Embedded Files
Reflexión
Reflexión
Del análisis de las leyes de Maxwell en la interacción de una onda electromagnética con un medio material podrían deducirse la evolución de las ondas. Sin embargo, prescindiendo de la naturaleza de la luz como onda electromagnética, las leyes de la reflexión y de la refracción o ley de Snell permiten fácilmente determinar la dirección de la onda saliente en ambos casos.
Rayo es cada línea de propagación de la energía radiante.
Leyes de la reflexión
1) El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano.
2) El ángulo de incidencia, i, es igual al ángulo de reflexión, r.
Aplicaciones de la reflexión
Aplicaciones de la reflexión
Ángulo de visón de la imagen en un espejo plano
En la figura se representa un objeto situado en A, un espejo PQ y un observador O en dos posiciones, O1 y O2.
Estando el observador en la posición O1, un rayo de luz emitido por el objeto se refleja en el espejo y le llega al observador en dicha posición. El observador interpreta que la imagen está en la dirección A’O1. Si el observador está en la posición O2, el rayo emitido por el objeto y reflejado en el espejo tiene la dirección A’O2 cuando le llega al observador. Éste interpreta que la imagen está en la dirección A’O2. El único punto común a ambas direcciones, A’O1 y A’O2 es el punto A’.
El observador interpreta que la imagen está en A’.
Analizando la simetría de la imagen se puede concluir que la distancia d del objeto a la recta en la que está el espejo PQ es igual a la distancia d’ del punto donde está la imagen respecto de la recta en la que está el espejo PQ.
d=d’
Del análisis anterior se puede deducir que si el ojo está en el ángulo AA’P, el observador no verá la imagen A’. Y si el observador está por debajo de la recta infinita A’Q, aunque estuviera a la izquierda del espejo, tampoco vería la imagen.
El ángulo de visión de la imagen sería PA’Q.
Formación y visibilidad de imágenes con dos espejos perpendiculares
Formación y visibilidad de imágenes con dos espejos perpendiculares
Un objeto está en un punto A frente a dos espejos perpendiculares e1 y e2 y un observador O está en la posición indicada. ¿Cuántas imágenes verá el observador?. ¿Cómo irán los rayos desde el objeto hasta el ojo para cada imagen?
Trazando las rectas de prolongación de los espejos e1 y e2, comenzaremos a dibujar las imágenes de A a través de los espejos. Estas imágenes son A’1 y A’2. La imagen A’1 se refleja en el espejo e2 y forma la imagen A’3. El observador O ve las tres imágenes.
En la figura siguiente se han trazado los segmentos entre las imágenes y el ojo. La parte de estos segmentos entre los espejos y el ojo son marchas reales de rayos.
La imagen A’3 es la reflexión de la imagen A’1, luego el rayo cuya dirección es BO es el reflejado en B proveniente de A’1. Si se traza el segmento A’1B, sólo el segmento que va del espejo e1 al punto B es parte de la marcha real del rayo. El resto de su marcha es desde A hasta dicho punto de intersección.
El rayo que tiene la dirección A’2O y que llega al ojo proviene de la reflexión de un rayo procedente de A en el espejo e2.
El rayo que tiene la dirección A’1O y que llega al ojo proviene de la reflexión de un rayo procedente de A en el espejo e1.
En esta fotografía se puede observar un "objeto", el perrito de cristal, y sus tres imágenes delante de dos espejos perpendiculares
Refracción
Refracción
Ley de la refracción (Ley de Snell)
El índice de refracción de la luz en un medio por el seno del ángulo que forma el rayo incidente con la normal de separación entre dos medios es igual al índice de refracción en el segundo medio por el seno del ángulo de refracción.
El índice de refracción en cada medio es igual a la velocidad de la luz en el vacío, c, entre la velocidad de la luz en el medio, v. Su valor es siempre mayor que 1.
n=c/v
La refracción de la luz puede verse en la formación de líneas más iluminadas en el fondo de un estanque o de un lago. Este fenómeno se produce porque las ondas que se forman en el agua curvan la superficie de la misma actuándo a modo de lentes convergentes sobre el fondo.
Reflexión total
Reflexión total
Si nr<ni , se tiene que sen r > sen i, pudiendo ser sen r =1. Para ángulos mayores que el ángulo i en el que n1sen i=n2.1 , ángulo denominado límite, no se produce refracción. El rayo incidente se refleja
El ángulo límite es: iL=arcseno(n2/n1)
La apariencia rutilante de un diamante tallado como el de la figura, proviene de la reflexión interna. La luz que entra por arriba se refleja nuevamente hacia fuera dirigiéndose hacia el observador, saliendo de nuevo por las caras superiores. El diamante tiene un índice de refracción nd=2,417 mucho mayor que el del vidrio. El ángulo límite es iL=arcseno(1,00/2,417)=24,4º
Este ángulo es bastante menor que el de la superficie de separación vidrio-aire, que es de 41,8º. Por lo tanto hay un mayor flujo luminoso entrante en el diamante que se refleja que en el caso del vidrio.
En 1870 John Tyndal demostró que un chorro de agua era capaz de conducir un haz de luz debido a la reflexión total. El agua tiene un índice de refracción n=1,33. El aire tiene un índice de refracción n’=1. A partir de cierto ángulo de incidencia de un rayo en el interior del agua se producirá la reflexión total.
1,33·sen i = 1·sen 90º
ángulo límite= i = arc sen (1/1,33) = 48,75º
A partir de este ángulo de incidencia se producirá la reflexión total.
Experimento de Tindall
Experimento de Tindall
Si un rayo de luz, como se muestra en la figura, incide sobre la superficie interior de un chorro de agua, el rayo puede refractarse y pasar al aire o reflejarse si el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite.La reflexión total se utiliza en las fuentes luminosas. La luz se va reflejando en la superficie interna de los chorros de agua y va saliendo del agua cuando el ángulo de incidencia es menor que el ángulo límite.
Fibras ópticas
Fibras ópticas
Fibras ópticas
Una fibra óptica es un fino hilo de material transparente, llamado núcleo, rodeado por otro material, llamado revestimiento, de menor índice de refracción. La luz se propaga por el núcleo sufriendo sucesivas reflexiones totales como se observa en la figura.
Aplicación
Si los índices de refracción del núcleo y del revestimiento son nnúcleo=1,47 y nrevestimiento=1,46; ¿cuál será el mínimo ángulo "e" con el que puede viajar la luz dentro del núcleo para que se produzcan reflexiones totales al alcanzar el revestimiento?
1,47·seno e = 1,46· seno 90º
e = 83,31º
Observando la primera de las figuras se puede calcular el máximo ángulo z con el que podrá viajar la luz sin que se refracte al revestimiento. Los ángulos e y z son complementarios, luego
z=90º- 83,31º=6,7º
La luz incide desde el aire a la fibra, sufriendo una refracción en ésta. ¿Cuál es el ángulo de iluminación ,amáximo , desde el exterior , en donde naire=1,00, que corresponde esta situación?
naire·seno aMAX = nnúcleo·seno z
1·seno aMAX = 1,47·seno 6,7º
aMÁXIMO=9,87º
Page updated
Google Sites
Report abuse