio en lugar de entrar en uno nuevo. Estas ondas son reflejadas.

En otras situaciones, como, por ejemplo, cuando la luz pasa del aire al agua, las ondas pasan de un medio a otro. Si las ondas inciden sobre la superficie del medio formando cierto ángulo, cambian de dirección al penetrar en el segundo medio. Estas ondas son refractadas.

En la mayoría de los casos las ondas se ven tanto reflejadas como refractadas al incidir sobre un medio transparente. Por ejemplo, cuando un rayo de luz incide sobre la superficie del agua, una parte de la luz se refleja y otra parte es refractada. Para entender este fenómeno veamos por qué ocurre la reflexión.

Fenómeno de la Reflexión de la luz
Concepto
Es aquel fenómeno por el cual la luz cambia su dirección de propagación, cuando incide sobre un material opaco que no permite su propagación.
Tipos de Reflexión

- Reflexión regular: Este tipo de reflexión se presenta cuando la luz incide sobre una superficie pulimentada (perfectamente plana). Y cumple que el rayo incidente y el rayo reflejado forman los mismos ángulos con la superficie, como muestra la figura. Para un haz de rayos paralelos (varios rayos de luz a la vez).

- Reflexión irregular o difusa: Este tipo de reflexión ocurre cuando el rayo o rayos de luz inciden sobre una superficie que presenta irregularidades más exactamente una superficie rugosa. Aquí el rayo incidente y el rayo reflejado forman ángulos diferentes con la superficie.

Elementos y leyes de la Reflexión

En el fenómeno de la reflexión de la luz se pueden considerar los siguientes elementos:

- El rayo incidente (I), o rayo luminoso antes de producirse la reflexión.

- El rayo reflejado (R), o rayo luminoso producido tras la reflexión.

- La normal (N), que es la línea recta imaginaria perpendicular a la superficie reflectora en el punto donde se produce la reflexión.

- El ángulo de incidencia (ai), que es el ángulo formado por la normal y el rayo incidente.

- El ángulo de reflexión (ar), que es el ángulo formado por la normal y el rayo reflejado.

La luz, al reflejarse en una superficie pulimentada, tiene un comportamiento regular cuyas características se concretan en las llamadas leyes de la reflexión, que las podemos comprobar de la siguiente manera:

- Dirige el rayo incidente producido por un foco luminoso a una superficie reflectante y observa la disposición que toma el rayo reflejado. Podrás comprobar que los dos rayos, junto con la normal, forman un único plano, con lo que hemos demostrado:

Primera ley.- El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano.

- Con la ayuda de un transportador, mide ahora los ángulos de incidencia y reflexión y comprobarás que son congruentes, lo que constituye:

Segunda ley.- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Fenómeno de la Refracción de la luz

La luz viaja en líneas rectas a velocidad constante en un medio uniforme. Si el medio cambia, también cambiará la velocidad, y la luz viajará en una línea recta a lo largo de una nueva trayectoria. La desviación de un rayo luminoso cuando pasa en forma oblicua de un medio a otro se conoce como Refracción. Para ver cómo viaja la luz en diferentes medios, consideremos un rayo de luz que pasa del aire a agua, a vidrio y que regresa de nuevo al aire (ver la figura). Todos los ángulos que se muestran se miden con respecto a una línea imaginaria perpendicular a las fronteras. Notemos que el ángulo de refracción dentro del agua “qw” es menor que el ángulo de incidencia del aire “qa”. Esta desviación hacia la perpendicular se debe a la velocidad más baja de la luz en el agua. Cuando la luz entra al vidrio proveniente del agua, se desvía aún más hacia la normal, indicando que la luz viaja incluso más lentamente en el vidrio. Cuando la luz regresa finalmente del vidrio al aire, la velocidad aumenta a su valor original. La luz que emerge se desvía alejándose de la perpendicular y continúa paralela al rayo original. Sin embargo, la luz se ha desplazado lateralmente. Podemos resumir lo que hemos aprendido como sigue:

“Cuando un rayo luminoso entra a un medio óptico más denso a cierto ángulo, se desvía hacia la normal; cuando entra a un medio menos denso a cierto ángulo, se aleja de la normal. El rayo incidente, el rayo refractado y la perpendicular a la superficie se encuentran en el mismo plano”.

Elementos y leyes de la Refracción

La refracción también tiene rayo incidente, normal y ángulo de incidencia. Además, existen otros dos elementos, como puedes ver en la figura. Éstos son:
- El rayo refractado (R), que es el rayo luminoso después de producirse la refracción.
- El ángulo de refracción (r), que es el ángulo formado por la normal y el rayo refractado.
Al igual que con la reflexión, la luz, al refractarse, tiene un comportamiento regular cuyas características se concretan en las dos leyes siguientes:
- Primera ley.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal se encuentran en el mismo plano.
- Segunda ley.- Cuando un rayo luminoso pasa de un medio a otro de mayor densidad, se propaga en éste último acercándose a la normal; y cuando pasa a otro medio de menor densidad, se propaga en éste último alejándose de la normal.

Materiales según su comportamiento frente a la luz
- Transparentes: Aquellos materiales que permiten el paso de los rayos de la luz en forma total. Ejemplo: El vidrio de las lunas, algunos materiales plásticos, etc.
- Translúcidos: Aquellos materiales que dejan el paso de los rayos de luz pero sólo de manera parcial por lo cual no dejan ver claramente a través de ellos. Ejemplo: El vidrio mate.
- Opacos: Son aquellas sustancias que no dejan pasar la luz a través de ellos, ya sea porque la absorve, la reflejan o ambas. Ejemplo: Los ladrillos.
Refracción atmosférica
También la rapidez de la luz en el aire es sólo 0,03 % inferior de su valor en el vacío, la refracción atmosférica es muy notable en ciertas circunstancias. Un ejemplo interesante es el espejismo. Cuando hace calor puede haber una capa de aire muy caliente en contacto con el suelo. Como las moléculas del aire caliente están más separadas, las ondas de luz se desplazan más aprisa a través de esta capa que en la capa superior del aire, a menor temperatura. El apresuramiento de la parte de la onda que se encuentra más cerca del suelo hace que los rayos de luz se curven gradualmente. Esto puede producir una imagen, digamos, de la palmera de la figura.

 

Un observador que se encuentra a la derecha de la figura ve la imagen de cabeza, exactamente como si se reflejase en la superficie de un estanque. Pero la luz no se está reflejando, sino refractando.

En la figura se muestran los frentes de onda de la luz. En este caso, la refracción de la luz en el aire se parece mucho a la refracción del sonido mostrada en la figura. Si no fuesen desviados, los frentes de onda se propagarían todos con la misma rapidez en la dirección indicada por las líneas punteadas. Sin embargo el aumento en su rapidez cerca del suelo hace que el rayo de luz se curve hacia arriba como se muestra la figura.

 

Un conductor experimenta una situación análoga cuando viaja sobre una carretera caliente y ve agua frente a sí. El cielo parece reflejarse sobre una superficie mojada, pero en realidad la luz del cielo se está refractando a través de una capa de aire caliente. Los espejismos no son “trucos de la mente”, como creen erróneamente muchas personas. Están formados por la luz real y pueden ser fotografiados (ver figura).

Cuando ves imágenes temblorosas en el aire sobre un pavimento o una estufa calientes, lo que ves es el efecto de la refracción atmosférica. La rapidez de la luz varía al pasar por las capas de aire de distintas temperaturas. El titilar de las estrellas en el cielo nocturno se debe a variaciones en la rapidez de la luz al atravesar capas de aire inestables y refractarse en la atmósfera.

Cuando contemplas un atardecer puedes ver el Sol durante varios minutos después de que en realidad ya se ha puesto. Esto se debe a que la luz se refracta en la atmósfera terrestre (ver figura). Como la densidad de la atmósfera varía poco a poco, los rayos refractados se curvan gradualmente, describiendo una trayectoria curva. Lo mismo ocurre al amanecer, así que los días duran unos cinco minutos más debido a la refracción atmosférica.

Cuando el Sol está cerca del horizonte, los rayos provenientes del borde inferior se curvan más que los rayos del borde superior. Esto hace que el diámetro vertical se acorte y que el Sol parezca tener forma elíptica en vez de redonda (ver figura). Lo mismo pasa con la Luna.

Elementos y leyes de la Reflexión

En el fenómeno de la reflexión de la luz se pueden considerar los siguientes elementos:

- El rayo incidente (I), o rayo luminoso antes de producirse la reflexión.

- El rayo reflejado (R), o rayo luminoso producido tras la reflexión.

- La normal (N), que es la línea recta imaginaria perpendicular a la superficie reflectora en el punto donde se produce la reflexión.

- El ángulo de incidencia (ai), que es el ángulo formado por la normal y el rayo incidente.

- El ángulo de reflexión (ar), que es el ángulo formado por la normal y el rayo reflejado.

La luz, al reflejarse en una superficie pulimentada, tiene un comportamiento regular cuyas características se concretan en las llamadas leyes de la reflexión, que las podemos comprobar de la siguiente manera:

- Dirige el rayo incidente producido por un foco luminoso a una superficie reflectante y observa la disposición que toma el rayo reflejado. Podrás comprobar que los dos rayos, junto con la normal, forman un único plano, con lo que hemos demostrado:

Primera ley.- El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano.

- Con la ayuda de un transportador, mide ahora los ángulos de incidencia y reflexión y comprobarás que son congruentes, lo que constituye:

Segunda ley.- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Ley de la Reflexión de ondas luminosas