Experimentos de fenómenos ópticos, físicos y geométricos

INTRODUCCIÓN

¿Sabías que en realidad los seres humanos no vemos las cosas? Vemos la luz que reflejan los objetos.

Gracias a la luz podemos ver el mundo a nuestro alrededor, imágenes cotidianas como una flor o las montañas, pero también cosas pequeñas como bacterias u objetos muy lejanos como las estrellas y galaxias, todo en variados colores, pero ¿qué es la luz?[pic 1]

Y a la ciencia que estudia la luz, se le conoce como Óptica.

La Óptica se encarga de estudiar el comportamiento de la luz. Es, también, una de las ramas más antiguas: los fenómenos de reflexión y refracción se conocen desde la antigüedad, y genios como Newton dedicaron grandes esfuerzos a su estudio. La historia de la óptica cambió radicalmente con Maxwell, que relacionó la luz con las ondas electromagnéticas, dando lugar a la óptica física.

El estudio de la óptica se define también como la interacción de la luz con los objetos, y se reconocen dos áreas:

La óptica geométrica: estudia los fenómenos ocurridos en la interacción de la luz con objetos cuyo tamaño es mayor que la longitud de onda de la luz.

La óptica física: parte de la física que explica los fenómenos producidos por la interacción de la luz con objetos materiales, cuyas dimensiones son similares a las de la longitud de onda de la luz. Estas interacciones generan fenómenos típicamente ondulatorios como son: la difracción y la polarización.

INTRODUCCIÓN A ÓPTICA GEOMÉTRICA Y DESARROLLO DE EXPERIMENTOS

Óptica geométrica

La óptica en general es el estudio de la interacción de la luz con los cuerpos materiales. La óptica geométrica es originada por el estudio de la luz con objetos cuyo tamaño es mayor que la longitud de onda de la luz incidente. Esta tiene como finalidad estudiar las leyes de propagación de la luz en medios transparentes. Tenemos dos fenómenos ondulatorios importantes dentro de esta rama; la reflexión y la refracción.

Reflexión

La reflexión es el fenómeno físico que explica la incidencia de las ondas contra un material y su curso posterior cuando el material sobre el cual incide no absorbe la onda. Es decir, cuando no absorbe la luz.

Refracción

La refracción es el fenómeno físico que explica la incidencia de las ondas contra un material y su curso posterior cuando el material sobre el cual incide absorbe la onda. La refracción de la luz ocurre cuando los rayos viajan a través de medios diferentes y se desvían. Esta desviación tiene su origen en la variación de la velocidad de la luz cuando pasa de un medio a otro; por ejemplo cuando la luz pasa del aire al agua o del aire al vidrio, se desvía, lo que hace ver los objetos deformes.

FENOMENOS ÓPTICOS DE REFLEXIÓN

EXPERIMENTO I. ¿Por qué vemos colores?

Objetivo:

• Comprobar que el color de los objetos se debe a que [los objetos] absorben una parte de luz y reflejan otra.
• Comprobar que la energía de la luz se convierte en calor.

[pic 2]

Paso 1. Infla todos los globos

Paso 2. Lleva un globo de color al sol (concentrar la luz del sol con ayuda de una lupa).

Paso 3. Presta atención al tiempo que tarda el globo en reventar.

Paso 4. Pinta un círculo negro en el globo blanco.

Paso 5. Concentra la luz sobre el punto negro.

¿QUÉ SUCEDIÓ?

• En el experimento anterior se puede comprobar que la luz blanca está compuesta por varios colores.
• El color de los objetos se debe a la reflexión de esa parte de luz y la absorción de todos los demás colores. Por ejemplo, una manzana roja absorbe todos los demás colores, excepto el rojo (onda o parte de luz), por eso es que la vemos de color rojo.
• Los objetos negros absorben la luz de todos los colores, y los blancos reflejan toda la luz.
• Con la lupa, concentramos la luz en un punto elevando la temperatura. El color negro absorbe todo el calor y el blanco lo refleja.

CONCLUSIÓN DEL EXPERIMENTO

El color blanco refleja la totalidad de la luz que recibe, mientras que los globos de colores reflejan sólo la luz asociada a su color, absorbiendo los demás componentes que, al aumentar rápidamente la temperatura del globo, absorbiendo todos los demás que, al aumentar la temperatura del globo, provocan que éste explote. El globo blanco al reflejar toda la luz, no se calienta y, por tal motivo, no revienta.

EXPERIMENTO II. Reflexión múltiple: espejos angulares.

Objetivo: Comprobar que el número de imágenes en un espejo depende del ángulo formado entre dos espejos planos.

[pic 3]

Paso 1. Coloca dos espejos planos, uno junto al otro.

Paso 2. Observa el número de imágenes que se reflejan en cada espejo.

Paso 3. Disminuye poco a poco, el ángulo entre ambos espacios.

Paso 4. Presta atención al número de proyecciones que se forman durante el proceso.

¿QUÉ SUCEDIÓ?

• El objeto refleja su imagen tres veces en los espejos colocados a 90 grados.
• A medida que varía el ángulo entre los espejos planos, aumenta el número de imágenes.
• Un espejo funciona como “reflector” del otro.

CONCLUSIÓN DEL EXPERIMENTO

Si se colocan dos espejos planos de tal forma que la imagen de un espejo se pueda reflejar en el otro, se produce una repetición del objeto inicial. Es decir, este se comporta como un objeto virtual para el mismo, formando una nueva imagen que podrá seguir formando otras imágenes (siempre que no se proyecte en la zona denominada zona de sombra). Por otra parte, el número de imágenes formadas dependerá del ángulo entre los espejos. De este modo, a menor ángulo, mayor es el número de imágenes y análogamente, a mayor ángulo entre ambos espejos, menor será el número de imágenes formadas.

FENOMENOS ÓPTICOS DE REFRACCIÓN

EXPERIMENTO III. Fenómeno ondulatorio: imagen inversa

Objetivo:

• Comprobar que el cambio de dirección se debe a la refracción que sufre la luz al pasar de un medio a otro.
• Apreciar la velocidad de la luz en medios diferentes.

[pic 4]

Paso 1. Coloca las flechas en una sola dirección.

Paso 2. Toma el vaso y ubícalo frente a ellas.

Paso 3. Llena el vaso de agua.

¿QUÉ SUCEDIÓ?

• En el experimento anterior se puede apreciar que las flechas que están dirigidas hacia la derecha después están hacia la izquierda.
• Esto sucede por la refracción, es decir, la desviación de los rayos cuando pasan de un medio a otro, en este caso, del aire al agua.
• Cuando los rayos de luz van por un mismo medio (aire) se propagan en línea recta; pero cuando cambian de medio (agua), se empiezan a desviar hacia arriba.

CONCLUSIÓN DEL EXPERIMENTO

Cuando un material absorbe una onda, la luz se propaga en línea recta por determinado medio, de tal forma que al pasar de un medio a otro medio distinto, ésta se desvía y cambia su dirección, la luz no viaja a la misma velocidad en el aire que en el agua. Por lo tanto, el aire y el agua tienen distintos índices de refracción.

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