Plan de clase de 90 minutos centrado en espejos planos, cóncavos y convexos y en lentes convergentes y divergentes, con ejercicios de selección múltiple tipo PAES.
Objetivo de la clase
Describir el comportamiento de la luz en espejos planos, cóncavos y convexos y en lentes convergentes y divergentes, caracterizando la imagen (real/virtual, derecha/invertida, mayor/menor), para resolver preguntas de selección múltiple similares a las evaluadas en PAES.
10 minInicio
Activación vinculada a la PAES
Proyecte esta situación cotidiana:
El espejo retrovisor convexo de un auto muestra una imagen del auto que viene atrás. ¿Cuál característica es correcta?
A) Imagen virtual, derecha y menor, con mayor campo visual.
B) Imagen real, invertida y mayor.
C) Imagen real que se puede proyectar en una pantalla detrás del espejo.
D) No forma imagen porque el espejo no es plano.
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A. Un espejo convexo (divergente) forma siempre imagen virtual, derecha y reducida, y abarca un campo más amplio: por eso se usa como retrovisor. B y C describen una imagen real (típica de un cóncavo con objeto fuera de \(F\)); D es falsa: el convexo sí forma imagen.
Preguntas breves
¿Qué significa “imagen real”? ¿Un espejo de aumento de baño es cóncavo o convexo? ¿Una lupa es convergente o divergente?
Conceptos previos clave
Imagen real, virtual y elementos de un sistema óptico
Concepto
Significado
Imagen real
Los rayos convergentes se cortan. Se puede proyectar en una pantalla.
Imagen virtual
Los rayos divergentes parecen cortarse al prolongarlos. No se proyecta en una pantalla; el ojo la “ve detrás” del espejo o de la lente.
Foco (\(F\))
Punto hacia el que convergen (o del que parecen salir) los rayos paralelos al eje.
Distancia focal (\(f\))
Distancia del vértice o centro óptico a \(F\).
Ecuación de lentes delgadas (mismo álgebra útil en espejos esféricos): \[\frac{1}{f}=\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}\qquad m=\frac{h_i}{h_o}=-\frac{d_i}{d_o}\]
En esta clase: \(d_o>0\) (objeto real). Si \(d_i>0\), imagen real; si \(d_i<0\), imagen virtual. \(|m|>1\) imagen mayor; \(m<0\) invertida.
20 minDesarrollo 1
Espejos
Espejo
Imagen típica
Uso
Plano
Virtual, derecha, mismo tamaño; \(d_i=-d_o\). Inversión izquierda–derecha.
Espejo de baño, periscopio simple.
Cóncavo (convergente)
Si \(d_o>f\): real e invertida. Si \(d_o<f\): virtual, derecha y mayor.
Espejo de aumento (cerca), telescopio reflector, faros.
Convexo (divergente)
Siempre virtual, derecha y menor.
Retrovisor, espejo de pasillo o de tienda.
En el espejo plano, si usted está a \(1{,}0\,m\), la imagen está \(1{,}0\,m\) “detrás” del espejo y la distancia persona–imagen es \(2{,}0\,m\).
Cóncavo, \(f=20\,cm\), objeto a \(60\,cm\): \(\frac{1}{20}=\frac{1}{60}+\frac{1}{d_i}\Rightarrow d_i=30\,cm\) (real). \(m=-30/60=-1/2\) (invertida y menor).
20 minDesarrollo 2
Lentes
Convergente (biconvexa habitual)
Más gruesa al centro; \(f>0\).
Comportamiento análogo al espejo cóncavo.
Objeto más allá de \(2f\): imagen real, invertida, menor (cámara, ojo relajado).
Objeto entre \(f\) y \(2f\): real, invertida, mayor (proyector).
Objeto dentro de \(f\): virtual, derecha, mayor (lupa).
Objeto en \(F\): imagen en el infinito.
Divergente (bicóncava habitual)
Más delgada al centro; \(f<0\).
Análoga al espejo convexo.
Imagen siempre virtual, derecha y menor.
Uso: corrección de miopía (junto con la óptica del ojo).
Regla práctica: cóncavo y convergente pueden formar imagen real. Convexo y divergente, en objeto real, no.
30 minTrabajo de estudiantes
Ejercicios tipo PAES
1. La imagen en un espejo plano es:
A) real e invertida
B) real y mayor
C) virtual e invertida
D) virtual, derecha y del mismo tamaño
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D. Clásico del espejo plano: virtual, derecha y \(m=+1\). A y B exigen convergencia de rayos reales; C invierte arriba–abajo, que el plano no hace.
2. Usted está a \(1{,}2\,m\) de un espejo plano. La distancia de usted a su imagen es:
A) \(0{,}60\,m\)
B) \(1{,}2\,m\)
C) \(2{,}4\,m\)
D) \(3{,}6\,m\)
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C. La imagen está \(1{,}2\,m\) detrás; la separación persona–imagen es \(2d_o=2{,}4\,m\). A toma la mitad; B olvida el tramo detrás del espejo; D suma un \(d_o\) de más.
3. Un objeto está más allá del centro de curvatura de un espejo cóncavo. La imagen es:
A) real, invertida y menor
B) virtual y mayor
C) real y derecha
D) no se forma
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A. \(d_o>2f\): imagen real, invertida y reducida. B es el caso de lupa (objeto dentro de \(f\)); C mezcla real con derecha; D es falsa.
4. El espejo de aumento para maquillaje (rostro cerca) es:
A) plano
B) convexo, como un retrovisor
C) una lente divergente
D) cóncavo, con el rostro dentro de \(f\)
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D. Cóncavo usado como lupa: objeto entre el espejo y \(F\). El plano no aumenta; el convexo reduce; una lente divergente no es un espejo.
5. El retrovisor convexo se usa porque:
A) da mayor campo y reduce la imagen
B) aumenta y acerca los autos
C) forma imágenes reales en el asiento
D) forma imagen real y mayor, como una lupa
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A. Campo amplio; imagen menor (objetos “más lejos” de lo que parecen). B y D describen un cóncavo de aumento; C exigiría imagen real detrás del conductor.
6. Una lente convergente, objeto más allá de \(2f\), forma imagen:
A) virtual y mayor
B) real y derecha
C) real, invertida y menor
D) en el mismo plano del objeto
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C. Caso de cámara fotográfica. A es lupa (objeto dentro de \(f\)); B mezcla real con derecha; D no corresponde a la ecuación de lentes.
7. Una lente divergente, con objeto real, forma siempre imagen:
A) real e invertida
B) virtual, derecha y menor
C) real y mayor
D) en el infinito
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B. Análogo al espejo convexo. A y C exigirían un sistema convergente; D es el caso de un objeto en \(F\) de una convergente.
8. Una imagen se puede proyectar en una pantalla si es:
A) real
B) virtual
C) necesariamente del mismo tamaño
D) solo de un espejo plano
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A. Los rayos convergen en una imagen real. La virtual está “detrás” del sistema y no ilumina una pantalla; el tamaño y el plano no son requisitos.
9. Lente convergente con \(f=20\,cm\) y \(d_o=60\,cm\). \(d_i\) vale:
A) \(15\,cm\)
B) \(20\,cm\)
C) \(40\,cm\)
D) \(30\,cm\)
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D. \(1/20=1/60+1/d_i\Rightarrow 3/60-1/60=1/d_i\Rightarrow d_i=30\,cm\). A usa \(1/f-1/d_o\) mal; B toma el foco; C usa \(d_o-f\).
10. En el ejercicio anterior, el aumento transversal \(m\) es:
A) \(-1/2\)
B) \(+2\)
C) \(-2\)
D) \(+1/2\)
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A. \(m=-d_i/d_o=-30/60=-1/2\): invertida y mitad de altura. B y C invierten el cociente o el signo; D olvida la inversión.
11. Para corregir miopía se usa habitualmente una lente:
A) convergente
B) de aumento tipo lupa únicamente
C) divergente
D) que forme siempre imagen real en la retina sin el ojo
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C. La divergente hace divergir un poco el haz antes del ojo (el miope enfoca delante de la retina). A es hipermetropía/presbicia; B y D no describen el lente corrector.
12. Un proyector de diapositivas necesita imagen:
A) virtual y derecha
B) real e invertida (la diapositiva se coloca invertida)
C) del mismo tamaño y virtual
D) formada por un espejo plano solamente
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B. Debe llegar luz convergente a la pantalla: imagen real. Por eso la diapositiva se pone invertida. A y C no se proyectan; D no es el objetivo de un proyector.
13. Al levantarse la mano derecha frente a un espejo plano, la imagen levanta:
A) ambas manos
B) ninguna: el espejo no invierte lateralidad
C) la mano que usted interpreta como izquierda de la imagen
D) solo si el espejo es cóncavo
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C. Hay inversión izquierda–derecha (frente a frente). A y B niegan esa inversión percibida; D no aplica al plano.
14. Pueden formar imagen real de un objeto real:
A) solo el espejo plano
B) espejo cóncavo y lente convergente (objeto fuera de \(F\))
C) solo el espejo convexo
D) solo la lente divergente
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B. Los sistemas convergentes, con \(d_o>f\). Plano, convexo y divergente dan imagen virtual de un objeto real.
15. Un objeto se coloca en el foco de una lente convergente. La imagen:
A) se forma en \(2f\), real y menor
B) se forma en el infinito (rayos emergentes paralelos)
C) es virtual y del mismo tamaño
D) no existe ningún rayo emergente
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B. Rayos que parten de \(F\) salen paralelos al eje: imagen en el infinito. A es el caso simétrico \(d_o=2f\); C describiría un plano; D es falsa.
10 minCierre
Síntesis y ticket de salida
Pida a los estudiantes completar oralmente o por escrito estas ideas:
Plano: virtual, derecha, mismo tamaño; distancia objeto–imagen = \(2d_o\).
Cóncavo / convergente: pueden dar imagen real; dentro de \(f\), lupa (virtual y mayor).
Convexo / divergente: virtual, derecha y menor; mayor campo.
Real se proyecta; virtual no.
\(1/f=1/d_o+1/d_i\) y \(m=-d_i/d_o\).
Ticket PAES
¿Por qué el aviso del retrovisor dice que los vehículos “están más cerca de lo que aparentan”?
Respuesta esperada
El espejo convexo forma una imagen menor. El cerebro interpreta un auto pequeño como más lejano. El campo visual es mayor, pero la distancia se subestima si se usa solo el tamaño aparente.