EXPERIMENTOS Y TEORÍA SOBRE REFLEXIÓN DE LA LUZ

Las fotografías adjuntas, tomadas por alumnos de 3º ESO en el laboratorio, muestran el recorrido de un rayo de luz reflejado por un espejo plano. En uno de los experimentos (fotografía a la izquierda) la luz procede de una fuente láser monocromática y el rayo se visualiza encima de una superficie blanca. En el otro (fotografías a la derecha) la luz que procede de una bombilla tradicional, atraviesa una puerta de una rendija y el rayo se visualiza encima de un banco óptico. Con objeto de observar el recorrido de rayos para distintos ángulos de incidencia, se pueden dar diversas inclinaciones del espejo.

Los estudiantes, después de tomar estas fotografías utilizan una cualquiera de ellas para comprobar la ley de la reflexión. Encima de la imagen trazan la dirección de la superficie normal y las de cada uno de los rayos (incidente y reflejado). Seguidamente, comprueban con un medidor de ángulos que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de la reflexión. Esta comprobación también se puede realizar con ayuda de Modellus, insertando en la pantalla la fotografía y determinando los ángulos con la herramienta de medida de ángulos del programa.

Para completar los experimentos sobre la ley de la reflexión aplicada a los espejos planos, procede estudiar en clase el proceso de formación de imágenes a través de ellos. Los alumnos, después de resolver el problema usando lápiz y papel, pueden reforzar dicho estudio usando la animación adjunta, que, como vemos, construye y localiza la imagen de un objeto extenso a través de un espejo plano (como sabemos, es una imagen virtual, derecha y del mismo tamaño que el objeto). Usando los controladores disponibles en la pantalla los alumnos pueden mover al objeto y/o modificar su altura, comprobando cómo afectan estas modificaciones a la posición y al tamaño de la imagen.

Clic aquí para descargar la animación. Para abrirla en el ordenador se ha de instalar el programa Modellus 2.5 (ordenadores de 32 bits) o usar aplicación Modellus 3 (ordenadores de 64 bits). No dejes de leer las instrucciones que se adjuntan con el programa, para usar en tu ordenador la versión que proceda de Modellus.

La fotografía adjunta, tomada en el laboratorio por alumnos de 3º ESO, muestra la reflexión de un rayo sobre un espejo curvo cóncavo. El diagrama que la acompaña explica cómo para aplicar la ley de la reflexión en estos espejos, los ángulos (de incidencia y de reflexión) se adoptan con respecto a la dirección normal (perpendicular) a la superficie en cada punto. Si la superficie es esférica, dicha dirección normal pasa por el centro, C, del espejo.

Igual que se hace con el espejo plano, después de tomar fotografías como la anterior, los estudiantes pueden comprobar (trabajando encima de ellas) la ley de la reflexión. Lo pueden hacer usando regla y compás, y también con la ayuda del programa Modellus (u otro programa similar) que permite determinar los ángulos con una herramienta de medida específica.

Usando una puerta con tres rendijas se visualiza el recorrido de tres rayos paralelos antes y después de reflejarse en el espejo. Así, los estudiantes pueden comprobar que en el espejo convexo la luz procedente de muy lejos diverge después de ser reflejada (fotografía de la izquierda), mientras que en el espejo cóncavo puede converger en un punto que se llama foco del espejo (fotografía de la derecha).

La posibilidad de que un espejo curvo cóncavo pueda concentrar la luz que refleja en un punto (foco del espejo) depende del tipo de curvatura de dicho espejo. Ocurre en el espejo esférico (su foco se ubica a una distancia del espejo igual a la mitad del radio de la esfera) y también en el espejo parabólico (tal como muestra el dibujo adjunto, su foco se sitúa mucho más cerca de la superficie que en el caso del espejo esférico). Esta es una propiedad importante, fuente de muchas aplicaciones prácticas. Por otra parte, como sabemos, a la distancia entre el foco y el vértice del espejo, se le llama distancia focal del espejo.

La animación adjunta construye y localiza la imagen de un objeto extenso a través de un espejo curvo cóncavo. Dicha imagen es real e invertida y se forma delante del espejo cuando el objeto se coloca a una distancia del mismo mayor que la distancia focal. En cambio, es una imagen virtual y derecha que se forma al otro lado del espejo cuando el objeto se coloca a una distancia del mismo menor que la distancia focal. Para comprobar que es así, los alumnos pueden usar los controladores disponibles en la pantalla que permiten mover a voluntad tanto al objeto como al foco del espejo. Por lo demás, la animación también calcula la posición en la que se forma la imagen y el aumento en su tamaño con respecto al del objeto. Desde luego, los alumnos también necesitan realizar en clase algunas actividades de lápiz y papel sobre el proceso de construcción de estas imágenes. 

Clic aquí para descargar la animación. Para abrirla en el ordenador se ha de instalar el programa Modellus 2.5 (ordenadores de 32 bits) o usar aplicación Modellus 3 (ordenadores de 64 bits). No dejes de leer las instrucciones que se adjuntan con el programa, para usar en tu ordenador la versión que proceda de Modellus.

Finalmente, esta otra animación construye y localiza la imagen de un objeto extenso, pero ahora a través de un espejo curvo convexo. La imagen que se forma en este caso es siempre real, invertida y de menor tamaño que el objeto (aumento siempre positivo y menor que la unidad).

Clic aquí para descargar la animación. Para abrirla en el ordenador se ha de instalar el programa Modellus 2.5 (ordenadores de 32 bits) o usar aplicación Modellus 3 (ordenadores de 64 bits). No dejes de leer las instrucciones que se adjuntan con el programa, para usar en tu ordenador la versión que proceda de Modellus.

El aprovechamiento tecnológico de la ley de la reflexión se remonta a la antigüedad. Como anécdota podemos citar que en el siglo 2l4 a C., durante el transcurso de la segunda guerra púnica el general romano Marcelo sitió la ciudad de Siracusa y el rey Hierón encargó a Arquímedes (287 a. C. - 212 a. C.) la defensa de la ciudad. Algunos historiadores narran que, para destruir las galeras enemigas, Arquímedes utilizó espejos que al concentrar los rayos solares sobre las naves desencadenaban incendios en ellas. Este relato, aceptado en un principio, desató luego vivas controversias desde hace algunos siglos sobre su veracidad. Hoy en día prevalece la idea que se trata de una leyenda.

Otra aplicación aún más reciente del mismo principio son las cocinas solares, que concentran la radiación solar alrededor de un punto usando un reflector parabólico.  En ese lugar se coloca la olla u otro recipiente que cocinará los alimentos.  El mismo método se emplea en las grandes centrales captadoras de energía solar.

En ocasiones interesa usar la ley de la reflexión para producir el efecto contrario, es decir, para emitir en una determinada dirección la luz generada por una fuente. Así ocurre en muchos tipos de de faros, como, por ejemplo, los de los automóviles. Su bombilla se sitúa en el foco de una superficie parabólica y el faro envía haces de luz paralelos. Lo mismo ocurre, por ejemplo, con algunos faros portuarios, y con los dispositivos que utilizan los dentistas para enfocar la boca del paciente.