Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ciencia Departamento de Fsica Lic. en Educacin en Fsica y Matemtica Experiencia tres: REFLEXION EN ESPEJOS PLANOS Y CURVOS Nombre: Anglica Daz F. Ramo: Laboratorio Fsica de lo Cotidiano II. Profesor: Jaime Abarza. Ayudante: Macarena Soto Fecha: 6 octubre de 2009 2 Objetivos -Determinar la relacin entre rayos de luz incidentes y reflejados por espejos planos y curvos. -Observar y describir la formacin de imgenes por espejos planos y curvos. -Determinar ladistancia focal de espejos curvos. Introduccin La reflexin es el cambio de direccin de propagacin que experimentan las ondas que chocan con una barrera, de tal modo que el ngulo de incidencia es igual al de re-flexin. Adems, los rayos, incidente y reflejado, junto con la normal a la superficie re-flectora, en el punto de incidencia, estn en un mismo plano. Los espejos son toda superficie en la cual se produce reflexin regular. Por ejem-plo, una lamina de metal, un vidrio pulido, la superficie de un lago o un estanque en reposo. pticamente losespejos son superficies pulimentadas, opacas a la luz y que tie-nen un buen poder reflector. Segn la forma de la superficie reflectora, los espejos se clasifican en: planosy curvos (cncavos y convexos). En este taller se realizaran una serie de actividades que estn diseadas para lo-grar una mejor comprensin del fenmeno de reflexin de la luz, en espejos planos, cncavos y convexos. Tambin se determinaran las condiciones para formar imge-nes reales y virtuales. Materiales MaterialSensibilidad Ins-trumental IncertidumbreInstrumental 2 Espejos Planos-- Laser - - Plumavit-- Alfileres- Transportador1,00 30,0 Objeto puntual-- Espejo cncavo-- Espejo convexo-- Ampolleta 40| | watt Generador 12| | volt-- Cinta mtrica 1,00310 | |m 5,00410 | |m3 Pantalla Escuadra 1,00310 | |m 5,00410 | |m Montaje y Procedimiento Experimental Actividad 1: Espejos Planos -Hacerincidir el rayo lser en distintos ngulos sobre el espejo. -Disear un procedimiento que le permita determinar la normal al espejo plano. -Unavezquesehayadeterminadolanormal,medirrespectoaellalosngulosde incidencia y reflexin, para distintas posiciones del lser. -Determine la relacin entre el ngulo de incidencia y el de reflexin Actividad 2: Imgenes Mltiples -Ubicarlos espejos de tal manera que formen un ngulo extendido.-Colocar el objeto puntual frente al centro y observe lo que ocurre al ir cerrando en V los espejos. -Estableceruna relacin entre el nmero de imgenes que observa y el ngulo forma-do por los espejos. Actividad 3: Espejos Cncavos y Convexos -Realizar una actividad exploratoria que le permita describir que tipo de imgenes for-man los espejos cncavos y convexos, y cules son las diferencias ms notables en-tre ellos. 4 -Ubicarunaampolletaencendidafrentealcentrodeunespejocncavo,ymoverlaalejndola de l. 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 am-polleta. -Medirla distancia entre la ampolleta y el espejo y la distancia entre el espejo y la ima-gen de la ampolleta (pantalla), para cinco posiciones diferentes de la ampolleta. -Determinarla relacin entre estas distancias y localice el foco del espejo cncavo. -Disear un procedimiento que le permita determinar el foco de un espejo convexo. Datos Brutos, Procesados y Clculos Actividad 1: Para determinar la normal del espejo plano, determinamos el punto donde el rayo incidente cambiaba de direccin y converta en rayo reflejado. Tomamos una escuadra y determinamos la recta perpendicular a la superficie especular, que corresponde a la normal. 5 Angulo de Incidencia ()Angulo de Reflexin() 10,010,5 25,024,5 35,535,0 40,041,0 Actividad 2: Se procede a ubicar los espejos, con distintos grados de inclinacin. Dando una canti-dad determinada de imgenes reflejadas. Grados ()Imgenes 1801 1202 903 724 605 457 408 369 Actividad 3: Para poder calcular el foco del espejo convexo, tomamos distintas mediciones, a partir de laimagenqueseproyectabaenlapantalla,yaplicamoslaLeydeGaussparaespejos curvos esfrico, que nos dice que la inversa del foco es igual a la inversa de la distancia entreelobjetoyelespejo,ms-menosladistanciaentrelaimagenyelespejo,osea,1 1 1' f S S= + , donde S, corresponde a la distancia entre el objeto y el espejo, y S corres-ponde a la distancia entre la imagen y el espejo. Cuando la imagen este detrs del espejo, esta distancia ser negativa, de lo contrario ser positiva; ya que tomaremos como siste-ma de referencia al espejo; todo lo que este delante del espejo ser positivo y lo que est detrs negativo. Por lo que nos quedara: S 5,00410 | |m S 5,00410 | |m Foco 5,00410| |mDiagrama 0,450,360,20 6 0,400,400,20 0,300,600,20 0,20Nohayformacin de imagen 0,20 0,10-0,200,20 Paradeterminarladistanciafocaldeunespejoconvexo,tambinutilizaremoslaLeyde Gauss para espejos curvos, con la diferencia que la distancia entre el espejo y la imagen siempre ser negativa, ya que aplicaremos la misma convencin de signos, mencionada con anterioridad, por lo que tendremos: ( )| |11 1 1'1 1 1 1 950 33/0, 22 0, 03 33 9500, 03aproxf S Sff ff m= + = = = = S 5,00410 | |m S 5,00410 | |m0,220,03 7 Anlisis y Conclusiones A travs de esta experiencia pudimos observar cmo se comportan los espejos, ya sean planos, cncavos 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 esfricos o parablicos, por lo que se asumi que eran esfricos para efectos de clculo. -Apesardequepodamosmedirelgrosordelvidrio,nosabamosdondecomen-zabalalaminaespecular;yaqueelvidrioqueestenlasuperficieessolopara cubrirel la zona especular. En la primera parte, donde trabajamos con los espejos planos, pudimos determinar qu: la imagen es virtual, derecha, simtrica respecto al espejo, es decir, la distancia obje-to-espejo y la distancia imagen-espejo es congruente, y del mismo tamao que el objeto. Adems pudimos concluir que el ngulo formado por el rayo de incidencia y la normal, es congruenteconelnguloformadoporlanormalyelrayoreflejado,esdecir, incidencia reflejadou u = . Cuando nos referimos a imgenes virtuales, estamos hablando a la imagen forma-da por la interseccin de la proyeccin de los rayos de luz.Enlasegundaparte,trabajamoscolocandounobjetoentredosespejosquefor-maronunciertongulo,obteniendovariasimgenesdedichoobjeto,cuyonmerode imgenes reflejadas aumentaba a medida de que el ngulo era menor. Pudimos determi-nar que si los espejos estaban paralelos entre s, es decir formaban un ngulo de 0entre ellos, el nmero de imgenes obtenidas era infinito. En la tercera parte de la experiencia, al trabajar con los espejos curvos, para efec-tos de clculos asumimos que los espejos utilizados eran esfricos, ya que si asumamos que eran parablicos, nuestro clculo se hubiese dificultado mucho ms. De los clculos y lo observado en los espejos cncavos, podemos concluir que: -Cuando el objeto est detrs del centro de curvatura, la imagen obtenida es:real, invertida y de menos tamao que el objeto. -Cuando el objeto esta en el centro de curvatura, la imagen obtenida es: real, inver-tida y del mismo tamao que el objeto. -Cuando el objeto est ubicado detrs del centro de curvatura y delante del foco, la imagen obtenida es: real, invertida y de mayor tamao que el objeto. -Cuando ubicamos el objeto en el foco, no se forma imagen, ya que los rayos refle-jados, no se intersectan en ningn punto, es decir, los rayos reflejados son parale-los. 8 -Cuando ubicamos el objeto detrs del foco y delante del espejo, la imagen obteni-da es: virtual, derecha y de mayor tamao que el objeto. Cuando hablamos de imgenes reales, nos estamos refiriendo a las imgenes forma-das por la interseccin de los rayos reflejados. De lo observado en losespejos convexos podemos decir que: -La imagen obtenida siempre ser: virtual, derecha y de menor tamao que el obje-to. Adems la imagen virtual siempre estar situada entre el foco yel espejo. Adems podemos decir que el foco obtenido es negativo es negativo, debido a que segnnuestrosistemadereferencia,todoloqueestuvieradelantedelespejosera positivo,ytodoloqueestuvieradetrsdesteseranegativo.Porloquepodemos concluir que el foco para este tipo de espejos curvos, convexos, siempre est detrs de la zona especular. Mejoras de la experiencia Una mejora del laboratorio, seria para la actividad 1, en la que trabajamos con es-pejosplanosylaser.Paradeterminarlosrayosdeincidenciayreflexin,marcamos donde pasaban los haz de luz con alfileres sobre la plumavit. A mi parecer, creoque hubisemos obtenidos mejores resultados, si en vez de marcar los rayos con alfileres, los hubisemos hecho sobre una hoja blanca y/o cuadriculada, y con una regla y lpiz mina hubisemos marcado el camino de la luz.