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Ondas

Física · Ondas

Reflexión y espejos

En esta lección

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Pregunta esencial

¿Por qué te ves en un espejo?

Te miras en un espejo todos los días, pero ¿dónde está la persona que ves? Al final de esta lección, deberías poder usar la ley de la reflexión, distinguir entre la reflexión especular y la difusa, y dibujar un diagrama de rayos que ubique la imagen en un espejo plano.

El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.

La ley de la reflexión

  • Ángulo de entrada = ángulo de salida
  • θi = θr
  • Los dos se miden desde la normal
Un diagrama de rayos. Un espejo horizontal está abajo. Una línea vertical punteada, la normal, sube desde el punto donde llega la luz. El rayo incidente llega desde la parte superior izquierda y el rayo reflejado sale hacia la parte superior derecha. Se marca el ángulo entre cada rayo y la normal: theta i a la izquierda y theta r a la derecha, y son iguales.

Cuando la luz rebota en una superficie, el ángulo de incidencia (θi, el rayo que llega) es igual al ángulo de reflexión (θr, el rayo que sale). Los dos ángulos se miden desde la normal, una línea imaginaria perpendicular a la superficie en el punto donde llega la luz. Esta regla se llama ley de la reflexión.

La línea normal

  • Línea a 90° de la superficie
  • Dibújala punteada
  • Mide desde ella, no desde el espejo
Un rayo llega a un espejo horizontal. Una línea normal punteada se alza recta desde el punto de impacto, con un cuadrito que indica un ángulo de 90 grados. El ángulo entre el rayo y la normal está marcado en verde como 30 grados. El ángulo entre el rayo y la superficie del espejo está marcado en rojo como 60 grados. Leyenda: mide desde la normal, no desde el espejo.

La normal es una línea imaginaria perpendicular (a 90°) a una superficie en el punto donde llega un rayo. La dibujamos punteada porque no es un rayo de luz real. En esta imagen, el rayo forma un ángulo de 30° con la normal y un ángulo de 60° con la superficie del espejo. El ángulo de incidencia es el de 30°. Siempre mide desde la normal.

Reflexión especular y reflexión difusa

  • Superficie lisa: los rayos siguen paralelos
  • Superficie rugosa: los rayos se dispersan
  • Espejo vs. papel
Arriba: tres rayos paralelos llegan a una superficie lisa y se reflejan como tres rayos paralelos, con la etiqueta especular, lisa. Abajo: tres rayos paralelos llegan a una superficie rugosa e irregular y se reflejan en tres direcciones distintas, con la etiqueta difusa, rugosa.

En una superficie lisa, como un espejo o el agua en calma, los rayos paralelos se reflejan como rayos paralelos. Esto es la reflexión especular, y forma una imagen nítida. En una superficie rugosa, como el papel o una pared, cada minúsculo bulto está orientado hacia un lado distinto, así que los rayos paralelos se dispersan en todas direcciones. Esto es la reflexión difusa. Cada rayo sigue cumpliendo la ley de la reflexión, pero las normales apuntan en direcciones distintas. La reflexión difusa es la razón por la que puedes ver una hoja de papel desde cualquier lugar del cuarto, pero no puedes ver tu reflejo en ella.

Imágenes en un espejo plano

  • La imagen aparece detrás del espejo
  • Mismo tamaño, misma distancia
  • Virtual: la luz en realidad no va allí
Un espejo vertical en el centro. A la izquierda, una flecha roja vertical continua con la etiqueta objeto. A la derecha, detrás del espejo, una flecha roja vertical punteada de la misma altura con la etiqueta imagen. Unas flechas dobles abajo muestran que las dos están a la misma distancia d del espejo.

Un espejo plano es un espejo liso y sin curvatura. La imagen que forma parece estar detrás del espejo. Tiene el mismo tamaño que el objeto, está derecha y está detrás del espejo a la misma distancia a la que el objeto está enfrente. Es una imagen virtual: los rayos de luz solo parecen venir de ella. En realidad ninguna luz viaja detrás del espejo, así que nunca podrías proyectar esta imagen en una pantalla.

Diagrama de rayos: espejo plano

  • Los rayos salen del objeto
  • Se reflejan: θi = θr
  • Prolonga los rayos reflejados hacia atrás, punteados
  • Se encuentran en la imagen
Un diagrama de rayos con un espejo vertical. Dos rayos salen de la parte de arriba y de abajo de una flecha vertical que representa el objeto, llegan al espejo y se reflejan hacia un ojo a la izquierda. En cada punto de impacto hay una línea normal punteada corta. Unas líneas punteadas prolongan los rayos reflejados hacia atrás del espejo, donde se encuentran en la parte de arriba y de abajo de una flecha punteada que representa la imagen.

Para hallar la imagen, dibuja rayos del objeto al espejo. En cada punto donde llega un rayo, dibuja una normal punteada y refleja el rayo de modo que el ángulo de reflexión sea igual al ángulo de incidencia. Los rayos reflejados se abren y entran al ojo. Tu cerebro supone que la luz viaja en línea recta, así que traza esos rayos en línea recta hacia atrás. Prolonga los rayos reflejados detrás del espejo con líneas punteadas: se encuentran en la imagen. Como los rayos en realidad no van allí, la imagen es virtual.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Ángulo de reflexión

Un rayo de luz llega a un espejo plano con un ángulo de 35° respecto a la normal. ¿Cuál es el ángulo de reflexión?

Un rayo llega a un espejo horizontal y forma un ángulo de 35 grados con la normal punteada. El rayo reflejado está dibujado con un signo de interrogación en lugar de su ángulo.
Mostrar la solución
  1. Datos: θi = 35°, medido desde la normal
  2. Ley de la reflexión: θr = θi
  3. Sustituye: θr = 35°
  4. Respuesta: θr = 35° respecto a la normal, del otro lado de la normal

Ejemplo 2: Ángulo respecto a la superficie

Un rayo de luz forma un ángulo de 25° con la superficie de un espejo. Halla el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión.

Un rayo llega a un espejo horizontal con un ángulo poco inclinado. El ángulo entre el rayo y la superficie del espejo está marcado como 25 grados. Una normal punteada está en el punto de impacto.
Mostrar la solución
  1. Datos: el rayo forma 25° con la superficie del espejo
  2. Convierte: la normal está a 90° de la superficie, así que θi = 90° − 25°
  3. Ángulo de incidencia: θi = 65°
  4. Ángulo de reflexión: θr = θi, así que θr = 65°

Error común: responder 25°. Ese ángulo se mide desde la superficie, no desde la normal.

Ejemplo 3: Ángulo entre los rayos

Un rayo llega a un espejo con un ángulo de incidencia de 28°. ¿Cuál es el ángulo entre el rayo incidente y el rayo reflejado?

Mostrar la solución
  1. Datos: θi = 28°
  2. Ley de la reflexión: θr = θi = 28°
  3. Suma los ángulos: la normal queda entre los dos rayos, así que el ángulo entre ellos es θi + θr = 28° + 28°
  4. Respuesta: 56°

Ejemplo 4: Distancia de la imagen

Estás de pie a 1.5 m enfrente de un espejo plano. ¿A qué distancia estás de tu imagen?

Una figura de palitos está de pie a 1.5 m enfrente de un espejo vertical. Detrás del espejo, una figura de palitos punteada y gris muestra la imagen.
Mostrar la solución
  1. Datos: distancia del objeto = 1.5 m enfrente del espejo
  2. Regla del espejo plano: distancia de la imagen = distancia del objeto = 1.5 m detrás del espejo
  3. Suma: distancia de ti a tu imagen = 1.5 m + 1.5 m
  4. Respuesta: 3.0 m

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Práctica

La hoja de práctica llegará pronto.

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Diapositivas de la lección

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Ideas clave

  • θi = θr, medidos desde la normal
  • Lisa: especular. Rugosa: difusa
  • Imagen en un espejo plano: mismo tamaño, misma distancia
  • La imagen es virtual, detrás del espejo

De vuelta a la pregunta esencial: la luz se refleja en un espejo liso con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia, los dos medidos desde la normal. Cuando trazas los rayos reflejados hacia atrás, parecen venir de un punto detrás del espejo, así que ves una imagen virtual de ti mismo, del mismo tamaño y a la misma distancia detrás del espejo que la que hay entre tú y el espejo. En la siguiente lección, veremos qué pasa cuando la luz entra a un material nuevo en vez de rebotar, en Refracción.

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Alineación con NGSS

Esta lección avanza hacia las siguientes expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS, por sus siglas en inglés):

  • HS-PS4-5: Comunicar información técnica sobre cómo algunos dispositivos tecnológicos usan los principios del comportamiento de las ondas y de las interacciones de las ondas con la materia para transmitir y captar información y energía.

Ideas disciplinarias básicas: PS4.A Propiedades de las ondas; PS4.C Tecnologías de la información e instrumentación

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