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Objetivos:

  • Enunciar las leyes de la reflexión, reflexión total, la refracción
    • Describir la trayectoria de los rayos característicos al incidir en lentes convergentes y en espejos cóncavos.
    • Explicar mediante la construcción de esquemas y el trazado de rayos; las imágenes formadas por medio de espejos planos, espejos cóncavos y lentes.
    • Aplicar las leyes de la reflexión y de la refracción, en situaciones concretas.

Consideraciones didácticas

Las leyes de la reflexión y la refracción constituyen conocimientos básicos en el estudio de los fenómenos luminosos. En relación con el contenido el profesor puede consultar, la propuesta a los estudiantes. Aparecen un grupo de ideas y otros recursos que pueden resultar de gran utilidad para el estudio que se realiza.

Por la importancia de la actividad práctica para el tratamiento de este tema, no presentaremos el contenido, brindaremos algunas consideraciones didácticas que pueden resultar de interés para el tratamiento del tema. La propuesta Actividad práctica a realizar resultan de fácil realización.

En general, se profundizan en las leyes de dos de los fenómenos que caracterizan a las ondas: reflexión y refracción de la luz

Reflexión de la luz

Actividad práctica (los estudiantes pueden realizar la actividad en el patio u otro lugar soleado de la escuela y orientarse que respondan las interrogantes que se plantean)

En el patio soleado de una escuela se encuentran varios estudiantes y uno de ellos juega con un espejo. ¿Cómo puede enviar un haz de luz solar sobre otro de los estudiantes? Representa esquemáticamente la situación y dibuja el recorrido de uno de los rayos del haz.

Después de realizada la actividad es conveniente precisar que en este fenómeno el haz de luz al incidir sobre una superficie pulida y no transparente, varía la dirección de propagación, regresando al medio de donde proviene.

La discusión puede acompañarse de una ilustración práctica. El recorrido del haz de luz puede observarse si colocamos una cartulina blanca de fondo y marcamos las "huellas" de los haces incidente y reflejado. Llamar la atención de los alumnos sobre el hecho de que es necesario variar la posición del espejo para lograr incidir sobre otro de los estudiantes del grupo. En esta nueva posición se formaría un nuevo ángulo de incidencia con su correspondiente ángulo de reflexión.

Sobre la cartulina utilizada en el experimento anterior, se ha marcado la "huella" del haz de luz que incidió sobre el espejo ¿Qué puedes concluir con relación a los ángulos que forman el rayo incidente y el reflejado con respecto a la perpendicular al punto donde el rayo incidente choca con el espejo y se desvía? ¿Qué puedes decir del rayo reflejado, el rayo reflejado y la perpendicular o normal a la superficie en el punto de incidencia del rayo? ¿Cómo pudieras comprobar tus suposiciones?

Utilizando la huella dejada sobre la cartulina, los alumnos podrán enunciar las leyes de la reflexión. Para comprobar las suposiciones basta con doblar la hoja, siguiendo la dirección de la normal (perpendicular al espejo en el punto de incidencia). De este modo pueden comprobar que el ángulo de reflexión tiene la misma amplitud que el ángulo de incidencia. Esto queda evidenciado porque los rayos incidentes y reflejados se superponen. Por otra parte, el dibujarlo sobre el papel significa que estos rayos se encuentran en el mismo plano.

Leyes de la reflexión de la luz

El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano.

El ángulo de reflexión es igual al de incidencia.

Es necesario subrayar que la conclusión anterior es válida en todos los casos en que tenga lugar la reflexión de la luz, incluyendo aquellos en que la reflexión es irregular o difusa.

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Posteriormente se puede repetir el experimento utilizando una linterna acoplada a una cartulina con una rendija, de modo que el haz que emerge sea estrecho, un disco de cartulina graduado (angulos); de modo que el haz de luz incida sobre un espejo, tal como se muestra en la figura.


Formación de imágenes en espejos

El fenómeno que se manifiesta en la formación de imágenes en los espejos, es la reflexión de la luz manifestándose sus leyes.

Es objetivo de este tema la formación de imágenes en espejos planos y esféricos.

Ver tema relacionado con: ¿Cómo se forman las imágenes en los espejos planos?

Actividad práctica

Características de las imágenes en los espejos planos. Sobre un papel cuadriculado colocar un espejo. Situar un cuerpo a determinada distancia del espejo. Analizar las características de la imagen que se observa.

(Derecha, simétrica y virtual)

Características de las imágenes en los espejos cóncavos. Utilizando una cuchara pulida (cuya superficie sea lo más esférica posible), pedir que observen su rostro. ¿Qué pueden decir acerca de las características de las imágenes obtenidas en cada caso?

Existirán varias respuestas y llegarán a la conclusión que las características de las imágenes obtenidas en la cuchara, con respecto al objeto, varían en dependencia de la distancia del rostro a la cuchara, además depende de la parte de la cuchara que se utiliza.

Más información sobre: espejos esféricos

Más información sobre: ¿Cómo se forman las imágenes en los espejos cóncavos?

En el tratamiento del tema relacionado con la formación de imágenes en espejos cóncavos, el profesor puede simultanear la explicación con el experimento. De ese modo los estudiantes comprobaran que las características de las imágenes que obtienen gráficamente se corresponden con la realidad.

Refracción de la luz

Actividad práctica. La práctica es de fácil realización. Puede emplearse cualquier recipiente, si es de cristal mejor, y un lápiz, una regla, o una cuchara. La siguiente tarea puede dirigir la actividad.

¿Por qué un lápiz que se encuentra dentro de un vaso, que contiene agua, se observa como si estuviera quebrado en la superficies de separación entre el aire y el agua?
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Es evidente existe diferencia en el recorrido de la luz que refleja cada parte del lápiz (la que se encuentra fuera del agua y la que está dentro). Debe tenerse en cuenta que la desviación solo se aprecia en la superficie de sepación de los dos medios, el aire y el agua. Esto confirma la idea de que la luz se propaga en línea recta en medios homogéneos y transparestes, pero al cambiar de medio, puede desviarse, o no, en dependencia del ángulo de incidencia.

-Parte del lápiz que se encuentra fuera del agua: la luz que refleja no se desvía, viaja solo por el aire.

-Parte del lápiz que se encuentra dentro del agua: la luz que refleja se desvía, en la superficie de separación entre los dos medios (viaja del agua al aire)

A continuación resumimos algunas regularidades que se cumplen
Leyes de la refracciónen la refracción

• El rayo refractado está en el plano determinado por el rayo incidente y la perpendicular a la superficie en el punto de incidencia.

• Si el ángulo de incidencia es de 0° con respecto a dicha perpendicular, el ángulo de refracción también es de 0°.

• A medida que aumenta el ángulo de incidencia aumenta el de refracción.

• Cuando el haz de luz pasa de un medio de menor densidad óptica a otro de mayor (por ejemplo, del aire, al agua, o al vidrio), el ángulo de refración es menor que el de incidencia, y a la inversa, cuando pasa del medio de mayor densidad óptica al de menor (por ejemplo, del agua o el vidrio al aire), el ángulo de refracción es mayor.

El planteamiento de estas regularidades debe ser ilustrado mediante actividades

prácticas y los esquemas correspondientes.

Para explicarnos el principio de formación de imágenes en las lentes es necesario recurrir a las leyes de la refracción. Al igual que en los espejos, en las lentes nos apoyamos en los ya mencionados rayos notables o característicos. El profesor puede seguir, para el tratamiento del tema la estructura seguida en los temas correspondientes a este contenido.

Más información sobre: Lentes

Formación de imágenes en las lentes

Para sitematizar estos contenidosdebe proponer tareas y ejercicios donde los estudiantes aplique lo estudiado sobre estos fenómenos.

PROPUESTA DE ACTIVIDADES DE CONTINUIDAD

Actividad experimental. (dos estudiantes).

1. (Uno de los estudiantes) Colócate frente a un platillo en el cual se ha situado una moneda. Baja la cabeza poco a poco hasta que la moneda deje de verse.

Otro estudiante. Vierte agua en el platillo hasta que la moneda se hace visible nuevamente. ¿Cómo se explica esto?

2. ¿Qué diferencia existe entre los fenómenos que se ponen de manifiesto, cuando al mirar la superficie tranquila de un lago vemos nuestra imagen y cuando vemos desde fuera del agua un pez que nada en ella?
3. Representa el ángulo de incidencia y el de refracción de un rayo de luz que
emerge de una piedra que se encuentra en el fondo del mar y que es vista por un niño desde fuera del agua.



¿Qué diferencia existe entre los fenómenos que se ponen de manifiesto,
cuando al mirar la superficie tranquila de un lago vemos nuestra imagen y cuando
vemos desde fuera del agua un pez que nada en ella?

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