6.2.2: Simulación de Reflexión

La simulación a continuación permite una breve exploración de la reflexión especular. En este caso estamos simulando espejos pero hay que tener en cuenta que, si la superficie es lisa con relación a la longitud de onda, cualquier onda obedecerá las mismas reglas. El espejo en cada caso en el centro y todo a la derecha está detrás del espejo (virtual). Las unidades de altura\(h\), y distancia,\(d\), son arbitrarias (cm, pulgadas, etc.).

Preguntas de Simulación:

1. La simulación comienza con un espejo plano, un objeto a la izquierda (una vela) y la imagen de la vela (mostrada a la derecha). Se muestran dos rayos reales (flechas blancas) dejando el objeto y reflejándose en el espejo. Describa cuidadosamente cada rayo. ¿Qué hace el rayo paralelo cuando se refleja en el espejo? ¿Qué hace el rayo que va al centro del espejo cuando refleja?
2. El pequeño transportador se puede arrastrar a diferentes ubicaciones y la punta de la flecha se puede mover para cambiar el ángulo. Úselo para medir los ángulos incidente y reflejado (los ángulos se miden desde la línea horizontal que es perpendicular a la superficie del espejo, no desde la superficie del espejo). ¿Cuáles son los ángulos incidentes y reflejados para el rayo que va del objeto al centro del espejo? ¿Se obedece la ley de la reflexión?
3. Nuestros ojos y cerebro no perciben los rayos como reflejantes. En cambio, nuestros cerebros perciben los rayos reflejados como provenientes de detrás del espejo (las flechas magenta) de una imagen imaginaria o virtual detrás del espejo. El objeto se puede mover usando el mouse. ¿Cambia el tamaño de la imagen si el objeto se mueve hacia adelante y hacia atrás?
4. Ahora elige el botón espejo convexo. Mueve el objeto hacia adelante y hacia atrás. Describa lo que le sucede a la imagen a medida que el objeto se mueve hacia adelante y hacia ¿Qué pasa con un rayo paralelo cuando se refleja? ¿Qué pasa con un rayo que va al centro del espejo?
5. El punto rojo de la derecha es el punto focal del espejo y es\(1/2\) el radio de curvatura del espejo. El punto turquesa localiza el centro de curvatura y el radio de curvatura va desde el centro de curvatura hasta el espejo. ¿Qué sucede con un rayo que comienza a la izquierda y se dirige hacia el punto focal del otro lado; cómo se refleja?
6. Use el transportador para medir los ángulos incidente y reflejado para el rayo que golpea el centro del espejo para la caja convexa. (Nota: La curvatura de los espejos es exagerada; coloca el transportador sobre la línea turquesa en lugar del espejo mismo). ¿Son iguales los ángulos incidentes y reflejados?
7. Los otros rayos también obedecen a la ley de reflexión pero la superficie del espejo en esos lugares no es perpendicular al\(x\) eje. Para un objeto muy corto, coloca el transportador en la ubicación (en la línea turquesa) donde el rayo superior golpea el espejo y gira la flecha para apuntar directamente lejos del centro de curvatura (punto turquesa). Esta es la dirección de una perpendicular al espejo y debe caer precisamente entre los rayos entrantes y salientes. ¿Cuál es el ángulo? (Nota: Estas medidas solo funcionan para el centro mismo del espejo; en otras palabras, para un objeto muy corto relativo a la altura del espejo).
8. Para el espejo plano y convexo, ¿el tamaño del objeto cambia las leyes de la reflexión? Describe lo que ves.
9. Ahora da clic en el botón del espejo cóncavo. Deslice el objeto hacia adelante y hacia atrás, moviéndolo desde muy lejos del espejo hasta muy cerca. Describir dónde está la imagen, su tamaño relativo al objeto y orientación (Sugerencia: Hay tres casos diferentes; Más cerca que el foco; más lejos que el foco pero más cerca del doble de la distancia focal; más lejos que el doble de la distancia focal.)
10. Las imágenes que aparecen detrás del espejo (a la derecha en la simulación) son imágenes virtuales; solo podemos verlas mirándolas en el espejo. Las imágenes que aparecen en el lado izquierdo, frente al espejo son imágenes reales. Estos se pueden ver en el espejo y también se pueden proyectar sobre una pantalla. Para el espejo plano ¿las imágenes eran reales o virtuales? ¿Las imágenes para el espejo convexo son reales o virtuales? ¿Cómo lo sabes? ¿En qué casos las imágenes fueron reales y virtuales en el espejo cóncavo?
11. Describir los tres rayos reflejados para el caso de una imagen virtual en la caja de espejo cóncavo. ¿Obedecen la ley de la reflexión? Explique.
12. Describir los tres rayos reflejados para el caso de una imagen real en la caja del espejo cóncavo. ¿Obedecen la ley de la reflexión? ¿Las leyes de la reflexión cambian dependiendo del tamaño del objeto en el caso cóncavo? Explique.
13. Vuelve al espejo plano y usa el ratón para encontrar la distancia desde el espejo hasta el objeto y desde el espejo hasta la imagen. (Utilice los valores absolutos de los números en el cuadro amarillo. También es posible que tenga que hacer clic con el mouse hacia abajo y deslizarse hacia el objeto para obtener un valor sin mover el objeto). ¿Cómo se relaciona la distancia al espejo del objeto con la distancia a la imagen para el espejo plano?
14. Para un espejo plano, la altura de la imagen y la distancia de la imagen son las mismas que las del objeto. Para un espejo curvo la relación entre la distancia al objeto,\(s\) y a la imagen\(s'\) se relaciona con la distancia focal,\(f\) que es igual a la mitad del radio de curvatura del espejo. La relación es\(1/f=1/s+1/s'\) donde la distancia focal es positiva para un espejo cóncavo y negativa para un espejo convexo. La distancia a la imagen será positiva si la imagen es real y negativa si virtual. Usa el ratón para encontrar la distancia al objeto y a la imagen para varias distancias diferentes en la caja del espejo convexo. Usa estos valores para encontrar la distancia focal,\(f\) (usa los valores absolutos de las distancias dadas en el cuadro amarillo y la regla de que las distancias a la imagen serán positivas si la imagen es real y negativas si virtuales).