Trayectoria de los rayos y distancia focal en una lente convexa PDF

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informe de laboratorio ...

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Trayectoria de los rayos y distancia focal en una lente convexa I.

Ejercicio

1. Estudia la trayectoria de la luz a través de un plano convexa. 2. Estudia la trayectoria de haces de luz característicos al incidir en una lente plano convexa.

II.

Material

 Caja luminosa, halógena 12V/2oW Con 3 diafragmas de cierre hermético Con 1 diafragma,1/2 rendijas Con 1 diafragma,3/5 rendijas

 plano convexo f=+100 mm

 Fuente de alimentación 3…12V -/6V,12V

Cuerpo óptico,



Papel blanco



Compas



Regla

Atención Cuida que la lente, en todos los experimentos, tenga colocada su cara plana exactamente sobre la línea vertical de las perpendiculares (figura 1), y que no se mueva al desplazar la caja luminosa.

Figura 1

III.

Montaje y realización

1. Trayectoria de la luz al atravesar una lente plano convexa.  Dibuja en el centro de una hoja de papel dos líneas perpendiculares; el punto de intersección de las líneas es M. Dibuja a 3 cm de M, sobre la línea vertical, una marca arriba y la otra abajo (figura 1).  Coloca la caja luminosa, con la parte de la lente sin diafragma, junto al borde de la hoja (figura 1:1).  Coloca la lente plano convexa entre dos marcas (figura 1), con la cara plana en la línea vertical (superficie mate hacia abajo).  Conecta la caja luminosa a la fuente de alimentación(12V).  Observa la trayectoria de la luz al pasar a través de la lente.

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Desplaza la caja luminosa a las posiciones 2 y 3 (figura 1:2 y3), observa de nuevo la trayectoria de la luz y anota lo que observes.

Coloca en la caja el diafragma de tres

rendijas en la parte de la lente, y ponla a unos 10 cm frente a la cara convexa del cuerpo óptico (figura 1:1).



El haz de luz central debe discurrir exactamente a lo largo del eje óptico. Si el haz de luz estrecho que incide a lo largo del eje óptico no discurre sobre este después de pasar por la lente, desplázala con cuidado sobre la línea vertical (ajuste del montaje).



Marca con una línea fina a lápiz el contorno de la lente; el punto de intersección con el eje óptico es S.



Describe la trayectoria de los haces de la luz estrechos al pasar a través de la lente, particularmente en el interior de la lente. Marca el punto de intersección de los haces de luz con el eje óptico. Denominado F’. Marca, siempre con dos cruces, la trayectoria de los haces de luz superior e inferior, antes y después de atravesar la lente. Desconecta la fuente de alimentación y quita la caja luminosa y el cuerpo óptico del papel. Une las cruces de modo que se haga visible la trayectoria de los haces de luz antes y después de su paso a través de la lente, y, uniendo adecuadamente las cruces, también en su interior. Trayectoria de haces de luz característicos

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Traza dos líneas perpendiculares sobre otra hoja de papel, con las marcas como en la primera parte del experimento. Señala sobre el eje óptico una distancia de 11,3 cm a la izquierda de M el punto F, y a 9 cm a su derecha el punto F’ (figura 2). Traza una línea auxiliar,1 cm por encima del eje óptico y paralela a este. Coloca la lente plano convexa con la cara plana en la línea vertical de las perpendiculares, entre las dos marcas; la superficie mate hacia abajo (figura 2). Coloca en la caja luminosa el diafragma de una rendija sobre la parte de la lente, y ponla de nuevo a unos 12 cm frente a la cara curvada del cuerpo óptico (figura 2:1). Conecta la caja luminosa a la fuente de alimentación, (12V) Determina el ángulo total de refracción α en un prisma, en función del ángulo de y comprueba la posición de la lente. Marca de nuevo su contorno. Cambia la posición de la caja luminosa con cuidado, hasta que el haz de luz estrecho discurra paralelo al eje óptico, a lo largo de la línea auxiliar. Observa el haz de luz refractado, ¿Dónde corta el eje óptico? Anota lo que observas en la línea de la tabla 1. Marca, siempre con dos cruces, la trayectoria de los haces de luz incidente y refractado. Repite este paso del experimento haciendo incidir el haz de luz sobre el lente primero a través del punto F (figura 2:2) (cuida que la luz incida plana) después hacia el punto M (figura 2:3). Anota lo que observas en la tabla 1, y marca, otra vez, la trayectoria de los haces de luz entrante y saliente. Cambia la caja luminosa a la posición opuesta, haciendo pasar la luz a través del punto F’ y a lo largo de las marcas (figura 2:4). Observa y anota. Desconecta la fuente de alimentación, quita la caja luminosa y el cuerpo óptico del papel. Une las marcas de la misma clave de modo que se haga visible la trayectoria del haz de luz y después de su paso a través de la lente.

Figura 2

TRAYECTORIA DE LOS RAYOS Y DISTANCIA FOCAL EN UNA LENTE CONVEXA

Rayo luminoso

Distancia Focal

Es la línea imaginaria que representa la dirección por la que la luz se propaga.

Es la distancia entre el centro óptico de la lente y el foco (o punto focal). La inversa de la distancia focal de una lente es la potencia, y se mide en dioptrías.

Utilidad Este modelo, ampliamente divulgado en óptica geométrica, simplifica los cálculos debido al principio de propagación en línea recta de la luz en medios homogéneos e isótropos, como lo son el aire o el agua.

Espejo cóncavo La distancia focal es positiva para un espejo cóncavo.

Espejo convexo La distancia focal es negativa para un espejo convexo.

Medida de la distancia focal de un espejo convexo Designando por s la distancia objeto-espejo, ‘s’ la distancia imagen-espejo, la relación que liga ambas magnitudes con el radio de curvatura del espejo R es: 1 1 2 + = s s2 R

I.

OBSERVACIONES Y RESULTADOS DE LAS MEDIDAS

a)

Trayectoria de la luz al atravesar una lente planoconvexa

1.

Trayectoria de la luz sin diafragma: Todo el haz de luz que incide en la superficie convexa, en forma paralela al eje principal, y al atravesar el lente luego de refractarse por segunda vez estos rayos convergen en el foco principal. Lo mismo ocurre cuando el haz incide en forma oblicua al lente.

2.

Trayectoria de la luz con diafragma de tres rendijas: Los tres rayos paralelos que inciden en la cara convexa atraviesan el lente luego de dos refracciones para luego al salir del lente converger en el foco.

b)

Trayectoria de haces de luz característicos Tabla 1 Trayectoria del haz de luz entrante

Trayectoria del haz de luz saliente

paralelo al eje óptico

En forma oblicua e intersecta al foco principal

(rayo paralelo) a través del foco F

Casi paralelamente al eje óptico (rayo focal) a través del centro óptico (rayo del centro óptico)

En forma diagonal

1. Observación de la trayectoria de la luz cuando pasa por F: Incide en la superficie plana y se refractan dentro del lente y al salir de éste se refracta nuevamente y describe una trayectoria paralela al eje óptico. II. EVALUACIÓN 1.

Describe, de acuerdo con tus observaciones, como se comporta la luz paralela al incidir en una lente planoconvexa. Los haces de luz inferior y superior llegan a la lente en forma paralela, se reflejan dentro de la lente siguiendo una trayectoria oblicua y luego se refractan (salen de la lente). El haz de luz central que llega a la lente no sufre ninguna modificación dentro de la lente. Los haces de luz inferior y superior siguen una trayectoria oblicua y se encuentran con el haz central interceptándose en el punto F, llamado foco.

2. Mida la distancia f del punto F (foco) al centro óptico M.

M F ' =9 . 2cm

3. Divide por la mitad el segmento desde el foco F al vértice S de la lente. Obtienes el punto P. '

Traza un arco con centro en P y radio P F . Compara este arco con el contorno de la lente planoconvexa. ¿Qué conclusión sacas? Como podemos apreciar en la hoja, el arco que trazamos con centro en el punto P y '

radio P F sigue, prácticamente, el contorno de la lente planoconvexa, con lo que podemos concluir que es una lente convergente porque los rayos que salen de la lente convergen un solo punto F llamado foco. 4. Formula, de acuerdo a tus observaciones (tabla 1), tres enunciados que expresen cómo se refractan los tres haces de luz característicos en una lente planoconvexa. Paralelo al eje óptico.- Este rayo incide sobre la superficie convexa, se refracta y se vuelve a refractar a través de la superficie plana del lente para converger en el foco. A través del foco.- Este rayo incide sobre la superficie convexa, se refracta y se vuelve a refractar a través de la superficie plana del lente. Este último rayo refractado intersecta al eje óptico en un punto muy distante del foco. A través del centro óptico.- El rayo incide sobre la superficie convexa, se refracta y se refracta nuevamente en la superficie plana del lente en forma oblicua. 5. ¿Qué aplicaciones tiene las lentes convexas? D...