Naturaleza de la luz

Objetivo: Demostrar experimentalmente las leyes de reflexión en un espejo cóncavo.

RESUMEN

Naturaleza de la luz

Una de las ramas más antiguas de la física es la óptica, ciencia de la luz, que comienza cuando el hombre trata de explicar el fenómeno que le permite relacionarse con el mundo exterior. Hasta la época de Isaac Newton (1642-1727), la mayoría de científicos pensaban que la luz consistía en corrientes de partículas (llamadas corpúsculos) emitidas por las fuentes luminosas. Galileo y otros intentaron (sin éxito) medir la rapidez de la luz. Alrededor de 1665, comenzaron a descubrirse evidencias de las propiedades ondulatorias de la luz. A principios del siglo XIX, las evidencias de que la luz es una onda se habían vuelto muy convincentes. Esta teoría se debe a Newton. La luz está compuesta por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.

La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos:

• Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad.

• Reflexión. se sabe que la luz al chocar contra un espejos se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto la reflexión cumple las leyes del choque elástico.

Óptica

La óptica se ocupa del estudio de la luz, de sus características y de sus manifestaciones. La reflexión y la refracción por un lado, y las interferencias y la difracción por otro, son algunos, de los fenómenos ópticos fundamentales. Los primeros pueden estudiarse siguiendo la marcha de los rayos luminosos. Los segundos se interpretan recurriendo a la descripción en forma de onda.

Espejo

Los espejos son quizá el instrumento óptico más antiguo. Los egipcios de hace cuatro mil años emplearon metales pulidos para reflejar sus caras. Sin embargo, no fue sino hasta 1857 cuando se inventaron los espejos gracias a Jean Foucault, quien desarrolló un método para recubrir el vidrio con una capa de plata. La luz tropieza con la superficie de un cuerpo cualquiera, es difundida parcial o totalmente en todas las direcciones posibles. No ocurre lo mismo cuando la superficie del cuerpo está totalmente pulimentada. Entonces, la superficie devuelve el luminoso en una dirección única que depende de la posición rayo con respecto a está superficie: se dice que el rayo se ha reflejado, y que la superficie reflectora es un espejo. Un espejo plano es una superficie plana y lisa que refleja la luz de manera regular. En el caso de un objeto iluminado, éste refleja la luz de manera difusa en todas direcciones. Luego de la reflexión, los rayos continúan dispersándose. Si se prolongan los rayos hacia atrás (líneas de visión), por la parte posterior del espejo, como se ve con las líneas discontinuas, se puede observar en el dibujo que se intersecan en el punto P'. El punto P', en donde los rayos prolongados aparentemente se intersecan, se llama imagen. Aun cuando para un observador, los rayos parecen venir del punto P', se observa que allí no existe fuente alguna. Por tal razón, esta imagen se denomina imagen virtual. (Fig. 1)

Figura 1. La figura muestra cómo algunos de los rayos inciden desde el punto P sobre el espejo y se reflejan con ángulos de incidencia y reflexión iguales (recordar que el ángulo de incidencia se forma cuando llega el rayo a la superficie y el de reflexión cuando se devuelve).

Existen diversos tipos de espejos como:

Espejos planos: su superficie es plana.

Espejos esféricos: su superficie es la de un casquete esférico o porción de esfera. Dentro de los espejos esféricos se distinguen dos tipos:

Cóncavos, si la superficie pulimentada es la interior del casquete.

Convexos, si la superficie pulimentada es la exterior del casquete.

Nuestro objeto de estudio será un espejo de tipo cóncavo los espejos cóncavos son curvados hacia adentro y que amplían las imágenes en forma virtual. Esta ampliación ocurre porque el centro de la curvatura en el espejo, siempre está alejada de los rayos de luz incidente, como consecuencia, se crea una reflexión siempre más grande que el verdadero punto focal. Este espejo absorbe la luz que cae en la curvatura creada por la protuberancia hacia el interior del mismo. Esto hace que la luz se reoriente a una longitud focal fija, la luz se recoge a diferentes ángulos pues la naturaleza cóncava de la protuberancia en el espejo le permite al haz de luz hacer un contacto normal a diferentes profundidades en cada punto del espejo.

Caracteristicas de las imágenes de los espejos cóncavos

Reflejan los rayos paralelos al eje principal dirigiéndolos hacia el foco, que es un punto fijo. Los rayos que pasan por el centro de curvatura se reflejan en la misma dirección, pero con sentido inverso.Según cómo esté posicionado el objeto, la imagen será formada de una u otra manera:

1) Si no se encuentra en el segmento formado por el centro de curvatura y el vértice, entonces la imagen es real, invertida y de menor tamaño que el objeto.

2) Si se encuentra en el segmento formado por el centro de curvatura y el foco, entonces la imagen es real, invertida y de mayor tamaño que el objeto.

3) Si no se encuentra en el segmento que forma el foco y el vértice, entonces

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