Retro-alimentacion. Unidad Luz y óptica

4 Unidad Temática: Luz y Óptica. Cuestionario sobre las Actividades de Aprendizaje

a continuación aparece el cuestioanrio referente a la sustentación de las cinco actividades propuestas sobre la unidad temática 1 Luz y Óptica

¿cómo se obtiene la imagen en un espejo plano neutro y la altura del espejo para que el observador vea su imagen completa?. Haga esquema

¿cuál es la velocidad de la imagen en un espejo plano neutro, si el espejo de aleja del observador a una velocidad v?

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por un espejo cóncavo si el objeto se ubica entre el espejo y el foco? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por un espejo cóncavo si el objeto se ubica sobre el foco? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por un espejo cóncavo si el objeto se ubica entre el foco y el centro? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por un espejo cóncavo si el objeto se ubica sobre  el centro? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por un espejo cóncavo si el objeto se ubica a una distancia mayor del radio?. Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de imágenes producidas por espejos convexos? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por una lente  convergente si el objeto se ubica sobre el foco? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por una lente  convergente si el objeto se ubica entre el foco y el centro? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por una lente  convergente si el objeto se ubica sobre  el centro? Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de la imagen producida por una lente  convergente si el objeto se ubica a una distancia mayor del radio?. Haga esquema

¿cuál es la naturaleza de imágenes producidas por lentes  divergente?  Haga esquema

¿cuál es la velocidad del rayo de luz en el diamante, ( donde n = 2,42)? Haga esquema

¿cuál es la velocidad del rayo de luz en el agua, ( donde η = 1,33)? Haga esquema

¿cuál es el ángulo de refracción de un rayo de luz que pasa del  agua al aire, si el ángulo de incidencia es de 35°, ( donde η _agua = 1,33)? Haga esquema

¿cuál es el ángulo de refracción de un rayo de luz que pasa del  vidrio al aire, si el ángulo de incidencia es de 42°, ( donde η _vidrio = 1,5)? Haga esquema

¿cuál es el valor de la longitud de onda de un rayo de luz en una placa de vidrio ( donde η _vidrio = 1,5)? Si incide en el aire con una longitud de onda de 640 nm.  Haga esquema

¿cuál es el calor del ángulo crítico de un rayo e luz que incide es una superficie vidrio-aire? (η _vidrio = 1,5; η_aire=1,0). Haga esquema

¿cuál es el calor del ángulo crítico de un rayo e luz que incide es una superficie agua-aire? (η _agua = 1,3; η_aire=1,0). Haga esquema

¿cuál es la profundidad real de un recipiente que contiene agua, si en el fondo del recipiente reposa una moneda y la distancia aparente de la moneda a la superficie es de 9 cm?. Haga esquema

¿cuál es la profundidad aparente de un recipiente que contiene agua, si en el fondo del recipiente reposa una moneda y la distancia real del recipiente es de 9 cm?. Haga esquema

¿cuál es la profundidad aparente de una persona que mira verticalmente hacia abajo de un estante lleno de agua con una profundidad real de 2,00 m?. Haga esquema

¿cuál es la profundidad real de una persona que mira verticalmente hacia abajo de un estante lleno de agua con una profundidad aparente de 2,00 m?. Haga esquema

¿cuál es el índice de refracción de un medio donde la velocidad de la luz es 1/3 de la velocidad en le vacio?

Explique la naturaleza de la luz

¿qué caracteriza una imagen real? En espejos y en lentes

¿qué caracteriza una imagen virtual? En espejos y en lentes

¿qué es un laser estrecho y coherente?

¿qué es la fibra óptica?

¿cómo se conduce la luz en la fibra óptica?

¿qué es un espejo?, ¿qué es una lente?

¿cuál es el comportamiento de los rayos en la lente convergente? Y ¿cómo es la imagen formada? Haga esquema

¿cuál es el comportamiento de los rayos en la lente divergente? ¿cómo es la imagen formada? Haga esquema.

¿en qué consiste el fenómeno de reflexión de la luz? Y ¿en qué elementos se presenta?

¿en qué consiste el fenómeno de refracción de la luz? Y ¿en qué elementos se presenta?

¿en qué consiste el fenómeno de difracción de la luz? Y ¿en qué elementos se presenta?

¿qué condiciones debe tener una fuente de luz para que produzca un patrón de difracción observable?

¿cuál es la diferencia entre difracción Fresnel y difracción de Frauhofer?

¿cómo es la representación gráfica de la difracción de Frauhofer para una rendija circular?

¿cómo es la representación gráfica de la difracción de Frauhofer para una rendija angosta y larga?

¿cómo es la representación gráfica de la difracción de Frauhofer para dos rejillas angostas y largas?

5 Unidad Temática: Luz y Óptica. Ejercicios numéricos tipo

A continuación se presentan 8 ejercicios numéricos relacionados con la reflexión y refracción de la luz en superficies pulidas y de diferentes formas y la difracción para su estudio y análisis.

1 Se desea conocer las características de un objeto ubicado frente a un espejo convexo con un radio de 6 cm, si la imagen es virtual, y está ubicada a -6/5 cm.

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible                  

 Radio=-6 cm;  Imagen Virtual; di=-6/5 cm;  df = -3 cm (E Convexo)

 

Cantidades desconocidas do=?

Ecuaciones a utilizar: Ecuación del espejo: 1/df =1/do + 1/di

 

Reemplazo de datos:                               

1/-3cm = 1/do – 6/5cm;                                                                                    

 

Despejando y resolviendo operaciones:                                         

do = 2 cm= 2 *10E-2 m

 

Conclusión:

El objeto es:   REAL, porque la distancia del espejo al objeto es positiva;  DERECHO, porque el tamaño de la imagen es positiva;  está más retirado del espejo que la imagen, do>di                                                                            

 

2 Se desea conocer las características de un objeto situado frente a un Espejo cóncavo con radio de 20 cm, si altura imagen es - 1,5 cm y está ubicada a 15 cm.

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible                   

Radio = 20 cm;  hi = -1,5 cm; di= -15 cm; df = -3 cm (E Convexo)

 

Cantidades desconocidas do=?; ho =? 

 

Ecuaciones a utilizar:

Ecuación de espejo: 1/df = 1/do + 1/di                                         

Ecuación para calcular Aumento (reducción): M = hi/ho = di/do  

 

Reemplazo de datos:                        

1/10 cm = 1/do +1/15 cm                                                         

 

Despejando y resolviendo: do = 3 cm (imagen real);                        

M=-1,5/ho = -15/30                                                                    

 

Despejando y resolviendo operaciones:                                             

ho = 3,0 cm (objeto derecho)

do = 3 *10E-1 m;                                                                                  

ho =3 *10E-2 m

 

Conclusión:

El objeto es: REAL(do es positiva), DERECHA (la altura es positiva) ;                                                                    

está más retirado del espejo que la imagen (do>di)                                                                                                                                                                                                                                                                               

 

3 Se desea conocer el valor del ángulo de incidencia de un rayo de luz que pasa del aire al agua, si el ángulo de refracción: 49,7⁰.

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible                   

ηaire=η₁ = 1,0                                                                                 

ηagua =η₂= 1,33                                                                      

Ѳ₂=49,7⁰.

 

Cantidades desconocidas Ѳ₂=?

 

Ecuaciones a utilizar :

Ley de Snell:

η₁/ η₂=sen 49,7⁰/ sen Ѳ₁.

 

Reemplazo de datos:                        

1,0*sen Ѳ₁ = 1,33*sen 49,7⁰.                                               

 

Despejando y resolviendo operaciones: Ѳ₁=35⁰.

 

Conclusión:

El medio 2 es más denso que el medio 1 porque el ángulo con la normal en el medio 2 es mayor que en el medio 1 (Ѳ₂> Ѳ₁)

 

4 Se desea conocer el valor del ángulo crítico si la superficie es vidrio-aire

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible                   

ηvidrio = η₁ = 1,33                                                                       

ηaire= η₂ = 1,0                                                                            

Ѳ₂=90⁰.

 

Cantidades desconocidas Ѳ₂=?

 

Ecuaciones a utilizar :

Ley de Snell:

η₁/ η₂=sen 49,7⁰/ sen Ѳ₁.

 

Reemplazo de datos: Ѳ₁ es el ángulo critico entonces : 1,5*sen Ѳc = 1,0*sen 90⁰.

Despejando y resolviendo operaciones: Ѳc=42⁰.    

 

Conclusión:

El ángulo al cual sucede la reflexión total interna en el vidrio es 42⁰.                 

 

5 Se desea conocer el valor de la velocidad de la luz en el medio desconocido si los índices de las dos superficies en contacto son: 1, 00 y 1,88; una velocidad V = 1,6 x 10↑8 m/s. ¿cuál es el medio?

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible    

η₁ = 1,00                                                                                          

η₂ = 1,88

V ₂=1,6*10E8

 

Cantidades desconocidas

V ₁=?                                                                                           

 

Ecuaciones a utilizar :

Ley de Snell:                      

η₁/ η₂= sen 49,7⁰/ sen Ѳ₁                       

m/s.    

 

Reemplazo de datos: 1,0 / 1,88 = 1,6 *10E8 m/s / V₂                                                              

Despejando y resolviendo operaciones:                                       

V₂ = 3,008*10E8 m/s, que es la velocidad de la luz en el aire

Conclusión:

 

La velocidad de la luz es menor en el medio diferente al aire, por tanto dicho medio es menos denso que el aire.        

 

6 Se desea conocer la longitud de onda de un rayo de luz en el aire, si λvidrio: 400 nm

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible

η aire = η₁ = 1,00                                                                            

η vidrio = η₂ = 1,88                                                                               

λ ₂= 400 nm.

 

Cantidades desconocidas

λ ₁=?

 

Ecuaciones a utilizar :

Ley de Snell:

η₁* sen ѳ₁=η₂ *sen ѳ ₂                                           

sen ѳ₁/sen ѳ ₂ = V₁/ V₂= λ ₁/ λ ₂ por tanto: η₁/η₂= λ ₂/ λ ₁  

 

Reemplazo de datos:

1,0 / 1,88 = 400 nm / λ ₁                                                            

 

Despejando y

resolviendo operaciones: λ ₁ = 600 nm

λ ₁ = 6,00 *10E=7 m    

 

Conclusión:

Como la longitud de onda de la luz en el aire es mayor (λ ₁> λ₂ ) entonces el vidrio es más denso que el aire

 

7 Se desea conocer la profundidad real de un estanque lleno de agua, si la profundidad aparente del objeto cuando se mira vertical hacia abajo es 1,50 m.

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible

Profundidad Aparente: PA=1,50 m                                                                  

η aire: η₁ = 1,00                                                                              

η agua = η₂= 1,33

 

Cantidades desconocidas

Profundidad Real: PR =?

 

Ecuaciones a utilizar :

PA / PR = η₁  / η₂

 

Reemplazo de datos:

1,50 / PR =1,00 /1,33                                                                    

 

Despejando y resolviendo operaciones:

PR = 2,00 m

 

Conclusión:

PR estanque > PA estanque porque η₂ > η₁ (la densidad medio donde está el objeto es mayor que densidad del medio donde está el observador)

 

8 Se desea conocer el orden del valor de la distancia del mínimo si el diámetro de un cabello es: 15,960 nm; la longitud de onda es 532 nm; la distancia entre el cabello y la pantalla es 1,5 m; la distancia entre el máximo y el mínimo es 5 X10 ↑-3 m.  

Solución:

Cantidades conocidas y paso de unidades a sistema compatible

d=15,960 nm                                                                 

λ=532 nm                                                                                

 D =1,5 m                                                                               

L =2 *5*10E-3 m

 

Cantidades desconocidas

dmínimo = mínimo=?

 

Ecuaciones a utilizar :

d=2*mínimo* λ *D/L

 

Reemplazo de datos:

15,90 nm =2*mínimo*532 nm*1,5m/ 2*5*10E-3   

Despejando y resolviendo operaciones: mínimo = 1

 

Conclusión:

El orden del mínimo es 1.

 

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14 *Retro-alimentacion*1

A continuación aparecen 20 preguntas con sus respectivas respuestas realizadas por estudiantes del curso del del semestre 09,2 de diferentes temas relacionados con la óptica.

Tema: El ojo humano

 1. ¿Cómo es el iris? R/Ta. Es una membrana coloreada y circular del ojo que separa la cámara anterior de la cámara posterior y en él se encuentra la pupila que es de color negro

2.  ¿Cuál es la función principal del iris? R/Ta. es el encargado de permitir que la pupila se dilate o se contraiga y tiene como objetivo regular la cantidad de luz que llegará a la retina

Tema: Fotometría

·    3. La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o los gamma es una forma de energía. Si la energía se mide en joules (J) en el Sistema Internacional, ¿para qué necesitamos nuevas unidades?. Rta. La razón es más simple de lo que parece. No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y produce sensación luminosa, ni toda la energía que consume, por ejemplo, una bombilla se convierte en luz. Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello se definen nuevas magnitudes 

4. Nombre al menos dos de las seis unidades de medida fotométricas.Rta.1_Magnitud fotométrica: Cantidad de luz o energía luminosa-Símbolo: Qv - Unidad: lumen Segundo-Abreviatura: lm·s- Magnitud radiométrica asociada: Energía radiante

Magnitud fotométrica: Flujo luminoso o potencia luminosa-Símbolo: F - Unidad: lumen (= cd·sr)-Abreviatura: lm- Magnitud radiométrica asociada: flujo radiante o potencia radiante

Magnitud fotométrica: Intensidad luminosa -Símbolo: Iv - Unidad: candela-Abreviatura: cd - Magnitud radiométrica asociada: intensidad radiante

Magnitud fotométrica: luminancia -Símbolo: Lv - Unidad: candela/m²-Abreviatura: cd/ m²- Magnitud radiométrica asociada: Radiancia

 Tema: El color

 5. ¿Por qué el ser humano no puede ver los colores? R/Ta: porque el ojo humano no tiene receptores

6. ¿De qué depende el color? R/Ta: de la fuente de luz y de las frecuencias de luz 

7. ¿Qué es el color? R/Ta: es un fenómeno físico de la luz y la visión

Tema: Eclipse solar y eclipse lunar

      8. ¿Por qué es más común la observación de eclipses de luna que de sol? R/: En general se producen dos eclipses de sol y dos de luna cada año. Sin embargo, la sombra que la luna proyecta sobre la tierra es muy pequeña en comparación con la que proyecta la tierra sobre la luna. Hay relativamente pocas personas en la sombra de la luna (eclipse solar), mientras que todas aquellas que miren el cielo nocturno podrán observar la sombra de la tierra proyectada sobre la luna (eclipse lunar).

      9. ¿Cuáles son las recomendaciones cuando hay un eclipse? R/: Se recomienda no mirar el sol durante un eclipse porque el brillo y la radiación ultravioleta de luz solar pueden dañar los ojos. Algunas personas entienden mal este consejo y piensan que la luz solar es más dañina durante un eclipse, pero mirar el sol cuando esta en lo alto del cielo es dañino hay o no eclipse. De hecho mirar el sol cuando no hay eclipse es mas dañino que cuando lo oculta una parte de la luna. La razón de que se hagan recomendaciones especiales cuando va a ocurrir un eclipse es simplemente porque durante el mismo hay mas personas interesadas en mirar el sol.

     10. ¿Qué sucede cuando te encuentras en la zona de umbra o en la zona de penumbra durante un eclipse? R/: Si te encuentras en la zona de umbra experimentaras un breve periodo de oscuridad durante el día. Si te hallas en la penumbra veras un eclipse parcial. La luz del sol pierde intensidad y el sol se observa como una media luna.

Tema: Telescopio reflecto

11. ¿Qué es un telescopio feflector? R/ta. Un telescopio reflector es un telescopio óptico que utiliza espejos en lugar de lentes para enfocar la luz y formar imágenes

12. ¿Cuáles son los tipos de reflectores que existen? R/ta.

• Newtoniano.
• Ritchey-Chretien. La más utilizada en los telescopios profesionales.
• Maksutov.
• Schmidt. Utilizado para fotografáis de gran campo, como en la astronomía.

13. ¿Quien y para qué inventó el prime telescopio reflactor? R/ta. Sir Isaac Newton diseñó el primer reflector alrededor de 1670. Este primer reflector fue diseñado para evitar el problema de la aberración cromática, una degradación notable de las imágenes en los telescopios refractores de la época (posteriormente este problema se resolvió utilizando lentes acromáticas). El reflector clásico formado por dos espejos y un ocular se conoce como reflector Newtoniano.

Tema: El caleidoscopio

14. Explica la razón por la cual se forman las imágenes múltiples que has observado. R// La disposición de los espejos en un caleidoscopio hace que se vean múltiples imágenes ya que el espejo que completa el triángulo equilátero permite nuevas reflexiones.

La belleza de las imágenes del caleidoscopio proviene de las múltiples reflexiones debidas a la presencia de los tres espejos. Para entender cómo se forman estas imágenes en el caleidoscopio, consideremos agregar el tercer espejo para formar el triángulo equilátero como ya hemos descrito. Al agregar este espejo aparecen las imágenes de los otros espejos reflejadas en éste así como las imágenes de los objetos y las imágenes de las imágenes de los espejos y de los objetos.

15. ¿Qué efecto tiene el ángulo entre los espejos sobre el numero de imágenes? R// Entre mayor sea el ángulo, se generarán menor numero de imágenes; y entre menor sea el ángulo, se producirán mas imágenes.

Ejemplo para un caleidoscopio tetraédrico. A 45º de cada uno se generan ocho imágenes duplicadas. A 60º se observan seis duplicados y a 90º cuatro.  

Tema: caracteristicas de las ondas

16. ¿Las ondas periódicas están caracterizadas por? R/ta. crestas y valles

17. Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de situaciones. ¿Cuáles son? R/ta. difracción, efecto Doppler, interferencia, reflexión, refracción, ondas de choque

18. ¿Una onda es polarizada cuándo? R/ta. puede oscilar en una dirección

Tema: El holograma

 19. ¿Qué es el holograma?, ¿cómo se reproduce? R/ta. es una especie de fotografía tridimensional que contiene todo el mensaje o la imagen entera en cada porción de su superficie, y se produce por la interferencia entre dos haces de luz de láser y este se divide en dos; uno que se refleja del objeto a la película y el otro (haz de referencia) se refleja de un objeto a la película.

20. Si el holograma esta impreso en una película fotográfica ¿qué pasaría si lo cortamos por la mitad? R/ta. NO pasa nada puedo cortarlo en varios pedazos y seguir viendo toda la imagen en cada fragmento.

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