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Reflexión de la luz




Enviado por German Velez



  1. Naturaleza de la luz y la óptica
    geométrica
  2. Reflexión
  3. Espejos planos

El estudio de la óptica se define a partir de la
interacción de la luz con los objetos, y se reconocen dos
líneas:

La óptica física como la parte de
la física que explica los fenómenos producidos por
la interacción de la luz con objetos materiales, cuyas
dimensiones son similares a las de la longitud de onda de la luz.
Estas interacciones generan fenómenos típicamente
ondulatorios como son: la difracción, la interferencia y
la polarización de la luz.

La óptica geométrica estudia los
fenómenos ocurridos en la interacción de la luz con
objetos cuyo tamaño es mayor que la longitud de onda de la
luz.

Naturaleza de la
luz y la óptica geométrica

A través de la historia de la humanidad, se han
propuesto varias teorías que explican la naturaleza de la
luz. Para el caso de la óptica geométrica, la
noción de rayo surge de una visión totalmente
corpuscular de la luz que se inició con el físico
inglés Isaac Newton (1642-1727), quien hacia el año
1704, y con el fin de explicar la naturaleza de la luz,
enunció: "La luz tiene que ser una corriente de
partículas que se precipitan a gran velocidad a
través del espacio propagándose en línea
recta". De esta manera propuso lo que en física
comúnmente denominamos teoría
corpuscular
.

Por la misma época surge el modelo ondulatorio,
donde se propone a la luz como onda, para lo cual se requiere de
un medio material para su propagación por el espacio. Este
medio se conoció como el éter, propuesto desde
Aristóteles, y del cual se pensaba era el sostén
del universo.

El impulsor de la teoría ondulatoria fue el
físico holandés Christian Huygens (1629-1695),
quien logró describir cómo dos haces de luz en su
interacción podrán destruirse, fenómeno que
la teoría ondulatoria de Newton no logró explicar
lo suficiente.

En 1888 el físico alemán Heinrich Hertz
(1857-1894) halló las aplicaciones de la teoría
electromagnética de Maxwell, generando, por primera vez,
la emisión de ondas electromagnéticas u ondas
hertzianas, como se les conoció por aquellos años.
La luz, por tanto, es una onda que -a diferencia de las ondas
mecánicas como las del sonido o las que se forman en el
agua– no necesita de un medio material para su
propagación, pero es un ente que cumple con las
propiedades de las ondas mecánicas, como el trasporte de
energía y el tener asociada una longitud de
onda.

Óptica geométrica

La óptica, en general, es el estudio de la
interacción de la luz con los cuerpos materiales. Si el
tamaño de dichos objetos es mayor que la longitud de onda
de la luz incidente, se origina una rama de la óptica
denominada óptica geométrica. Esta tiene como fin
estudiar las leyes de propagación de la luz en medios
trasparentes.

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La figura es la representación gráfica de
los rayos con líneas rectas y flechas, que indican la
dirección de propagación de la luz. Observamos que
existe una relación entre la geometría tanto de la
fuente como de la luz o rayos de luz emitidos por la fuente.
Así, una bombilla de filamento -como la que utilizamos en
nuestras casas- genera rayos de luz en todas las direcciones,
guardando una simetría esférica. Una fuente lineal
o rectilínea genera rayos de luz que se propagan con
simetría cilíndrica. En general, la fuente
determina la geometría y la frecuencia de los rayos
lumínicos.

Para el estudio de la óptica geométrica y
como primera aproximación, el carácter ondulatorio
de la luz no interesa.

Reflexión

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El estudio de la luz es una de las áreas de la
física de mayor importancia, debido a que el mundo que nos
rodea lo percibimos a través de los sentidos,
especialmente con el de la vista. El proceso de la visión
humana es un fenómeno óptico. En este los rayos de
luz deben incidir primero sobre el objeto, reflejarse o "rebotar"
y, posteriormente, llegar al ojo para formar la imagen en la
retina que se encuentra en la parte posterior del ojo, como lo
vemos en la figura.

A esta propiedad que tiene la luz de incidir sobre una
superficie y cambiar de dirección en el mismo medio de
propagación, cuando se le interpone un objeto material, se
conoce como reflexión.

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Reflexión
especular

Cuando un haz de rayos paralelos incide sobre una
superficie lisa, los rayos se reflejan igualmente en forma
paralela, como se ilustra en la figura; este tipo de
reflexión se denomina especular. Especular es
sinónimo de espejo, Las superficies lustrosas de vidrio y
metal pulido son lisas y permiten este tipo de
reflexión.

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Fig. Reflexión especular
Superficie lisa

Reflexión difusa

Ocurre cuando un haz de rayos paralelos incide sobre una
superficie rugosa y como resultado se obtiene la
dispersión de los rayos, como vemos en la figura; en este
caso, finalmente se percibe una superficie opaca. El papel y la
pintura en las paredes de las habitaciones, son ejemplos de
superficies que difunden la luz incidente.

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Fig. Reflexión difusa

Superficie rugosa

Ejemplo

Un haz de luz que incide sobre una superficie lisa,
forma un ángulo de 37° con la normal. Determinemos el
ángulo que forma con la superficie el haz
reflejado.

Solución

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Espejos
planos

Los espejos planos son los que usualmente encontramos en
casas, carros o almacenes, y que nos permiten ver la imagen
reflejada de objetos y personas.

La figura 3.8 muestra el proceso de visión a
través de la reflexión en un espejo plano. El
objeto O se halla colocado frente a un espejo plano E, cuya
imagen (I) la percibe una persona que está al mismo lado
que el objeto respecto al espejo.

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Los rayos de luz inciden en forma directa sobre el
objeto O; luego, estos "salen" del objeto hacia el espejo, donde
se reflejan y, posteriormente, se dirigen al ojo.

En este proceso el ojo "cree" que todos los rayos
proceden de la imagen I, pero es claro que los rayos de luz no
parten de I. Este tipo de imagen recibe el nombre de virtual
porque se forma detrás del espejo -como nuestro cerebro
cree-, pero al querer constatar su existencia no es posible
observarla. Detrás del espejo no hay nada.

La imagen I que se forma en un espejo plano,
además de ser virtual, tiene el mismo tamaño del
objeto O, y se forma a igual distancia (di) del espejo, que la
distancia del objeto al espejo (do).

Ejemplo

Una persona de 1,80 m de estatura desea comprar un
espejo de pared en el cual pueda verse de cuerpo entero.
¿Cuál debe ser la altura mínima que ha de
tener dicho espejo para que su imagen se vea completa?
Consideremos como 0,14 m la distancia de los ojos a la parte
superior de la cabeza.

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Solución

De acuerdo con la figura, para que la
persona pueda verse la punta de la cabeza debe seguir con sus
ojos el rayo abc; por congruencia de triángulos,
el lado superior del espejo debe estar colocado en el punto
b. Para observarse los pies, debe seguir con sus ojos el
rayo ade; de nuevo por congruencia, en el punto d debe
situarse el lado inferior del espejo.

Con base en las dimensiones que se ven en
la figura, la distancia db corresponde a la altura del
espejo, es decir: 1,8m – 0,90m = 0,90 m.

Ejemplo

Si la persona del ejemplo anterior se halla
a 1m del espejo,

a. ¿cuál es la distancia
entre el espejo y la imagen?

b. ¿Cuál el tamaño de
la imagen?

Solución

a. La distancia di entre el espejo
y la imagen será 1 m, porque es el mismo espacio que hay
entre objeto-espejo (do).

b. El tamaño de la imagen I
será igual al del objeto. Luego I = 1,80
m.

 

 

Autor:

German Velez

 

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