fisica-unidad 8

Guía para el examen global de conocimientos 389 Unidad 6 Ondas Unidad 7 Electrostática y electrodinámica Unidad 8 Óptica Unidad 9 Principales científicos de la física Objetivo: al término de la unidad, el estudiante resolverá problemas relacionados con la luz, los espejos y las lentes, a partir de la teoría y los ejemplos. Definición La óptica es parte de la f ísica que estudia la luz y aquellos fenómenos que impresionan al sentido de la vista. La luz, según Newton, la constituyen numerosas partículas o corpúsculos emitidos por cuerpos lu- minosos (teoría corpuscular), así se establece la óptica geométrica. Por otro lado, para Christian Huygens la luz es un fenómeno ondulatorio, de ahí la óptica f ísica. Óptica geométrica Se fundamenta en la teoría de los rayos de luz, la cual considera que todo objeto visible emite rayos rectos de luz en cada punto de él y en todas direcciones. W Reflexión de la luz En este fenómeno un rayo luminoso experimenta un cambio de dirección y sentido al chocar contra la superficie de separación entre 2 medios. Una reflexión regular ocurre cuando la superficie reflectora es lisa y una reflexión irregular cuando la superficie reflectora es rugosa. / 3BZP
SFnFKBEP Donde: 3BZP
JODJEFOUF i  ángulo de incidencia r  ángulo de reflexión JS .FEJP

390 Colegio Nacional de Matemáticas h Leyes de la reflexión • El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano. • El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión i  r. W Refracción de la luz Un rayo luminoso experimenta un cambio de dirección cuando atraviesa oblicuamente la superficie entre 2 medios de naturaleza diferente. Cuando un rayo de luz atraviesa la superficie entre dos medios, la frecuencia permanece constante. / h Leyes de la refracción 3BZP
JODJEFOUF • El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en un mismo plano. J • Para 2 medios dados, la relación entre el seno del .FEJP
 ángulo de incidencia y el seno del ángulo de re- .FEJP
 fracción es constante. S H  seni senr Ejemplos de ilusión óptica debida a la refracción: / / 7BSJMMB .POFEB Al introducir una varilla parcialmente en agua, la parte Al dejar caer una moneda en el fondo de un recipiente con sumergida parece estar flexionada hacia arriba. agua, la moneda aparenta estar a una profundidad menor. Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro la frecuencia permanece constante. Espejos Un espejo es una superficie lisa y pulida que refleja la luz. Una imagen es la forma de un cuerpo produ- cida por el cambio de dirección de los rayos luminosos. h Espejos planos Son aquellos cuya superficie reflejante es lisa.

Guía para el examen global de conocimientos 391 h Espejos esféricos Son casquetes esféricos pulidos por una de sus caras. W Ecuación de los espejos esféricos 1  1  1 f p p’ Fórmula para obtener Fórmula para obtener la distancia Fórmula para obtener la distancia la distancia focal f del objeto al espejo. de la imagen al espejo. f  p – p’ p  p’ – f p’  p –f p  p’ p’ f p f 0CKFUP Donde: [m, cm] *NBHFO f  distancia focal [m, cm] p  distancia del objeto al espejo [m, cm] p’  distancia de la imagen al espejo ' G • Signos de p’, f y p Q Si los espejos son cóncavos o convexos. Q a) La distancia p, es siempre positiva b) La distancia p’, es negativa si la imagen es virtual y positiva si la imagen es real c) La distancia f, es positiva si el espejo esfé- rico es cóncavo y es negativa si es con- vexo Ejemplo A 60 cm de un espejo convexo de distancia focal igual a 10 cm se coloca un objeto. ¿Cuál es la distancia a la que se forma la imagen? a)  50 cm b) 12 cm c)  8.57 cm d) 8.57 cm Solución La distancia focal del espejo es negativa porque el espejo es convexo. Datos Fórmula Sustitución Resultado f  10 cm p’  p –f p’  (60 cm)( 10 cm)  600 cm2 p’   8.57 cm p  60 cm p f (60 cm) ( 10 cm) 70 cm p’  ? El signo negativo indica p’   8.57 cm que la imagen es virtual. Por tanto, la opción correcta es el inciso c.

392 Colegio Nacional de Matemáticas Óptica física Una lente es un cuerpo limitado por dos caras esféricas o por una cara plana y otra esférica. h Lentes convergentes Son lentes más gruesas en el centro que en los bordes. h Lentes divergentes Son lentes más gruesas en los bordes que en el centro. h Ecuación de las lentes 1  1  1 1  1 1 1  1 1 f p p’ f p p’ f p’ p Cuando el foco está entre Cuando el objeto se encuentra Cuando las lentes son divergentes. el objeto y la lente. entre la lente y el foco. 0CKFUP 0 $ Donde: [m, cm] *NBHFO f  distancia focal [m, cm] p  distancia del objeto a la lente [m, cm] p’  distancia de la imagen a la lente $' G Q Q Ejemplos 1. Un objeto se coloca a 30 cm de una lente convergente que tiene una distancia focal de 15 cm, ¿a qué distancia de la lente se forma la imagen? a) 30 cm b) 45 cm c) 10 cm d) 15 cm Solución Datos Fórmula Sustitución Resultado p’  30 cm f  15 cm 1  1  1 p’  (30 cm)(15 cm)  450 cm2 p  30 cm f p p’ 30 cm 15 cm 15 cm p’  ? Despeje p’  30 cm p’  p –f p f Por tanto, la opción correcta es el inciso a. 2. Un objeto se coloca a una distancia de 5 cm de una lente convergente cuya distancia focal es de 13 cm, determina a que distancia de la lente se forma la imagen. a) 2.75 cm b) 5 cm c) 8.12 cm d) 13 cm

Guía para el examen global de conocimientos 393 Solución Datos Fórmula Sustitución Resultado p’  8.12 cm f  13 cm 1  1 1 p’  (13 cm)(5 cm) p  5 cm f p p’ (13 cm) (5 cm) p’  ? Despeje p’  8.12 cm p’  f –p f p Por tanto, la opción correcta es el inciso c. W El telescopio Este instrumento lo perfeccionó Galileo Galilei y lo utilizó para demostrar que los astros se encuentran a distancias astronómicas. Existen dos tipos de telescopios, los refractores y los reflectores. h Telescopio refractor Funciona como un gran anteojo formado por un objetivo y un ocular que se colocan en los extremos de un tubo. El objetivo se forma con una lente convergente que recibe la luz y proyecta la imagen al otro extremo, donde el ocular la enfoca y amplía. h Telescopio reflector Este tipo de telescopio se construye con un espejo cóncavo parabólico, cuya función es reflejar los rayos y concentrarlos en el foco, cerca de él un pequeño espejo los desvía y la imagen se forma fuera del tubo en un punto fácil de observar. W El microscopio Este instrumento ha permitido un gran desarrollo científico, con él se pueden ver objetos muy pequeños que el ojo humano no percibe. Un microscopio funciona como una lupa, consta de un ocular que forman dos lentes convergentes que dan una imagen virtual y aumentada de la figura real proyectada por el objetivo. Los microscopios generalmente disponen de varios oculares, cada uno lleva impreso el aumento que produce. El objetivo produce una imagen ampliada, misma que vuelve a ser ampliada por el ocular. La multiplicación de esta combinación es las veces que se aumenta la imagen del objeto en observa- ción. A  Eocular — Eobjetivo Donde: Eocular  especificación del ocular Eobjetivo  especificación del objetivo A  ampliación de la imagen

394 Colegio Nacional de Matemáticas Ejemplos 1. Un microscopio posee un ocular 100x y se observa con el objetivo 40x, ¿cuál es el aumento total de la imagen de un cuerpo microscópico? a) 100 veces b) 400 veces c) 4000 veces d) 1000 veces Solución Datos Fórmula Sustitución Resultado Eocular  100x A  Eocular — Eobjetivo A  (100)(40) A  4000 veces Eobjetivo  40x A  4000 veces A? Por tanto, la opción correcta es el inciso c. 2. ¿Cuál es el incremento en la imagen de un cuerpo que es observado con un microscopio cuyas especificaciones son de 65x en el ocular y 80x en el objetivo? a) 5200 veces b) 145 veces c) 8125 veces d) 1450 veces Solución Datos Fórmula Sustitución Resultado A  5200 veces Eocular  65x A  Eocular — Eobjetivo A  (65)(80) Eobjetivo  80x A  5200 veces A? Por tanto, la opción correcta es el inciso a.