Apuntes de Biofísica Aplicada: Espejos PDF

Biofísica aplicada 4. Biofotónica Espejos Dra. Isabel García Cámara  Guía de la sesión Inicio: Trabajo previo: revisión de la presentación de la sesión 9 y del material de apoyo. Evaluación diagnóstica. Desarrollo:...

Biofísica aplicada 4. Biofotónica Espejos Dra. Isabel García Cámara  Guía de la sesión Inicio: Trabajo previo: revisión de la presentación de la sesión 9 y del material de apoyo. Evaluación diagnóstica. Desarrollo: Explicación teórica de reflexión de la luz en los espejos. Exploración de simuladores de espejos. Cierre: Trabajo por equipos. Resolver dos ejercicios y presentar sus conclusiones. Reflexión acerca de los conceptos clave de los espejos planos, cóncavos y convexos. Revisión y desarrollo de ejercicios resueltos.  Objetivo del tema Comprender integralmente acerca de la naturaleza de la luz, las leyes de la refracción y reflexión, la fisiología de la visión y los fundamentos de la microscopía, a través del entendimiento de la interacción de la luz con los diferentes medios y cómo estos principios se aplican en la visión humana y en el uso de microscopios para la observación de detalles a nivel microscópico. Preguntas guía ¿Qué diferencias fundamentales existen entre espejos cóncavos y convexos, y cómo afectan la formación de imágenes? ¿De qué manera los espejos planos, como los que encontramos en los baños, afectan nuestra percepción de la imagen reflejada y qué principios ópticos están en juego? ¿Cómo se utiliza la forma de un espejo cóncavo en productos cotidianos, como los espejos de maquillaje, para mejorar la visión de los detalles?  Espejos planos Considere una fuente puntual de luz colocada en O, a una distancia p enfrente de un espejo plano. La distancia p se llama distancia del objeto. Los rayos de luz dejan la fuente y se reflejan del espejo. Después de la reflexión, los rayos divergen (se dispersan), pero para el observador parecen provenir desde un punto I detrás del espejo. El punto I se llama imagen del objeto en O. La distancia q se llama distancia de la imagen. Las imágenes se forman en el punto donde los rayos de luz realmente se intersecan o donde parecieran originarse. SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Espejos planos Las imágenes se clasifican como reales o virtuales. En la formación de una imagen real la luz en realidad pasa a través del punto de imagen. Para una imagen virtual, la luz no pasa a través del punto de la imagen, sino que parece provenir (divergir) desde ahí. La imagen formada por un objeto colocado frente a un espejo plano está tan atrás del espejo como el objeto que está frente al espejo. La geometría también muestra que la altura del objeto h es igual a la altura de la imagen h'. La amplificación lateral M se define como: SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Espejos planos En resumen, la imagen formada por un espejo plano tiene las siguientes propiedades: 1. La imagen está tan atrás del espejo como el objeto que está al frente. 2. La imagen no tiene aumento, es virtual y derecha. 3. Finalmente, observe que un espejo plano produce una imagen que tiene una inversión aparente izquierda-derecha. SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Espejos esféricos cóncavos Un espejo esférico, como su nombre implica, tiene la forma de un segmento de esfera. Un espejo esférico con una superficie cóncava interior se llama espejo cóncavo. El espejo tiene radio de curvatura R y su centro de curvatura está en el punto C. El punto V es el centro del segmento esférico y una línea que se dibuja de C a V se llama eje principal del espejo. SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Espejos esféricos cóncavos Considere una fuente puntual de luz colocada en el punto O sobre el eje principal y fuera del punto C. Se muestran muchos rayos divergentes que se originan en O. Después de reflejarse del espejo, estos rayos convergen para reunirse en el punto I. Luego los rayos continúan y divergen de I como si ahí hubiera un objeto. Como resultado, se forma una imagen real. SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Espejos esféricos cóncavos Puede usar la geometría para calcular la distancia de la imagen q a partir de la distancia del objeto p y el radio de curvatura R. Por convención, estas distancias se miden desde el punto V. La figura muestra dos rayos de luz que salen de la punta del objeto: Un rayo pasa a través del centro de curvatura C del espejo, golpea el objeto de manera frontal y se refleja de vuelta sobre él mismo. El segundo rayo golpea el espejo en el punto V y se refleja como se muestra y obedece la ley de reflexión. La imagen de la punta de la flecha está en el punto donde los dos rayos se intersecan. SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012. Espejos esféricos cóncavos SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Espejos esféricos cóncavos Cuando el objeto está muy lejos del espejo (cuando la distancia del objeto p es lo suficientemente grande en comparación con R, que se puede decir que p tiende al infinito), el punto de imagen está a la mitad entre el centro de curvatura y el centro del espejo. Los rayos entrantes en esencia son paralelos en dicha figura porque la fuente se supuso muy lejana del espejo. En este caso especial, al punto de imagen se le llama punto focal F y la distancia de la imagen longitud focal f. SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Espejos esféricos convexos Un espejo convexo está plateado de modo que la luz se refleja desde la superficie exterior convexa. En ocasiones se llama espejo divergente porque los rayos provenientes de cualquier punto sobre el objeto divergen después de una reflexión, como si se considerara que provienen desde algún punto detrás del espejo. La imagen es virtual en vez de real porque yace detrás del espejo en el punto donde parecieran originarse los rayos reflejados. En general, la imagen formada por un espejo convexo es derecha, virtual y menor que el objeto. SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012. Diagramas de rayos para espejos SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012. Diagramas de rayos para espejos SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012. Diagramas de rayos para espejos SERWAY, R. A. ; VUILLE, C. Fundamentos de física (9a. ed.). ed. México, D.F: Cengage Learning, 2012.  Ecuación del espejo, ejemplo 1 Un objeto se coloca a 30 cm frente a un espejo cóncavo. Si la distancia focal del espejo es de 10 cm, ¿dónde se forma la imagen y qué tipo de imagen se genera (real o virtual)?  Ecuación del espejo, ejemplo 2 Un espejo convexo tiene un radio de curvatura de 40 cm. Si un objeto se encuentra a 50 cm del espejo, ¿cuál es la distancia de la imagen formada? ¿Qué características tiene esta imagen (tamaño, tipo)?  Actividad Instrucciones. Diríjanse a la siguiente página: https://phet.colorado.edu/ Exploren y analicen el siguiente explorador: Óptica Geométrica, opción Espejos Respondan lo siguiente: ¿Cómo se comportan las imágenes formadas por espejos cóncavos en comparación con las formadas por espejos convexos en términos de tamaño y tipo? ¿Qué cambios observaste en la posición y características de la imagen al mover el objeto más cerca o más lejos del espejo? ¿Cómo se relacionan tus observaciones del simulador con los principios de la reflexión y la distancia focal que hemos estudiado? ¿Cómo podrían estos conceptos de óptica ser relevantes en el diseño de dispositivos ópticos, como telescopios o cámaras? Finalmente, compartan sus observaciones y conclusiones con el resto de la clase. Reflexión final ¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe correctamente un espejo cóncavo? A) Refleja la luz hacia afuera. B) Forma imágenes siempre virtuales. C) Puede formar imágenes reales o virtuales dependiendo de la posición del objeto. D) Tiene una superficie plana. ¿Qué característica distingue a un espejo convexo? A) Forma imágenes reales. B) La imagen siempre es más grande que el objeto. C) La imagen es siempre virtual y derecha. D) Tiene una distancia focal positiva. ¿Cuál es la relación entre el radio de curvatura (R) y la distancia focal (f) de un espejo?