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Óptica geométrica: lentes y espejos

Extremadura · 2017 · Julio · Opción A
Enunciado
Se coloca un objeto de 12 cm12\ \text{cm} de altura a una distancia de 5 cm5\ \text{cm} de un espejo plano. Determine:

a) la posición de la imagen;

b) el tamaño de la imagen;

c) indique si la imagen es real o virtual;

d) indique si la imagen es derecha o invertida.

(Calificación de cada apartado: 0,5 puntos).
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Resultado
  s′=5 cm (detraˊs del espejo)y′=12 cmvirtual y derecha  \boxed{\;s' = 5\ \text{cm}\ \text{(detrás del espejo)}\qquad y' = 12\ \text{cm}\qquad \text{virtual y derecha}\;}
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Estrategia

En un espejo plano, la imagen de cada punto es su simétrico respecto del plano del espejo: está a la misma distancia, detrás del espejo, y tiene el mismo tamaño. Con el convenio de signos habitual (la luz llega desde la izquierda), un espejo plano es un espejo esférico de radio infinito: 1/s′+1/s=01/s' + 1/s = 0, es decir, s′=−ss' = -s, y el aumento lateral es β=−s′/s=1\beta = -s'/s = 1.
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Desarrollo

Tomamos el espejo en el origen y el objeto a su izquierda (por donde llega la luz): s=−5 cms = -5\ \text{cm}, y=12 cmy = 12\ \text{cm}.

a) Para un espejo plano (R→∞R \to \infty, f→∞f \to \infty), la ecuación de los espejos queda:1s′+1s=1f=0⟹s′=−s=5 cm\frac{1}{s'} + \frac{1}{s} = \frac{1}{f} = 0\quad\Longrightarrow\quad s' = -s = 5\ \text{cm}La imagen está a 5 cm5\ \text{cm} del espejo, detrás de él (al otro lado de donde está el objeto), simétrica al objeto.

b) El aumento lateral de un espejo es:β=y′y=−s′s=−5−5=1⟹y′=β y=12 cm\beta = \frac{y'}{y} = -\frac{s'}{s} = -\frac{5}{-5} = 1\quad\Longrightarrow\quad y' = \beta\,y = 12\ \text{cm}La imagen tiene el mismo tamaño que el objeto: 12 cm12\ \text{cm}.

c) Es virtual. Los rayos reflejados por el espejo divergen; son sus prolongaciones hacia atrás las que se cortan detrás del espejo, donde no llega la luz. Por eso la imagen no se puede recoger en una pantalla, aunque el ojo la ve.

d) Es derecha, porque β=+1>0\beta = +1 > 0: y′y' tiene el mismo signo que yy. (Lo único que invierte un espejo plano es el sentido perpendicular a él, delante-detrás; el de arriba-abajo se conserva.)
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Consejo

El espejo plano no necesita fórmulas: la imagen es simétrica del objeto respecto del espejo, igual de grande, virtual y derecha. Las fórmulas del espejo esférico con f→∞f \to \infty lo confirman y sirven para justificarlo.

«Virtual» se razona con los rayos: se cortan sus prolongaciones, no los rayos reales.
Paso 1 de 3
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