Fisica No. 4 Ciclo Vi 2008

HERRAMIENTA PEDAGOGICA DE APOYO PARA EL BACHILLERATO

DEPARTAMENTO DE PUBLICACIONES

GUIA DE TRABAJO No 4 AREA DE CIENCIAS FISICA CICLO VI Elaborada por ENRIQUE CARO

BOGOTA D.C 1

DATOS DEL ESTUDIANTE

NOMBRE DEL ESTUDIANTE

: ________________________ ________________________

CICLO

: ________________________

JORNADA

: MARTES Y MIERCOLES ( ) JUEVES Y VIERNES( ) SABADOS

( )

DOMINGOS

( )

NOMBRE DEL PROFESOR

: ________________________

FECHA

: DEL __________ AL _______

CALIFICACION

: ________________________

_____________________ FIRMA DEL PROFESOR

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OLGA

MANUEL

Manuel:... un haz de luz siempre toma la forma del diafragma que lo limita! Olga: No siempre... ¿qué te hace pensar eso? Manuel: pues... la formación de siluetas se explica por la propagación rectilínea de los rayos de luz... Olga: sí, te entiendo... sin embargo, no estoy de acuerdo contigo. Manuel: te lo demostraré con los siguientes diagramas... donde F es la fuente de luz, mientras que el diafragma es triangular en un caso y en forma de L en el otro...

Olga : eso ocurre porque la fuente es puntual. Te mostraré lo que ocurre cuando la fuente es extensa y el orificio del diafragma es muy pequeño respecto a la fuente...

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Manuel: pero,... esas figuras... ¡están invertidas! Olga: la pequeñez del orificio provoca esa inversión. Manuel: entonces, hay dos tipos de siluetas... Olga: en efecto! Una de ellas toma la forma del orificio, mientras que la otra toma la forma del objeto. Manuel: la primera se produce con un orificio más extenso que la fuente; pero... ¿la segunda? Olga: la segunda se forma con una fuente más extensa que el orificio. Manuel: ¿y, por qué en un caso toma la forma del orificio y en el otro no ocurre eso? Olga: Observa en el siguiente diagrama que si la abertura del diafragma es muy grande, la luz emitida por cada punto del objeto invade la mayor parte de la pantalla..

Manuel: La parte central de la pantalla es iluminada por todos los puntos del objeto... Olga: Efectivamente! La comprendida entre los puntos a y b. Manuel: Entonces,... no se forma ninguna imagen. Olga: Así es, la mezcla de los pinceles sobre la pantalla impide que ésta sea iluminada de manera discriminada por cada punto del objeto. Manuel: Eso se lograría reduciendo el tamaño de la abertura... Olga: Aí, al reducir la abertura del diafragma se producen unos pinceles luminosos...

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Manuel: ... cada uno de los cuales ilumina a la pantalla en lugares diferentes. Olga: sin embargo, lo importante es que... cada pincel transporta la luz emitida desde distintas zonas del objeto con diferentes intensidades... cada una de ellas. Manuel: ¿por qué con intensidades diferentes? Acaso ¿todo el objeto no emite luz con determinada cantidad? Olga: No. Cada punto del objeto emite luz con cierta intensidad. Manuel: Entonces, el objeto estaría formado por puntos luminosos... Olga: Y así es. Manuel: pero al ver su figura, esos puntos no se ven... Olga: porque están muy juntos... y el ojo no es capaz de resolverlos... Manuel: ¿qué es eso de resolverlos...? Olga: Pues,... de verlos como puntos separados. El ojo los ve como agrupados por zonas... cuya luminosidad varía de acuerdo con la proporción de puntos brillantes y oscuros que contenga. Manuel: Y.. ¿ Qué ocurriría si los puntos fueran de colores diferentes? Olga: ¿cuáles colores? Manuel: Digamos que... rojo, amarillo y azul... Olga: O... más bien... rojo, verde y violeta... Manuel: Bueno... todo depende de la teoría que se este empleando. Yo uso la de pigmentos... Olga: y yo la física. Pero también podría usarse la fisiológica,... de cuatro colores primarios, o la de cinco. Manuel: ¿cuáles son esas? Olga: la fisiológica, basada en los colores rojo, amarillo, verde y azul. La del uso diario - en la vida ordinaria - basada en el rojo, el amarillo, el verde, el azul y el púrpura. Manuel: pero, entonces, el asunto es algo complejo... Olga: en efecto! Por eso debe definirse claramente cuál de las teorías se va a emplear antes de hacer cualquier comentario. Manuel: ¡Caramba! Olga : puedes observar estas dos figuras, que corresponden a la imagen, pero formadas en cada caso por puntos cuya separación es diferente...En la primera de ellas puedes distinguir dos puntos vecinos, pero en la segunda ya no puedes distinguir dos puntos vecinos, pero si se percibe cada zona del objeto con determinada luminosidad. Ello hace que se formen en la imagen retiniana los detalles del objeto. Ahora bien,

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con respecto a la pregunta que hacías , acerca de.-..Si los puntos coloreados que hay dentro de cada zona elemental son de diferentes colores, entonces, de acuerdo a su proporción en cada zona, el ojo la percibiría de un color promedio diferente.

Manuel : ¿ o sea que el ojo saca un color promedio...? Olga: Así como en blanco y negro saca un tono de gris promedio. Manuel: de tal manera que produce no sólo la forma de la imagen..., sino también su color? Olga: Así es! Manuel: Bueno,. volviendo a lo de la cámara oscura,... Olga : La formación de los pinceles luminosos por el paso de la luz a través de un orificio impide que se mezcle en una misma región de la pantalla la luz emitida desde diferentes zonas del objeto. Manuel: ...lo cual hace que cada zona de la figura formada en la pantalla por esos pinceles sea iluminada con diferente intensidad. Olga: Así es... con una intensidad proporcional a la luminosidad de la zona del objeto de donde divergen los pinceles luminosos... lo cual hace que la figura formada en la pantalla por esos pinceles sea una réplica más o menos fiel del objeto. Manuel: podemos decir, entonces, que cada pincel contiene luz emitida con determinada intensidad desde cada punto del objeto. Olga: realmente, por lo que hemos dicho, los emisores del objeto son agrupaciones de puntos; es decir, pequeñas zonas emisoras. A su vez, la figura de la pantalla no está formada por puntos, son por zonas iluminadas... separadas por manchas oscuras..., y cuyo tamaño depende de la sección del pincel en el sitio en que es interceptado por la pantalla. Manuel: qué forma tiene esa intersección de cada pincel con la pantalla... ? Olga: puede pensarse que cada porción elemental de la figura que se forma en la pantalla es un pequeño disco... si la abertura del diafragma es circular: será, un pequeño cuadrado si dicha abertura es cuadrada...

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Manuel: triangular si la abertura es triangular... Olga: efectivamente! Manuel: O sea que la figura que aparece en la pantalla está formada por un multitud de siluetas del orificio que forma el pincel luminoso... dispuestas unas a continuación de otras? Olga: y eso es, precisamente, lo que provoca la inversión de arriba por abajo y... derecha por izquierda. Manuel:¿ y eso no es lo que hace perder nitidez a la figura que aparece en la pantalla? Olga: depende de la abertura que tenga el orificio ... si cada pincel luminoso tiene un diámetro angular mayor de 3 minutos de arco, entonces la figura aparecerá borrosa... Manuel: ¿y qué ocurriría si en lugar de reducir del orificio, este se cubriera completamente con una lupa? Olga: pués, la lupa enviaría a una pequeña zona de la pantalla toda la luz que ella recogiera de cada zona elemental del objeto, impidiendo su mezcla... sobre la pantalla. Manuel: y formando así una imagen... Olga: en efecto! Pero la cantidad de luz recogida por la lente crece con el tamaño del orificio que es igual al de la lente y ésta la concentra sobre una zona muy pequeña de la pantalla, dando así origen a una imagen muy nítida. Manuel: entonces, ¿ cómo podríamos resumir las diferencias entre las diferentes aberturas? Olga: ellas son como funciones... que asignan a cada zona luminosa del objeto una zona iluminada sobre la pantalla. La diferencia entre esas funciones está en el tamaño que cada zona elemental iluminada sobre la pantalla, así como en la intensidad de su iluminación. El siguiente diagrama podría resumir esas diferencias y similitudes...

Abertura Circular

Orificio Circular

Lente

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Manuel : la figura formada por el orificio sobre la pantalla... ¿ es una imagen de la fuente? Olga : lo sería si esa figura tuviera una posición determinada en el espacio. Manuel: pero, si la tiene... ¡ esa figura se puede recoger sobre una pantalla. Olga : sin embargo, la posición de la pantalla puede ser cualquiera. Manuel: ¿eso no ocurre siempre? Olga: No siempre. En el caso de una lente esa posición es única. Manuel: Bueno, ... y eso, finalmente, ¿qué importa? Olga: pues, que la figura formada en la pantalla por el paso de la luz a través de un orificio estrecho , no sería una imagen real. Manuel: ¿por qué? Olga: porque no está localizada. No serviría como objeto para alimentar a una segunda lente. Estaría formada por pinceles que divergen desde el objeto. Manuel: ¿ y que pasa con eso? Olga: pues si se mira a través de la abertura, recogiendo la luz de los pinceles que proceden del objeto, el ojo percibe al objeto y no a la figura que se había formado sobre la pantalla.

Manuel; o sea, que vé al objeto... pero a través de la abertura. Olga: Así es! Manuel: entonces, la imagen que se forma en la pantalla es una imagen virtual. Olga : si fuera virtual no se podría recoger sobre una pantalla... y tú bien sabes que si se puede, pero, por otra parte,... no puede ser virtual,...

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Manuel: ¿por qué? Olga: porque al interceptar con el ojo la luz que permite formarla sobre la pantalla, su posición coincide con la del propio objeto. Manuel: entonces, ¿esa figura que se forma en la pantalla no es imagen...? Olga: no lo se... tampoco es real,... ni es virtual. Se trata de una silueta que se puede recoger sobre una pantalla. Manuel: pero, existen imágenes que no se pueden recoger sobre pantallas...

Olga: en efecto! Son las imágenes virtuales. Manuel: esas no se ven... o qué? Olga: esas no se forman por fuera del ojo,...sino tan solo sobre la retina. Manuel: ¿y cómo hace para formarse allí? Olga: gracias a la pupila del ojo. Manuel: ¿podrías ser más explícita? Olga: Solo después de que se han formado los pinceles de luz, por el paso de la luz a través de la pupila es que puede establecerse una correspondencia entre las zonas elementales del objeto y las zonas elementales del la imagen en la retina. Manuel: pero eso mismo es lo que ocurre cuando vemos los objetos reales,...

Olga: en efecto! En el diagrama anterior se muestran un par de pinceles que ayudan a formar la imagen retiniana de un objeto real y también de una imagen virtual... producida por un espejo plano, y la única diferencia ente un caso y el otro es que cuando el ojo está percibiendo un objeto real los pinceles que caen

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sobre la retina proceden directamente del objeto, mientras que cuando percibe una imagen virtual esos pinceles proceden del espejo... pero en cuanto a su divergencia es igual. Manuel: o sea que la diferencia entre un objeto real y una imagen virtual está en la desviación que experimentan los pinceles sobre el espejo... en el caso de la imagen... Olga: pero la percepción visual de ambos... del objeto real y de la imagen virtual... es idéntica... Manuel: sólo cambia la trayectoria geométrica de los pinceles luminosos. En lugar de propagarse rectilíneamente, se doblan sobre la superficie de los espejos,... o de las lentes. En los espejos los pinceles son devueltos al mismo lado de donde proceden, mientras que en el caso de las lentes... esos pinceles son transmitidos el otro lado de la lente que los recibe. Olga: lo cual puede aprovecharse para cambiar la percepción visual de la posición del objeto, su tamaño o su forma,... según el tipo de espejo... o de lente... que se utilice. Manuel: y, ¿cuál es la imagen virtual? ... ¿la que se forma en la retina, o la que se vé detrás del espejo? Olga: si fuera la que se forma en la retina, todas las imágenes serían virtuales, ya que todas, finalmente, terminan por formarse en la retina... Manuel: ¿por qué? Olga: porque de otra manera no serían percibidas. Manuel: entonces, ¿la imagen retiniana no entra en el proceso de clasificación... de realidad o virtualidad... de la imagen? Olga: no. Y en cuanto a..."la que se forma detrás del espejo"... debo decirte que... no existe tal imagen... es el ojo el que permite que el cerebro la imagine, a partir de la figura que se forma en la retina. Manuel: y, ¿el cerebro,... dónde se la imagina? Olga: en el punto donde parecen divergir los pinceles luminosos. Manuel: Bueno, ... y si no tuviéramos el ojo metido en una cuenca, con la retina en su parte posterior,... ¿cuál debería ser la forma de los dispositivos ópticos que permitirían formar las imágenes?. Olga: Deberían ser como cámaras oscuras,... con pequeños orificios en su parte delantera. Manuel: Entonces, no es posible fotografiar una imagen virtual? Olga : ¿por qué dices eso? Manuel: Porque la cámara fotográfica no tiene cerebro para imaginar... Olga: pero funciona en forma similar al ojo, y puede sacar un registro fotométrico de la iluminación que se produce en la pared posterior, en forma parecida a la que se produce en el interior del ojo,... cuando se forma la imagen retiniana. Manuel: O sea que, en última instancia, ¿toda imagen es real al ser observada?

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Olga: ¡Así es! Tiene que hacerse real para poder ser percibida a través de algún sensor... la retina... la película fotográfica,... o cualquier otro dispositivo. Manuel: pero no antes de ser percibida,... sino en el mismo acto de la percepción... Olga: Correcto! Si se hiciera real antes de ser percibida, sería ya una imagen real... que,... es percibida en algún lugar del espacio donde efectivamente convergen los pinceles de luz para formarla. Manuel: O sea que la virtualidad de la imagen virtual consiste en que no está allí donde la percibimos... Olga: Si puedes recogerla sobre una pantalla es real,... en caso contrario es virtual. Manuel: entonces las imágenes que vemos siempre son reales? Olga: No siempre. El ojo es capaz de percibir imágenes virtuales. Manuel: cómo así? Olga: lo que pasa es que el ojo está diseñado para recoger haces divergentes de luz y hacerlos converger sobre la retina... Manuel: entonces, los pinceles luminosos que entran al ojo deben ser divergentes antes de entrar? Olga: Sí... Aunque no mucho... Esa divergencia tiene un límite... El pincel no puede sobrepasar un diámetro angular de 30 minutos de arco. Manuel: ¿Por qué? Olga: porque en ese caso el cristalino ya no es capaz de concentrar el pincel sobre la retina, sino que produce una mancha de luz... tan grande que la imagen pierde nitidez. Manuel: Pero, entonces una imagen puede verse en el aire? Olga: Sí ! Toda imagen virtual se ve en el aire. Para ver las imágenes reales formadas en el aire que concentrarse un poco más, porque de manera inconsciente el cerebro trata de ubicar esa imagen sobre la superficie más próxima que encuentre... Manuel: Y para observarla puede ubicarse el ojo en cualquier sitio? Olga: No... Hay que introducir el ojo dentro del cono de luz que produce la imagen ... Si este se encuentra por fuera de ese cono no puede percibirse nada, ya que no logra recoger la luz que formó la imagen. Manuel: Por qué?... Si la imagen es real... debería verse desde cualquier parte! Olga: Ello sería así, si la luz emitida desde cada uno de sus puntos se difundiera en todas las direcciones...: pero si no incide sobre una pantalla, esa luz está limitada a propagarse dentro de un cono luminoso... por lo que hay que introducirse dentro de él para percibir la imagen. Manuel: Esto no sería necesario si la imagen se formara sobre una superficie traslúcida...

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Olga: En efecto! Porque dicha superficie difundiría la luz que incidiera sobre ella, para formar una imagen real ... en todas las direcciones. Manuel: Es decir, ... una pantalla cuya superficie sea parecida a la del papel mantequilla... Olga: Sí !... En caso de no existir esta pantalla, la luz continúa su propagación rectilínea después de haber formado la imagen en el aire.. Manuel: Y si se pone el ojo entre la lente y la pantalla ? Olga: Allí tampoco podrás percibir imagen alguna... Manuel: Por qué? Olga: Por la convergencia de los pinceles...El ojo no es una simple cámara oscura con una pupila de entrada, sino que además, está dotado de una lente positiva que concentra toda la luz del haz que atraviesa la pupila...en un punto determinado de la retina. Manuel: Y,...¿ qué pasa con eso..? Olga: Esta lente puede concentrar cada haz sobre la retina, cuando ellos son divergentes...No mucho, como ya comentamos...;pero si los haces ya son convergentes antes de entrar al ojo, entonces la luz se concentra mucho antes de la retina...Sólo en el primer caso, es decir, cunado son divergentes, es posible formar una imagen retiniana. Manuel: Y...¿cuándo es virtual un objeto? Olga: Cuando aún no se ha formado. Manuel:¿Cómo es posible que un objeto no se haya formado y, ... pueda servir de objeto? Olga: Bueno,...ópticamente eso es posible. Debido a que la imagen formada por un elemento óptico puede emplearse como objeto para otro dispositivo. Manuel: Y ... ¿ eso que tiene que ver? Olga: Cuando los pinceles luminosos que van a formar una imagen real son interceptados antes de formarla ... por una lente o espejo esa imagen está funcionando como un objeto virtual. Manuel: Pero si se impide la formación. ...¿cómo puede servir de objeto? Olga: ¿Por qué no? Manuel: Se que los rayos de luz que irían a formar la imagen, al ser interceptados por el dispositivo óptico (lente o espejo) no formará dicha imagen...

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Olga: Pero esos rayos seguirán incidiendo sobre dicho dispositivo con la misma oblicuidad que tenían antes de intercalarlo... Manuel: O sea que aunque se destruya la imagen que va a servir de objeto, los rayos que contribuirían a formarla se mantienen invariables. Olga: Así es: Y son esos rayos los que -al fin y al cabo- son desviados para formar la nueva imagen por el dispositivo intercalado. Manuel: Comprendido.... Olga: De acuerdo.

1. Huygens propuso para la luz: a. La teoría de la mecánica ondulatoria b. La teoría corpuscular c.

La teoría fotónica

d. La teoría ondulatoria. 2. Las imágenes dadas por los espejos planos es siempre: a. Real y de mayor tamaño que el objeto. b. Invertidas y reales

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c.

Virtuales y del mismo tamaño que el objeto

d.

Reales y derechas.

3. ¿Por qué el cielo es azul?. Cuando la luz _______________ atraviesa el aire, algunas frecuencias de la luz, particularmente las de los colores violeta-azul , excitan los átomos en su recorrido y estos a su vez reemiten en todas las direcciones, por resonancia, la misma frecuencia. Por tanto, la luz azul- violeta es sustraída del haz original y dispersada en todas las direcciones y la luz roja continua su camino sin desviación. Esto explica por qué vemos el cielo azul de día y el cielo rojo en las puestas del sol.

La palabra que le da sentido al texto anterior es: a. Violeta b. Azul c. Roja d. Blanca 4. Para que posición del objeto, la imagen dada por un espejo cóncavo es: Real, derecha y del mismo tamaño del objeto: a. Cuando está en el foco. b. Cuando está en el centro de curvatura. c. Cuando está entre el foco y el espejo.

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d. Cuando está entre el foco y el centro. 5. Un rayo luminoso incide con un ángulo de 53º sobre una cara de un prisma y sale perpendicular a la otra cara como lo muestra la figura.

Empleando la ley de Snell se obtiene el índice de refracción cuyo valor es: a. 0,8 b. 0,6 c. 1,33 d. 0,75 6. Un pez se encuentra en un acuario esférico de centro C como muestra la figura.

Si el pez se encuentra en B, el observador lo vera en: a. A

b. B

c. C

d. D

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Tipo Verdadero-Falso Determine el valor de verdad o falsedad en las siguientes afirmaciones. a.

as imágenes que se forman en la cámara oscura es una demostración de la propagación de la luz en línea recta.

b.

Cuando la luz pasa del vidrio al aire, el ángulo de incidencia es menor que el de refracción.

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