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MEMORIAS

del

DECIMOPRIMER SIMPOSIO DE INVESTIGACIÓN EN EDUCACIÓN EN FÍSICA

SIEF XI

“Sigamos Investigando para Enseñar mejor Física”

Esquel, Chubut, Patagonia, Argentina.

24 al 26 de octubre de 2012.

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Anónimo Memorias del Decimoprimer Simposio de Investigación en Educación en Física / coordinado por Juan Manuel Martínez ; Néstor Eduardo Camino ; Mercedes Romana Parietti ; Marianela Zaninetti. - 1a ed. - Comodoro Rivadavia : Universitaria de la Patagonia, 2013. E-Book. ISBN 978-987-1937-12-7 1. Física. 2. Enseñanza Universitaria. 3. Actas de Congresos. I. Martínez, Juan Manuel, coord. II. Camino, Néstor Eduardo, coord. III. Parietti, Mercedes Romana, coord. IV. Zaninetti, Marianela, coord. V. Título. CDD 530.071 1

Fecha de catalogación: 14/05/2013

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DECIMOPRIMER SIMPOSIO DE INVESTIGACIÓN EN EDUCACIÓN EN FÍSICA

SIEF XI

El Simposio de Investigación en Educación en Física es un evento bienal promovido por la Asociación de Profesores de Física de la Argentina. Su propósito general es ofrecer un ámbito de comunicación, debate y reflexión sobre la Educación en Física y la Didáctica de las Ciencias Naturales como campo de investigación. Durante los Simposios, y a través de la presentación y discusión de trabajos, el desarrollo de mesas redondas y conferencias, y la conformación de grupos de discusión, se analizan y debaten cuestiones relevantes que contribuyen a mejorar la educación en Física en todos los niveles educativos y a consolidar el área de investigación en enseñanza de las ciencias naturales. Los Simposios de Investigación en Educación en Física son oportunidades únicas para el impulso a la investigación y la innovación en educación en Física, y cumplen un papel importantísimo en la comunicación de la actividad desarrollada por distintos investigadores en el campo de la enseñanza y aprendizaje de la Física en el país. Además, son una ocasión invalorable de intercambio y comunicación de experiencias, de conocimiento mutuo y de contacto con especialistas extranjeros. Estos Simposios son los únicos eventos de este tipo en Argentina y junto con su equivalente de Brasil se constituyen en obligados referentes en América Latina.

El Decimoprimer Simposio de Investigación en Educación en Física (SIEF XI) se desarrollará en la ciudad de Esquel, provincia de Chubut, siendo ésta la primera vez que se realiza este evento en una ciudad de la Patagonia.

“Sigamos Investigando para Enseñar mejor Física” - SIEF XI Esquel, Chubut, Patagonia - Octubre de 2012

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EXPERIENCIAS “QUE FALLAN” REPARAN HUECOS CONCEPTUALES

Fernando Weber1, Fabiana Prodanoff1, Lía M. Zerbino1,2 y Nieves N. Baade1

1 EMEIPACiBa, Facultad Regional La Plata, Universidad Tecnológica Nacional; 2 Facultad de Ingeniería. UNLP. CIOp. CONICET-CICBA.

e-mail: [email protected]

RESUMEN

Desde hace años nuestro grupo investiga y genera desarrollos para implementar en la universidad diferentes estrategias didácticas tendientes a generar competencias mediante la incorporación de material multimedia, laboratorios activos que utilizan las NTIC’S, e integrando los espacios áulicos de teoría, práctica y laboratorios. Parte de la tarea consiste en el diseño de experiencias sencillas que utilizan sea material de bajo costo y fácil accesibilidad sea los equipos de reciente adquisición por el proyecto PROMEI. Intentando lograr la integración y compromiso de los docentes auxiliares en la utilización de las nuevas metodologías hemos ensayado estrategias, tendientes a revalorizar la experimentación como motivadora, guía y sustento de los conocimientos y competencias que se desean generar. Así identificamos varias de las posibles causas que limitan la efectiva incorporación del laboratorio a las clases teórico-prácticas. Algunas parecen originarse en huecos conceptuales básicos que pueden detectarse y superarse justamente mediante la experimentación asistida por el profesor. Presentamos y comentamos un ejemplo de experimentación en óptica que permitió identificar y superar esos huecos, logrando no sólo que los docentes consigan “hacer andar las experiencias”, sino también identificar las verdaderas causas de sus previos fracasos y, a partir de ello, propongan y elaboren nuevas y diferentes maneras de encarar el tema con los estudiantes.

Palabras claves: Óptica Geométrica, difusión de la luz, perfeccionamiento docente, competencias experimentales.

ABSTRACT

For years our working group researches and generates educational developments in the university context in order to implement different teaching strategies designed to build skills by incorporating multimedia, active laboratories using NTIC'S, and integrating classroom spaces for theory, practice and laboratories. Part of the task is to design simple experiments using both low cost and easy accessibility material, and the newly acquired equipment for the PROMEI project. Trying to achieve integration and commitment of teaching assistants in the use of new methodologies, we have tested strategies designed to reassess the experiment as a motivator, guide, and sustain for the targeted knowledge and skills. So we have identified some possible causes that limit the effective incorporation of laboratory space with theory and practice classes. Some seem to originate from basic conceptual gaps that can be detected and overcome just by experimentation assisted by the teacher. We present and discuss an example of experimentation in optics that allowed us to identify and overcome these gaps, as a result we not only got “experiments that work” but also were allowed to identify the real causes of their previous failures and, on this basis, propose and develop new and different ways to approach the subject with students.

Keywords: Geometrical optics, light scattering, teacher training, experimental skills.

mailto:[email protected]


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INTRODUCCIÓN

Desde hace varios años nuestro grupo investiga y genera desarrollos para la implementación en la universidad de diferentes estrategias didácticas tendientes a generar competencias mediante la incorporación de material multimedia, laboratorios activos que utilizan las NTIC’S, e integrando los espacios áulicos de teoría, práctica y laboratorios. Parte de la tarea consiste en el diseño y realización de experiencias sencillas, desarrollando estrategias experimentales destinadas a que docentes y estudiantes se involucren en forma conjunta tanto en los diseños como en las discusiones con el fin de revisar y profundizar conceptos previos, adquirir y afianzar nuevos conceptos (Baade et al., 2006 y Zerbino et al., 2010).

Las experiencias “reales” involucran, aún con diferentes pesos, más de un fenómeno físico, y no siempre las Guías de Laboratorio pautadas como “recetas” describen todos los detalles y condiciones del experimento. Por ello los docentes deben conocer y dominar los contenidos involucrados de manera de identificar las variables fundamentales para el fenómeno que se desea resaltar y encontrar las condiciones en que esto sucede.

Mucho se ha escrito sobre la importancia de la experimentación en el proceso de aprendizaje de las ciencias (Flores et al., 2009) y la necesidad de plantear los trabajos de laboratorio de manera de reorientarlos para desarrollar la curiosidad, incentivar la discusión y la reflexión, permitir la elaboración de hipótesis y el análisis crítico de los resultados (Carrascosa et al., 2006). También muchas veces se comentó sobre la pobre presencia efectiva de los mismos en los cursos que se dictan en nuestras aulas. Generalmente se intenta justificar este hecho haciendo referencia a la disminución de los tiempos áulicos y la falta de equipamiento. Sin embargo, aún en estos últimos tiempos, en los que la incorporación de las NTIC´s, y de moderno instrumental de laboratorio adquirido a través de diferentes Programas para el Mejoramiento de la Enseñanza de las Ciencias podrían haber resultado en un efectivo aumento de la proporción de experiencias incluidas en las clases, esa relación no parece haber cambiado sustancialmente. Este hecho pone en evidencia que probablemente existían y persisten otras razones para que nuestros docentes, aún conscientes de las posibilidades insustituibles de la experimentación, no la incluyan como parte fundamental de sus cursos. En este trabajo intentaremos mostrar o dar un ejemplo de que encarar un trabajo experimental de manera adecuada puede resultar un grave desafío para muchos docentes que no posean firmes y sólidos conocimientos tanto sobre el tema específico a tratar como sobre otros, a que pueden hacer referencia los estudiantes puestos en situación de observar, relacionar y pensar (Andres et al., 2006).

UNA EXPERIENCIA NO TAN SENCILLA

La formación de imágenes a través de una lente delgada convergente es un claro ejemplo de lo expresado anteriormente. Cuando se pregunta tanto a algunos docentes como a estudiantes si pueden explicar claramente cómo se determina gráficamente (mediante la “marcha de rayos”) el plano imagen, para una lente convergente, no dudan en responder:

“A partir de un punto del objeto, se trazan a) un rayo de luz paralelo al eje de la lente, que se refracte pasando por el foco imagen; b) otro que pase por el centro de la lente, que no cambia su dirección al refractarse; y c) un tercero que pase por el foco objeto, que se refracte paralelo al eje de la lente: los tres rayos refractados se cruzan en un punto que pertenece al plano imagen”

O, también

“Se hace uso de los rayos principales que se definen como: 1º Todo rayo incidente paralelo al eje principal, al refractarse a través de una lente convergente pasa por el foco imagen; 2º Todo rayo incidente que pasa por el foco objeto, al refractarse a través de una lente convergente, emerge paralelo al eje principal; 3º Todo rayo incidente que pasa por el centro óptico de la lente, emerge sin desviarse. El punto en que se cruzan es un punto del plano imagen.”

Aceptable descripción del “cómo” determinar un punto de ese plano, pero resulta poco probable que quien/es enuncie/n esas respuestas entienda/n el concepto de plano imagen, al menos en los límites de la aproximación de la óptica geométrica (teoría escalar, rayos paraxiales). En lo que sigue mostraremos que los “huecos” que esto conlleva se ponen en evidencia frente al desafío de realizar un montaje para encontrar experimentalmente la posición de ese plano.


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Para investigar esta situación se invitó a los docentes auxiliares a responder a ese desafío, realizando la experiencia, con los elementos de un equipo de óptica de los que se cuenta en el laboratorio para uso de los estudiantes. Presentamos los resultados como estudio de caso.

Uno de los docentes auxiliares descargó de internet la guía para una experiencia de este tipo, utilizando un equipo similar al que se disponía1. En esa guía se indicaba que se debían colocar montados sobre el riel, y en el siguiente orden: una fuente de luz, luego el objeto (diapositiva), la lente, y una pantalla donde se pudiese observar la imagen (ver Fig. 1).

Figura 1: Ilustración de la experiencia presentada en el Manual de Leybold.

La guía indicaba que se debía mover la pantalla hasta obtener una “imagen nítida”.

A partir de esa información los docentes auxiliares dispusieron el montaje que se muestra en la Figura 2.

Los auxiliares colocaron el objeto a 8 cm de la lente. Encendiendo la lámpara y moviendo la pantalla se observó que a ninguna distancia se podía obtener tal “imagen nítida”, o que ninguna imagen parecía ser más nítida que otra, además de observarse que “las imágenes sobre la pantalla aparecen deformadas”. En la Figura 2 consignamos la respuesta del sistema para las diferentes posiciones de la pantalla medidas respecto de la lente. Los docentes se preguntaban qué estaba pasando: “¿Cuál es la imagen? ¿Hay imagen? ¿Dónde? ¿Hay muchas imágenes? ¿La lente está funcionando como lente? ¿¡La experiencia falla!?” Probando con diferentes distancias objeto-lente siempre mayores que 5 cm, persistía esta situación.

1 Manual Leybold. Version on-line: http://www.ld-didactic.de/literatur/s1/s/d5/d5434_s.pdf

http://www.ld-didactic.de/literatur/s1/s/d5/d5434_s.pdf


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Figura 2: La experiencia montada por los auxiliares y las respuestas obtenidas sobre la pantalla al variar la distancia d (pantalla-lente). “¿Cuál es la imagen? ¿Hay imagen? ¿Dónde? ¿Por qué la imagen se deforma?”

Primer incriminado: la fuente de luz

Sin pensar demasiado, y sólo comparando el montaje experimental realizado en el laboratorio con el propuesto por la guía (ver Figs. 1 y 2) los docentes creyeron identificar una primera falla: la fuente de luz de la experiencia que se quería reproducir tenía “un condensador esférico”, cosa que no habían considerado al comenzar el armado de la experiencia. Como nuestras cajas de óptica no incluyen dicho elemento, fue necesario guiarlos para que averigüen qué es o a qué se llama “condensador esférico” y cuál es su efecto, debidamente colocado frente a la lámpara. Entre otros datos, se comentó sobre la “iluminación Köhler” (Ver Anexo), y las condiciones para lograrlo. De ese análisis surgió la idea de colocar una lente convergente de modo tal que la lámpara quedase justamente en el foco objeto de la lente, es decir, “colimar” el haz de iluminación, esperando obtener la tan ansiada “imagen nítida”.

Sin embargo esto no fue así: Gracias a esta modificación se lograron obtener imágenes “más o menos nítidas” y con menos “deformaciones” (ver Fig.3), pero persistían las condiciones que generaron las preguntas originales: imposibilidad de seleccionar “el plano imagen”, (los docentes no pudieron justificar que, ubicando la pantalla en la posición predicha por los cálculos teóricos, gráficos o analíticos, no se observara una diferencia notable “en nitidez” con respecto a lo obtenido en otras posiciones, que permitiera “encontrar experimentalmente el plano imagen”). Secundariamente, comenzaron a comprender el efecto de incorporar el condensador esférico (colimar el haz de iluminación) y ver que disminuían las “deformaciones” de “las imágenes”.

Figura 3: Las imágenes salian menos deformadas, pero sigue el problema de seleccionar cuál es la más

nítida.

d= 2,5 cm d= 5,5 cm d= 9 cm d= 13 cm d= 26 cm

d= 26 cm d= 13 cm d= 9 cm d= 6,8 cm d= 2,5 cm


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Un párrafo aparte merece la pregunta sobre “qué significa” “funcionar como lente”. El hecho de que, independientemente de la posiciones objeto-lente se obtenían en alguna posición de la pantalla “imágenes” derechas y en otras “imágenes” invertidas, los desconcertaba. Se les preguntó por qué las llamaban imágenes a todas y cuál es el efecto esencial de intercalar una lente convergente. Se llegó al concepto de concentrador de luz, y de que el foco imagen es el lugar de esa concentración. Así se entendió que antes de pasar por el foco, la luz forma un cono que converge a él y luego diverge de él. Así aceptaron que “en ese aspecto, la lente se comportaba como lente”. Con respecto a la cantidad de “imágenes” persistieron las dudas. Los auxiliares dijeron que “esas imágenes” “no eran más que el cono de luz o de sombra de la diapositiva” “procesado por la lente”, y permitían en cierto modo seguir la trayectoria de rayos que salían de la lente. Dada una posición fija del objeto, por ejemplo, más alejada de la lente que el plano focal objeto (los cálculos predicen una imagen invertida y mayor que el objeto), se podía ver claramente que cuando la pantalla se colocaba más cerca de la lente que el plano focal imagen, la “imagen” sobre ella aparecía con la misma orientación que el objeto original (derecha), y que colocando la pantalla más allá del foco aparecía invertida, además del cambio de tamaño que también se pudo observar. La experiencia que supuestamente ilustraba la trayectoria de los rayos fue probada, redactada, y repetida. Claro que cuando se la repitió, eran varias y muy distintas las distancias en las que la imagen se veía “más o menos nítida” y los docentes encontraron que el margen de error con que podían encontrar experimentalmente la posición del plano imagen era inaceptable. “La experiencia seguía fallando”. Además, la iluminación era “pobre”, sobre todo cuando se colocaba la pantalla a la distancia en la que se esperaba encontrar “la imagen” (d=13 cm) y “no uniforme” (“en todos los planos se ve un punto brillante proveniente de la fuente”). Los auxiliares revisaron los detalles de la “iluminación Köhler” para mejorar ese aspecto (Ver Anexo I).

Una posible solución

Reflexionando a partir del análisis de la “marcha de rayos” los auxiliares entendieron que: El plano en el que se forma la única llamada imagen es aquel en donde todos los rayos de luz que pasen por un punto del objeto se vuelven a encontrar aproximadamente en un punto (aproximación de la óptica geométrica), lo que no sólo involucra a los tres rayos principales, si no a cualquier otro dentro de la aproximación paraxial”.

Tratando de mejorar la experiencia, en cuanto a “iluminación” y a “nitidez de la imagen”, los docentes auxiliares, revisando el contenido del equipo de óptica, encontraron que disponían de una fuente de iluminación con tres lámparas, y un objeto “más sencillo” consistente en una placa opaca en la que se había calado una flecha, y propusieron realizar en el montaje los cambios de fuente y objeto correspondientes y no incluir el colimador. Preguntados sobre qué esperaban obtener haciendo esos cambios, opinaron que:

Al haber tres lámparas esperaban encontrar más luz en la imagen, y, al ser el objeto opaco en una zona y calado en otra, esperaban una mejor definición de bordes a la distancia correspondiente al plano imagen.


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La sorpresa fue impactante, cuando obtuvieron los registros de la Figura 4.

Figura 4: Le experiencia montada con tres lámparas. En el plano imagen se superponen las tres flechas.

¿Qué está pasando?

Identificaron las sorpresas como sigue:

¿¡Hay tres imágenes!? Tres flechas…casi en todos lados….

El único lugar donde aparece sólo una flecha es cuando la pantalla está ubicada a la distancia en la que habíamos calculado que está el plano imagen para esta posición del objeto.

La encontramos,…. Pero ¿por qué?, ¿cómo?

Razonaron: Si se tienen varias fuentes puntuales, y se considera un solo punto del objeto, va a haber una recta que pase por cada fuente y por el punto en cuestión; o dicho de otro modo, habrá un rayo de luz por fuente que ilumine ese punto del objeto. Al pasar por la lente, cada rayo de luz será refractado y el punto donde se vuelven a encontrar pertenecerá al plano imagen (Figura 5). Repitiendo la idea con cada punto del objeto se obtendrá la imagen (Fig. 6).

fo fi F

O

´O

Figura 5. Razonamiento para encontrar la imagen del extremo

de la flecha.

fo fi F

´F O

´O

Figura 6. Razonamiento para encontrar la imagen del objeto.



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En las gráficas que siguen, para la marcha de los rayos, se ha despreciado el tamaño finito de la lente y se identifican los planos focales 0f y if , el plano objeto 0 , el plano que contiene a la fuente con tres

lámparas F , y el plano imagen del objeto 0 . En la Figura 6, los vértices de los respectivos conos de

luz provenientes de las tres lámparas se señalan con un círculo.

Al mismo tiempo, hemos podido entender por qué, colocando la pantalla en cualquier otro plano, tenemos tres “imágenes” de la flecha, que “viajan” por caminos distintos, que sólo convergen en el plano imagen de la flecha. (Figura 7).Allí se han dibujado los conos de luz provenientes de cada lámpara de la fuente luminosa y la “imágenes” que los docentes veían derechas o invertidas según dónde colocaban la pantalla.

En la Figura 8 se esquematiza en líneas continuas la marcha de dos rayos principales para cada lámpara, y en líneas de trazos los correspondientes rayos que contornean los extremos del objeto. Donde se cruzan todos los rayos provenientes de la misma lámpara estará la imagen de esa lámpara. Los rayos de trazos provenientes de cada lámpara que bordean los extremos del objeto luego de refractarse en la lente deben pasar por ese punto imagen de la lámpara antes de alcanzar el plano imagen del objeto. Donde se cruzan los rayos discontinuos provenientes de diferentes lámparas y que bordean al objeto en un punto estará la imagen de ese punto objeto. Hay un único plano donde esto sucede y ese es el único plano donde estará la imagen del objeto puesto en 0 . Ese plano se llama conjugado de 0 y lo

designamos con 0 .

fo fi F

´F

O

´O

Figura 7. 0 plano imagen. En cualquier otro plano vemos 3 flechas sobre la pantalla.

fi F

´F O

´O

Figura 8. Razonamiento para encontrar la imagen del objeto. F plano imagen de las fuentes


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Se pudo comprobar que, dentro de las incertezas experimentales se cumplían bastante bien la ecuación de lentes y la ley de formación de imágenes. Llamando 0d a la distancia objeto-lente, id a la distancia

lente-imagen, f a la distancia focal objeto, y h a las correspondientes alturas de objeto e imagen, las

escribimos:

fdd i

111

0

(1) y i

i

o

o

d

h

d

h (2)

¿Y con el objeto original? ¡Ahora pongamos el autito!. Obtuvieron los resultados de la Figura 9.

Figura 9: Con tres lámparas. Sin lente colimadora.

¡Qué mal se ve! La mejor posición es la que corresponde a la calculada, ¡pero es muy fea!

Y si ponemos el colimador? Bueno, pero esta vez lo más cerca posible de la lente (ver Anexo)

Y obtuvieron las imágenes de la Figura 10.

Figura 10: Con tres lámparas. Usando la lente colimadora.

d= 2,5 cm d= 5 cm d= 9 cm d= 13 cm d= 26 cm



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Al final sigue fea… ¿y si volvemos al montaje con una sola lámpara pero con la lente colimadora pegadita al objeto? Obtuvieron los registros de Figura 11.

Figura 11: Con la lente colimadora “pegada” al objeto

¡Sí!, ¡muchísimo mejor!, la iluminación es más pareja, pero.. sin el cálculo de la distancia o la magnificación, ¿cómo podríamos decir que el plano imagen corresponde a d=13? ¿Por qué no podemos encontrar el plano imagen sin hacer los cálculos?

La lente no es inteligente

“La lente no es inteligente y no sabe seleccionar qué queremos enfocar” fue una frase que dejó oír una docente y nos disparó hacia otra solución.

Razonaron:

Al poner una fuente de luz detrás del objeto (diapositiva), a la lente no sólo está llegando la luz proveniente del objeto (la diapositiva), sino también la proveniente de la fuente (filamento) que pasa a través de la diapositiva. Es así que la distribución luminosa que se obtiene sobre la pantalla no es más que la suma de las producidas por el filamento y la diapositiva en cada plano en el que ubiquemos la pantalla.

Figura 12: Efecto de

intercalar el difusor (por

transmitancia)



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Se les propuso buscar una manera de “decirle” a la lente que estamos utilizando “qué queremos enfocar”. Tratamos de iluminar el objeto, pero que “no pase a través de él” la información que proviene de la fuente. Tenemos que “romper” el “ordenamiento” que trae la luz de la fuente y que le “dice” a la lente “dónde está la fuente” y hace que la lente “fabrique” el plano imagen de la fuente ( F ). Porque así para

la lente hay dos planos objeto, el del objeto y el de la lámpara y los planos conjugados imagen correspondientes, 0 y F . Tenemos que convertir al objeto en un “objeto luminoso”, de manera que a

la lente lleguen rayos como si emergieran del objeto, y que no le llegue información sobre dónde hemos colocado la fuente. Los auxiliares terminaron entendiendo que la otra opción es colocar un difusor por transmisión (es decir cualquier dispositivo que difunda, disperse la luz de manera de “tapar” los rayos que viene directamente de la fuente y hacer que parezcan provenir del objeto, por ejemplo una pantalla traslúcida pero nó transparente (ver figura 12) (en nuestro caso se usó un cuadrado de papel manteca). Los rayos de luz que lleguen al mismo, al atravesarlo, serán difundidos en todas direcciones. En otras palabras, la luz proveniente de la lámpara llega al difusor y cada punto de este actúa como si fuese una nueva fuente de luz puntual, difundiendo la luz en todas las direcciones, y “haciendo perder la información” sobre dónde está la lámpara.

La experiencia quedó finalmente montada del siguiente modo: la fuente de luz, el papel manteca pegado a la diapositiva, la lente, y finalmente la pantalla. Con esta solución tan simple se obtuvieron mejores resultados: una “imagen nítida”, ubicando la pantalla a una distancia que, dentro de los márgenes de valores experimentales aceptables, puede predecirse mediante los cálculos, gráficos o analíticos, dentro de las aproximaciones de la óptica geométrica. El único error posible es que se puede confundir el punto en que se enfoca la placa difusora con el que se enfoca la diapositiva, razón por la cual se recomienda ponerlas unidas.

Figura 7: Utilizando el difusor se obtiene la imagen nítida a la distancia predicha por la teoría.

Los auxiliares encontraron por fin algo parecido a lo que esperaban

¡Ahora sí, se comporta como una lente! . Esto es lo que más se parece a lo que se nos representaba al dibujar la marcha de rayos al hacer los problemas, pero no esperábamos que en otros planos hubiera luz, ¡no nos habíamos preguntado eso!



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Conclusiones

Se pudo observar cómo un tema simple y “conocido por todos” condujo a sucesivos inconvenientes para llevar la teoría a la práctica. Muchas veces los conocimientos teóricos básicos, o la información planteada en los libros, son insuficientes para poder reproducir un fenómeno en el laboratorio. Debería replantearse entonces qué conocimientos impartir, y qué conocimientos debemos tener los docentes sobre cada tema a desarrollar.

Decía Adrián Paenza que la matemática es odiada porque no es aplicada a la vida real. La física es mucho más aplicable, mucho más tangible, y sin embargo suele caer bajo esa misma condena. ¿Por qué? ¿Somos también responsables de alejarla del mundo real, cuando lo que intenta es ser un modelo del mismo? ¿Estaremos aprendiendo también los docentes teoría de memoria, sin saber qué significa en la práctica?

Por otro lado este trabajo puede ayudar en el armado de otras experiencias de óptica y también a detectar y superar preconcepciones erróneas. La recomendación en este caso pasa por recordar que ni la lente, ni los instrumento del laboratorio (ni siquiera las computadoras) “piensan”, y que las experiencias siempre “dan bien”. Siempre “andan”. Que si no encontramos los resultados que esperamos tendremos que revisar los modelos, conceptos y leyes que creemos se deben cumplir.

Con relación a los aprendizajes logrados se puede detallar:

que montar una experiencia presenta vicisitudes y dificultades que sólo pueden ponerse de manifiesto en el momento de llevarla a la práctica,

que es necesario discutir y encontrar las condiciones por las cuales los primeros intentos fueron infructuosos sin desanimarse ni claudicar,

que en general una experiencia real involucra más de un fenómeno, además del que se desea observar, y es necesario encontrar las condiciones bajo las cuales se pone más en evidencia.

Las experiencias aquí planteadas serán expuestas ante estudiantes y podrán ser objeto de futuros trabajos en base a la respuesta de estos.

Respecto a los “huecos” que se detectaron, algunos corresponden a conceptos erróneos, y otros a desconocimiento del tema, por no tratarse en los cursos.

Pensar que sólo en el plano imagen hay información sobre el objeto. No tener en cuenta la propagación de la luz entre el plano objeto y el plano de observación, llevando esa información por el espacio y “organizándola” en la forma que llamamos “imagen” en el plano correspondiente.

Pensar que el camino de los rayos principales es el único camino posible para la luz. Este concepto erróneo es el mismo que se ha detectado y estudiado en el ejercicio consistente en cubrir la mitad de una lente y verificar si se forma la mitad de la imagen (Viennot y Colin 2004; McDermott, 2003). Suele ser difícil de imaginar la solución porque probablemente alguno de los rayos principales utilizados para formar la imagen según la marcha de rayos “choque” con la parte de la lente cubierta, y la respuesta generalizada seria que se forma la mitad de la imagen. La respuesta “ilógica” pero correcta es que se forma la imagen completa, ya que de todos los rayos de luz que pasan por un punto, algunos llegaran a la parte de la lente cubierta y otros a la descubierta, y estos últimos se volverán a juntar en el plano imagen, obteniendo una imagen completa (aunque con menos luz). El explicar la formación de imágenes limitándola al trazado de tres rayos de luz termina por limitar la idea de plano imagen a esos tres rayos, olvidando que existen infinitos rayos de luz que salen de cada punto objeto y que son los que, luego de pasar por la lente, se reencuentran en el plano imagen para forma la imagen propiamente dicha.

Pensar que trazando sólo los rayos principales para un punto se puede encontrar la imagen completa del objeto, sin aplicar el mismo razonamiento para ambos extremos de la imagen. El caso conocido de que a los estudiantes les parezca que no pueden hallar gráficamente la imagen de un punto fuente colocado en cualquier lugar del eje de la lente.


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Pensar que una vez que los rayos se cruzan se forma allí la imagen y la luz no sigue. Sorpresa al encontrar los puntos luminosos provenientes de la fuente de iluminación más allá del plano imagen de la fuente.

Desconocimiento de la difusión de la luz, y sus aplicaciones prácticas. Desestimación total de la misma para explicar las cosas que vemos y cómo las vemos.

No tener en cuenta que si el objeto no es luminoso, será necesario iluminarlo (las antiguas experiencias con velas no presentaban ese problema). La marcha de rayos que se enseña suponiendo objetos luminosos elude el problema de la iluminación del objeto sea por transmisión o por reflexión (objetos opacos, reflexión difusa), lleva al experimentador novato a colocar la fuente de luz para iluminarlo, sin tener en cuenta que será como otro objeto para la lente.

REFERENCIAS

Andres Z., Ma. Maite; Pesa, Marta A.; Moreira, Marco Antonio (2006). El trabajo de laboratorio en cursos de física desde la teoría de campos conceptuales. Ciência & Educação (Bauru), vol. 12, núm. 2, pp. 129-142.

Baade, N.N.; Prodanoff, F.; Del Zotto; R. (2006). Intentando generar competencias a través de una clase teórico experimental. Experiencias docentes en ingeniería. Desde el ingreso a la práctica profesional supervisada. Editor Selva Soledad Rivera & Jorge E. Núñez Mc Leod. Universidad Nacional de Cuyo. Mendoza. Tomo I, 49-55.

Carrascosa, J.; Gil Pérez, D.; Vilches, A.; Valdés, P. (2006). Papel de la Actividad Experimental en la Educación Científica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 23, n. 2: p. 157-181.

Flores,J.; Caballero Sahelices,M.C.; Moreira, M.A. (2009). El laboratorio en la enseñanza de las ciencias: Una visión integral en este complejo ambiente de aprendizaje. Revista de investigación N6. Vol 33 Septiembre-Diciembre.

McDermott, L.C. "Improving student learning in science," LTSN (Learning and Teacher Support Network) Physical Science News 4 (2) pp. 6-10. United Kingdom: University of Liverpool (2003).

Viennot, Laurence and Colin, P. (2004) Using two models in optics: Students' difficulties and suggestions for teaching. American Journal of Physics: Volume 69, Issue S1, Pages S36-S44.

Zerbino, L. M.; Baade, N. N.; Prodanoff, F.; Devece, E.; Del Zotto, R.; Atilio, G. 2010. “Estrategias didácticas integradoras utilizando NTIC´S”. Congreso Mundial y Exposición INGENIERIA 2010 – y CAEDI 2010. Buenos Aires, Argentina. Trabajo completo: Nº 156 http://www.ingenieria2010-

argentina.info/programa/programaExtendido.php?sala_=20&dia_=13.


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Anexo I

Buscando información sobre qué es y para que sirve un condensador esférico, los auxiliares encontraron en: www.ub.edu/javaoptics/teoria/textguia_es.pdf

Sistemas de iluminación de proyectores Los proyectores constan de un objetivo (sistema de lentes convergente), que proyecta una transparencia sobre una pantalla. Normalmente interesa que el aumento lateral sea grande. El problema en los proyectores es conseguir que la transparencia esté uniformemente iluminada. Una posibilidad consiste en utilizar una bombilla y, mediante una lente denominada condensador, proyectar el filamento de la bombilla sobre la transparencia. En este sistema de iluminación, denominado iluminación critica, el filamento aparece sobre la pantalla, la iluminación es poco uniforme y las zonas de la transparencia que son iluminadas directamente por la bombilla pueden deteriorarse como consecuencia de la temperatura. El sistema de iluminación Köhler consiste en formar la imagen del filamento sobre el objetivo con la ayuda de la lente condensadora. La transparencia se coloca junto al condensador. Así, el filamento no se proyecta sobre la pantalla y la transparencia recibe una luz mas uniforme. Además en La luz en la naturaleza y en el laboratorio. Ana María Cetto. Editor: Fondo de Cultura Económica. México 1996. Sexta reimpresión. ISBN 968-16-2565-X, encontraron: “En la construcción de los instrumentos ópticos más finos generalmente se utilizan complejas combinaciones de lentes, colocadas sucesivamente, de manera que una lente corrija los defectos ópticos producidos por la otra parte y a la vez se vaya logrando el efecto final deseado: una determinada amplificación de la imagen, con cierta profundidad de foco, o cierta distancia entre objetos e instrumento, o determinadas condiciones de iluminación, etc. En la figura 8 se presenta una combinación de lentes relativamente sencilla que sirve de base para un proyector de transparencias o películas, y se ilustra esquemáticamente la formación de la imagen. Un sistema óptico muy similar sirve para la amplificación de fotografías, salvo que en este caso se proyecta verticalmente la imagen ampliada sobre una placa de material sensible.” También encontraron en Internet esta referencia histórica y una Definición: En el año 1893, el profesor August Köhler propuso un método de iluminación para optimizar la observación microscópica y la microfotografía, que permite aprovechar al máximo las capacidades de las lentes (objetivos) iluminando la muestra en estudio con un campo de luz uniforme cuyo diámetro sea igual al del área de captura del objetivo. Los microscopios modernos están diseñados en base a ese método. DEFINICIÓN: Sistema Köhler Una técnica para iluminar uniformemente al espécimen desde una fuente de iluminación no uniforme (por ejemplo, el filamento enrollado de una lámpara). Y llegaron a hacer el siguiente análisis: Una posibilidad para disminuir la evidencia de la superposición de la imagen de la lámpara en ese plano, es “llevarla al infinito”, esto es alejarla tanto como para que todos los rayos de que salgan de la lámpara y atraviesen el objeto sean paralelos. Obviamente el alejar efectivamente la fuente de luz trae aparejado que llegue menos luz al objeto. Sin embargo, mediante una lente convergente, colocando la fuente de luz en el plano objeto de la lente, conseguiremos que los rayos que emerjan de esa primera lente sean paralelos, de modo que su imagen se formaría en el infinito. En realidad al pasar por la segunda lente la imagen se forma en el foco imagen de esta última, y por lo tanto no afecta tanto la distribución luminosa que se obtiene en el plano imagen del objeto. Eso es lo que llamamos “colimar” la luz de la fuente. Así entendimos el efecto que produce introducir la lente condensadora que estaba en el montaje propuesto en la Guía de Leybold. Posteriormente prestaron atención al hecho de que el Sistema Köhler también indica la conveniencia de colocar el objeto inmediatamente junto a la lente condensadora o colimadora, que en su caso se limitó solamente a una lente delgada.

Sistema de iluminación crítica

Sistema de iluminación Köhler

La luz en la naturaleza y en el laboratorio. Ana María Cetto. Editor:

Fondo de Cultura Económica. México 1996. Sexta reimpresión. ISBN

968-16-2565-X

Representación gráfica

del efecto de agregar la

lente colimadora.

MEMORIAS - | UTN · donde se pudiese observar la imagen (ver Fig. 1). Figura 1: Ilustración de la...

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