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FormatomFormatomÓptica de Rayos es un puzzle de física para dominar la reflexión de la luz en espejos planos, un tema recurrente en el examen de admisión de la UNMSM y la UNI. Es gratis, sin registro y se juega al instante en el navegador (móvil o computadora), como preparación para el examen de admisión universitaria en Perú (UNMSM, UNI y más).
Cuando un rayo de luz choca contra una superficie pulida (un espejo), rebota siguiendo una regla exacta: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Ambos ángulos se miden respecto a la normal, que es la recta imaginaria perpendicular a la superficie del espejo en el punto de choque, no respecto a la superficie misma.
Además, el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están siempre en un mismo plano. Esta reflexión ordenada, propia de superficies lisas, se llama reflexión especular; en superficies rugosas la luz se dispersa en todas direcciones y hablamos de reflexión difusa, que es la que nos permite ver los objetos opacos.
Si un rayo horizontal incide sobre un espejo inclinado 45°, el ángulo entre el rayo y la normal del espejo es de 45°. Por la ley de reflexión, el rayo reflejado también forma 45° con la normal, pero al otro lado. La suma de esos dos ángulos hace que la dirección de la luz cambie exactamente 90°.
Este principio es la base de los periscopios y de muchos instrumentos ópticos: con espejos a 45° se puede doblar la trayectoria de la luz en ángulo recto. En el juego, elegir entre las inclinaciones «/» y «\» decide hacia qué lado se desvía el rayo.
Un espejo plano forma una imagen virtual, derecha, del mismo tamaño que el objeto y situada a la misma distancia por detrás del espejo que el objeto por delante; además invierte los lados (inversión lateral). Cuando un espejo gira un ángulo θ manteniendo fijo el rayo incidente, el rayo reflejado gira el doble, 2θ.
Al combinar dos espejos planos que forman un ángulo α entre sí, se generan múltiples imágenes: si 360/α es un número entero, el número de imágenes es 360/α − 1. Por ejemplo, dos espejos perpendiculares (α = 90°) producen 3 imágenes y funcionan como retrorreflector, devolviendo la luz en dirección paralela a la de llegada.
Un rayo incide sobre un espejo plano formando 30° con la superficie del espejo. ¿Cuánto vale el ángulo de reflexión?
Solución: El ángulo de reflexión es 60°.
Un rayo horizontal viaja hacia la derecha y choca con un espejo plano inclinado 45° («/»). ¿Hacia dónde sale reflejado?
Solución: El rayo sale reflejado hacia arriba (giro de 90°).
¿Cuántas imágenes forma un objeto colocado entre dos espejos planos que forman un ángulo de 90°?
Solución: Se forman 3 imágenes.
La ley de reflexión establece que, cuando la luz rebota en una superficie, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, medidos ambos desde la normal (la perpendicular a la superficie). Además, el rayo incidente, el reflejado y la normal se encuentran en un mismo plano.
Por convención física, los ángulos de incidencia y reflexión siempre se miden respecto a la normal, la recta perpendicular al espejo en el punto de choque. Medir desde la superficie es un error frecuente en los exámenes: si el rayo forma 30° con la superficie, forma 60° con la normal, y ese es el valor que se usa en la ley de reflexión.
Porque un rayo que incide sobre un espejo a 45° forma 45° con la normal, y por la ley de reflexión el rayo reflejado forma otros 45° al lado opuesto. La suma da un giro total de 90°. Este efecto se aprovecha en periscopios y prismas para doblar la trayectoria de la luz en ángulo recto.
La reflexión especular ocurre en superficies lisas y pulidas, como un espejo, donde los rayos paralelos se reflejan ordenadamente y se forma una imagen nítida. La reflexión difusa ocurre en superficies rugosas, donde la luz se dispersa en muchas direcciones; gracias a ella podemos ver los objetos que no son espejos.
La reflexión de la luz en espejos planos es un tema clásico de Física en los exámenes de admisión de la UNMSM (San Marcos), la UNI y las academias preuniversitarias del Perú. Aparece en preguntas sobre ángulos de incidencia y reflexión, número de imágenes entre espejos y funcionamiento de periscopios.
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