Espejos, lentes y fibras ópticas

	Autores: Fernanda Velazquez y Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Leyes de reflexión y refracción. Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Introducción a la actividad

Un espejo es una superficie pulida en la que, al incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes de la reflexión. El ejemplo más simple es el espejo plano. En él, un haz de rayos de luz paralelos puede cambiar de dirección completamente en conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir así una imagen virtual de un objeto con el mismo tamaño y forma que el real. La imagen resulta derecha pero invertida en el eje normal al espejo.

También existen espejos cóncavos y espejos convexos. En un espejo cóncavo, cuya superficie forma un paraboloide de revolución, todos los rayos que inciden paralelos al eje del espejo se reflejan pasando por el foco, y los que inciden pasando por el foco se reflejan paralelos al eje.

Las lentes son objetos transparentes, limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva. Las lentes más comunes se basan en el distinto grado de refracción que experimentan los rayos de luz al incidir en puntos diferentes de la lente. Además de en un par de anteojos, también se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios y microscopios. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que también se denomina lentes. Por ejemplo, en los microscopios electrónicos las lentes son de carácter magnético.

La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio o cable. Son el medio de transmisión por excelencia, ya que no los afectan las interferencias electromagnéticas; también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

Objetivo de la actividad

Comprender las leyes de la refracción y reflexión y sus aplicaciones en espejos, lentes y fibras ópticas.

Objetivos pedagógicos

Actividad 1

Mediante el siguiente enlace podemos ver que el ángulo de incidencia en un espejo plano es igual al ángulo del rayo reflejado luego de la reflexión.

a) Enumerar los elementos que utilizan en el experimento y describir que sucede con el punto de luz que llega al papel a medida que mueven a un lado y al otro la fuente de luz.

En el siguiente video podemos observar cómo son las imágenes reflejadas en los espejos planos, cóncavos y convexos.

b) ¿Cómo se llaman los espejos que tiene forma de un casquete esférico? ¿En que dos clases se los puede clasificar?

c) ¿Cómo se llama al centro de la esfera que forma el casquete esférico del espejo?

d) ¿Por dónde pasa un haz luminoso que incide sobre el espejo en forma paralela al eje de simetría del mismo?

e) ¿A qué se denomina distancia focal?

f) ¿En qué dirección se refleja un haz incidente que pasa por el foco?

g) ¿Qué sucede con un haz que incide sobre el espejo pasando por el centro de curvatura?

h) ¿Cómo son las imágenes que se generan en un espejo cóncavo? ¿cómo son en uno convexo? ¿qué debe realizarse con los rayos para poder formar la imagen?

i) ¿Cómo son las imágenes que se forman en un espejo plano?

j) Realizar un informe con el programa Write con las respuestas a las preguntas previas, incorporar capturas de pantallas con cada etapa de los distintos trazados de rayos como así también las imágenes en cada espejo.

Actividad 2

Mediante el siguiente enlace podemos entender el concepto de lentes y conocer las propiedades de las lentes convergentes y divergentes. Con esta información completar el siguiente cuestionario:

a) Definir qué se entiende por una lente.

b) Explicar cómo son las lentes convergentes y qué ocurre con los rayos cuando la atraviesan. Definir el punto foco-objeto y foco-imagen.

c) Cuando las lentes son convergentes, ¿cómo son las imágenes refractadas?

d) ¿Qué ocurre con las lentes convergentes cuando el objeto se coloca entre el foco y la lente? ¿cómo se comportan los rayos incidentes?

e) Explicar cómo son las lentes divergentes y cómo es la imagen formada por ellas.

f) Realizar un informe con el programa Write con las respuestas a las preguntas previas; incorporar capturas de pantallas con cada etapa de los distintos trazados de rayos como así también las imágenes en cada lente.

Actividad 3

Mediante el siguiente enlace podemos entender qué es una fibra óptica y cuales son sus principales aplicaciones. En base a esta información responder el siguiente cuestionario:

a) Explicar que es una fibra óptica, cómo está construida y cómo funciona.

b) ¿Qué son las ondas electromagnéticas?

c) ¿En qué región del espectro de ondas electromagnéticas  se encuentra el rango utilizado en las radiocomunicaciones?

d) Enunciar las leyes que gobiernan la reflexión y la refracción de una onda electromagnética.

e) ¿Qué materiales componen una fibra óptica?

f) Explicar qué características especiales debe tener la luz necesaria para que funcione una fibra óptica.

g) Describir los dos tipos de fibra óptica que existen y cuáles son sus características.

h) Investigar y realizar un listado de las aplicaciones de las fibras ópticas en la actualidad.

i) Realizar un informe con el programa Write que incluya las respuestas a las preguntas previas; incorporar capturas de pantallas que faciliten la comprensión de las respuestas dadas.