Este documento presenta un manual de prácticas de óptica para estudiantes. Incluye una lista de materiales ópticos como lámparas, lentes, espejos y prismas, así como instrucciones para su uso en diferentes experimentos sobre la propagación, reflexión y refracción de la luz. También contiene descripciones detalladas de cada pieza óptica y un índice con más de 30 experimentos sobre temas como la formación de imágenes en espejos cóncavos y convexos, y la refracción a través de lentes convergentes y
Anna Llenas Serra. El monstruo de colores. Doctor de emociones.pdf
Manual optica
1. EXPERIMENTOS DE ALUMNOS
MANUAL DE PRÁCTICAS
ÓPTICA
LABORATORIO PORTÁTIL
Micromisión Simón Rodríguez Ciencias Naturales Física Upata
2. ÓPTICA 1 P9900-4G/4L
1 P5110-1F 1 lámpara tubular 12V / 18 W (P9900-4G) ó
P5110-1G lámpara halógena 12V / 20 W (P9900-4L)
1 abertura para dirección de la luz
2 P5520-1F 1 prisma, trapezoide
3 P5520-1A 1 lente semicircular
4 P5520-1E 1 prisma, ángulo recto
5 P5520-1B 2 lentes, planas convexas
6 P5520-1C 1 lentes, planas cóncavas
7 P5620-1A 1 disco óptico, blanco
8 P5610-5C 1 pantalla blanca
9 P5600-5A 1 espejo plano
10 P5600-5B 1 espejo cóncavo/convexo de arco variable
11 P5405-1A 1 diafragma 1 y 2 ranuras
12 P5405-1B 1 diafragma 3 y 5 ranuras
13 P5710-1B 1 cubeta transparente
9
432
3. ÓPTICA 3 P9900 - 4K
1 P5110-2A 3 lámparas enchufables 12 V
2 P5490-1A 1 modelo Tierra-luna
3 P5310-2B 2 portadiapositivas
4 P5550-1A 1 prisma equilátero
5 P5610-5A 1 pantalla translúcida
6 P5400-1F 1 diafragma
7 P5400-1K 1 juego de diafragmas con orificios
8 P5400-1E 1 diafragma en L
9 P5400-1A 1 diapositiva con ranura
10 P5420-2A 1 lámina de cuarzo para la polarización
11 P5820-1B 1 rendija de 300 líneas/mm
12 P5710-1A 1 cubeta
13 P5420-3A 1 modelo para fotoelasticidad
14 P5210-2A 1 juego de filtros cromáticos sustractivos
15 P5310-1C 1 pieza de unión para el banco óptico
16 P7240-1A 1 varilla, de 10 cm
17 P5310-1B 1 banco óptico (2 rieles de 50 cm)
18 P5600-3B 1 espejo cóncavo
19 P5600-3C 1 espejo convexo
20 P5510-3C 1 lente f = +300 mm
21 P5510-3B 1 lente f = +100 mm
22 P5410-1H 1 anillo con diafragma
23 P5410-1G 1 diafragma de 20 mm de diámetro
24 P5610-8A 1 mesa para prisma
25 P5210-1A 1 juego de filtros cromáticos aditivos
26 P5310-1H 2 montura con tornillo
27 P5310-1E 4 monturas para el banco óptico
28 P5310-1F 1 montura con ranura
29 P5310-2A 4 portalentes
30 P5420-1B 2 soportes para polarizadores
31 P5420-1A 2 filtros de polarización
32 P5510-2A 1 lente con soporte f = + 50 mm
33 P5510-2L 1 lente con soporte f = -100 mm
29
29
30
30
23
20
21
18
19
33
32
9
8
7 6
11
10
4. UTILIZACIÓN DE LAS PIEZAS DEL EQUIPO DE ÓPTICA
Fig.1 MODELO DE PROYECTOR DE DIAPOSITIVAS
BANCO ÓPTICO (fig. 1)
Está formado por dos tramos: de -8 a 42 cm, y de 42
a 92 cm, que se pueden ensamblar para formar un
riel de un metro sobre el que se pueden deslizar los
jinetes.
El ensamblaje se realiza situando la placa metálica
en los registros correspondientes de los perfiles y
apretando con los tornillos (1,1) que hay en los
extremos de cada tramo, ver fig. 1.
El banco se sitúa siempre con el cero a la izquierda,
que es el sentido convencional de la luz en Optica.
LÁMPARA DE EXPERIMENTOS (fig. 2)
Tiene dos diafragmas con aberturas distintas, una en
cada extremo: una circular (2,1) y la otra rectangular
(2,2). Estos diafragmas pueden retirarse de la
carcasa de la lámpara, pero no pueden colocarse
cambiados ya que estas aberturas permiten a la
lámpara usarse en dos tipos de experimentos
distintos. Cada diafragma tiene una guía a modo de
portadiapositivas.
El montaje de la lámpara depende del tipo de
experimenteo: a) con el banco óptico y, b) para el
estudio de marcha de rayos.
a) Uso de la lámpara con el banco óptico.
Normalemente la lámpara se coloca al principio del
banco, (fig.1) con un jinete con tornillo (1´3), una
varilla de 10 cm (1´7), colocada en el taladro de 10
mm de diámetro (2´4) y que ajusta en el taladro
(2´5). La distancia entre el eje de esta varilla y el
filamento de la bombilla (2´8) está indicado por los
extremos de las flecha impresas en la carcasa (---50
mm---). La posición de la lámpara se fija con los
tornillos del jinete y la lámpara (2´6). Esta lámpara se
coloca por su abertura circular, en la que se pueden
poner diapositivas, filtros y diafragmas.
b) Uso de la lámpara para el estudio de marcha
de rayos. –Se trabaja con la lámpara sobre la mesa;
si queremos dibujar los rayos se coloca una hoja de
papel, en la que trazamos, previamente, el eje
óptico, haciendo uso de un regla. Cada rayo se
indica, marcando dos puntos y, después de retirar la
lámpara, se unen con una recta, por medio de un
regla.
Para estos experimentos la luz de la lámpara sale
por la abertura rectangular; ésta tiene dos posiciones
de trabajo: una para luz divergente y otra para luz
paralela.
i) Para luz divergente: la luz de filamento pasa
libremente por la abertura rectangular; cada rayo
parte radialmente del filamento. Su montaje según
fig. 3 a.
ii) Para luz paralela: la luz pasa a través de la lente
cilíndrica, colocada a la distancia focal del filamento,
por lo que los rayos del filamento salen paralelos
entre sí. Montaje según la fig. 3 b.
Fig. 2 ESTUDIO DE LA LÁMPARA DE
EXPERIMENTOS
Las bornas de 4 mm (2´11) permiten la conexión a la
fuente de alimentación de 12 V de cc o ca.
La bombilla se cambia quitando el diafragma frontal
circular. Hay dos versiones de bombilla: una de
filamento recto, OSRAM 12V-18W n K15608; y la
otra de filamento puntual, bombilla halógena 12V-
20W de dos patillas, (se aconseja que no se toque
con los dedos, por ello para cambiarla se manipulará
con un paño o con la misma bolsita de repuesto).
Las aberturas de ventilación son los taladros (2´9) y
las ranuras (2´10).
LÁMPARAS ENCHUFABLES (fig. 4)
Se colocan en los portalentes, procurando que el
filamento de la bombilla quede vertical. La bombilla
de repuesto es de 12V-10W.
5. JINETES
Permiten proporcionar y deslizar las piezas ópticas
en el banco, facilitando su medida. Permiten que se
coloque unos obre otros para posicionar en altura
las piezas del equipo. Son de tres tipos: a) con
ranura, b) con tornillo, y c) sencillos.
a)Jinetes con ranura (1,2): fijan la pantalla blanca
sobre el banco facilitando su posición con el índice,
también puede servir para colocar ésta fuera del
banco.
b)Jinetes con tornillo (1,3): sirve para fijar una varilla
al banco, como: la de la lámpara de experimentos, el
modelo tierra-luna, la mesa para prismas. La señal
nos permite tomar medidas sobre el banco.
c)Jinetes para lentes (1,4): posicionan las lentes en
el banco, por medio de sus portalentes. La señal
indica el frontal del portalentes, que coincide con el
centro óptico de la lente en el caso de la lente con
soporte f = +50, que se usa para colmar los rayos de
la lámpara. En el caso de las otras lentes, hay que
enchufarlas por detrás del portalentes para que esta
marca nos indique la posición del centro óptico.
Fig.4 MONTAJE DE LAS LÁMPARAS
ENCHUFABLES
PORTALENTES (figs. 1 y 4)
Son los soportes de lentes (1,5), lámparas
enchufables (4,7), portadiapositivas (1,6), filtros
cromáticos y espejos esféricos.
SOPORTES DE FILTROS POLAROIDES
Son los mismos portalentes que les ha previstos de
un círculo graduado de cinco en cinco grados, sobre
ellos se montan los filtros polarizadores. La
Fig. 3 bFig. 3 a
graduación nos permite conocer el ángulo girado por
la luz polarizada.
PORTADIAPOSITIVAS (fig. 1,6)
Permite colocar diapositivas y diafragmas , cuyas
dimensiones sean de 50x50 mm. Se pueden
enchufar en los portalentes, en las lámparas
enchufables, en las lentes y en los filtros cromáticos.
PIEZAS PARA LA MARCHA DE RAYOS
Permiten estudiar la marcha de rayos, se usan con la
lámpara de experimentos con la abertura
rectangular, con diafragma de ranuras o sin ellos.
Consta de un conjunto para el estudio de la
refracción y otro para el estudio de la reflexión.
El primer conjunto consta de siete piezas: un cuerpo
semicircular para el estudio de la ley de Snell; un
modelo trapezoidal, que permite el estudio de en
lámina plano-paralela; un prisma rectangular
isósceles, para el estudio del prisma, y un par de
secciones de lentes plano-cóncavas y un par de
plano-convexas, que permiten el estudio de la
refracción en las lentes.
El conjunto para el estudio de la reflexión, consta de
un espejo plano sobre taco, para el estudio de las
leyes de reflexión en los expejos planos y un espejo
con tornillos.
Fig. 5 ESPEJO CON TORNILLOS
El espejo con tornillos (fig. 5) es una placa especular
deformable que nos permite el estudio de los espejos
cóncavos y convexos . Para realizar un modelo de
espejo cóncavo, se sueltan los tornillos y se aprieta
con los dedos por los extremos, de forma que la
parte especular quede hacia dentro, se vuelven a
apretar los tornillos y la deformación quedará
permanente; en el caso del espejo convexo, se
hacelo mismo pero procurando que la curvatura
quede hacia fuera.
6. ÍNDICE DE EXPERIENCIAS DE ÓPTICA
1. PROPAGACIÓN DE LA LUZ
0 1.2 LA LUZ SE PROPAGA EN LÍNEA RECTA
0 1.3 LUZ Y SOMBRA
0 1.4 SOMBRA Y PENUMBRA
0 1.5 FASES DE LA LUNA
0 1.6 ECLIPSE DE SOL Y DE LUNA
0 1.7 CÁMARA OSCURA
0 1.8 FOTÓMETRO
2. REFLEXIÓN DE LA LUZ
0 2.1 LA LUZ SE REFLEJA EN LOS ESPEJOS
0 2.2 IMÁGENES EN UN ESPEJO PLANO
0 2.4 REFLEXIÓN EN EL ESPEJO CÓNCAVO
0 2.5 IMAGEN DE UN PUNTO EN EL ESPEJO CÓNCAVO
0 2.5.1 IMÁGENES EN UN ESPEJO CÓNCAVO
0 2.7 CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES EN EL ESPEJO CONVEXO
0 2.8 IMAGEN DE UN PUNTO CON EL ESPEJO CONVEXO
0 2.8.1 IMAGEN DE UN ESPEJO CONVEXO
3. REFRACCIÓN DE LA LUZ
0 3.2 LA LUZ SE DESVÍA AL PASAR DE UN MEDIO A OTRO. REFRACCIÓN
0 3.3 LA REFRACCIÓN EN EL PASO AIRE-AGUA
0 3.4 ÁNGULOS DE INCIDENCIA Y DE REFRACCIÓN
0 3.4.1 RELACIÓN ENTRE LOS ÁNGULOS DE INCIDENCIA Y REFRACCIÓN
0 3.4.2 CÁLCULO DEL DESPLAZAMIENTO EN LA PLACA PLANO PARALELA
0 3.5 REFRACCIÓN AL PASAR DEL VIDRIO AL AIRE: REFLEXIÓN TOTAL
0 3.6 PRISMAS DE ENVÍO Y DE REENVÍO
0 3.7 REFRACCIÓN EN EL PRISMA
4. LENTES
0 4.1 REFRACCIÓN EN LAS LENTES CONVERGENTES
0 4.2 RAYOS MARGINALES EN UNA LENTE
0 4.3 CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES EN LAS LENTES CONVERGENTES
0 4.3.1 CÁLCULO DE LA DISTANCIA FOCAL DE LENTES CONVERGENTES
0 4.4 IMAGEN DE UN PUNTO EN UNA LENTE CONVERGENTE
0 4.4.1 LEY DE FORMACIÓN DE IMÁGENES PARA LAS LENTES CONVERGENTES I
0 4.4.2 LEY DE FORMACIÓN DE IMÁGENES PARA LAS LENTES CONVERGENTES II
0 4.5 REFRACCIÓN DE LA LUZ EN LENTES DIVERGENTES
0 4.6 FORMACION DE IMAGENES EN LENTES DIVERGENTES
0 4.6.1 MEDIDA DE LA DISTANCIA FOCAL DE UNA LENTE DIVERGENTE
0 4.7 IMAGEN DE UN PUNTO CON UNA LENTE DIVERGENTE
0 4.7.1 IMÁGENES EN LENTES DIVERGENTES
0 4.8 ABERRACIÓN ESFÉRICA DE LAS LENTES
0 4.9 ABERRACIÓN CROMÁTICA DE LAS LENTES
5. DISPERSIÓN DE LA LUZ. LOS COLORES
0 5.2 DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ BLANCA EN COLORES POR UN PRISMA
0 5.3 MEZCLAAKITIVA DE COLORES
0.5.4 MEZCLA SUSTRATICA DE COLORES
0 5.5 COLORES DE LOS CUERPOS
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7. 6. LA VISIÓN
0 6.1.1 MODELO DE OJO
0 6.2 MIOPÍA
0 6.3 HIPERMETROPÍA
0 6.4 LA PERBICIA O VISTA CANSADA
7. INSTRUMENTOS ÓPTICOS
0 7.1 LA LUPA
0 7.2 EL PROYECTOR DE DIAPOSITIVAS
0 7.3 EL MICROSCOPIO
0 7.4 EL TELESCOPIO DE KEPPLER
0 7.5 LA CÁMARA FOTOGRÁFICA
8. ÓPTICA FÍSICA
0 8.1.1 DIFRACCIÓN EN UNA RENDIJA
0 8.1.2 INTERFERENCIA DE LA LUZ EN UNA DOBLE RENDIJA
0 8.1.3 DIFRACCIÓN DE UNA RED
0 8.2 DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LA LUZ
0 8.3 POLARIZACIÓN POR MEDIO DE FILTROS
0 8.4 ROTACIÓN DEL PLANO DE POLARIZACIÓN
0 8.5 MODELO DE SACARIMETRO
0 8.6 FOTOELASTICIDAD
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8. 0 1.2 LA LUZ SE PROPAGA EN LÍNEA RECTA
Material
1 lámpara – experimentos
1 cuba de plástico
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETIVO
Comprobar que la luz se propaga en línea recta y que la sobre es sólo una consecuencia de esta
propiedad.
PREPARACIÓN
La lámpara de experimentos la utilizamos por la abertura rectangular para luz divergente (en el caso
que la ventana sea la de luz paralela, retírese la cubierta frontal y vuélvase a poner, después de
haberla girado). Colocamos la lámpara encima de una hoja de papel y dibujamos su contorno.
EXPERIMENTO 1
Marcamos algunos puntos de los rayos marginales. Trazamos una recta que pasen por ellos,usando
una regla, después de haber retirado la lámpara. La prolongación de las rectas dan un punto que
coincide con el filamento de la fuente de luz.
EXPERIMENTO 2
Volvemos a situar la lámpara en la anterior posición, y colocamos la cuba de plástico por su parte
estrecha, de forma que el fondo opaco dé hacia la lámpara de experimentos. Marcamos dos puntos
en cada uno de los lados del contorno de su sombra, y dibujamos éste con una regla, después de
haber retirado la caja.
EXPERIMENTO 3
Colocamos la lámpara sobre la hoja de papel; y la caja a una distancia un poco mayor. Dibujamos de
nuevo el contorno de la sombra. Comparamos el tamaño de la sombra con la anteriormente dibujada.
Si prolongamos los bordes de la sombra hasta que se corten, vemos que coinciden con el punto
antes obtenido. Posición del filamento de la lámpara.
CONCLUSIONES
La sombra aumenta de tamaño al acercarse el objeto que la proyecta al foco luminoso. También las
líneas rectas que definen la parte de sombra de la ilumnada confirman la propagación de la luz en
línea recta.
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9. 0 1.3 LUZ Y SOMBRA
Material
1 Banco óptico
1 lámpara experimentos
1 varilla de 10 cm
2 jinetes tornillo
1 jinete ranura
1 modelo tierra-luna
1 pantalla blanca
2 cables conexión
1 fuente alimentación
OBJETO
Estudiar el tamaño de la sombra en función de la distancia al foco luminoso.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. La lámpara de experimentos se utiliza por la abertura
redonda. La pantalla debe de estar situada a unos 50 cm de la fuente de luz.
EXPERIMENTO 1
Producir siluetas con las manos sobre la pantalla ¿Quién hace la silueta más bonita?
EXPERIMENTO 2
Tomamos la esfera del modelo tierra-luna y la fijamos al banco por medio de un jinete a unos 30 cm
de la fuente luminosa, medimos su diámetro y nos fijamos en la nitidez de la sombra.
Cambiamos la distancia de la esfera y hacemos lo mismo. Nuestras conclusiones las reflejamos en
una tabla:
Resultado:
Distancia de la esfera Sombra mayor o menor Sombra más/menos nítida
Que a 30 cm que a 30 cm
20 cm ........ ........
40 cm ........ ........
CONCLUSIÓN
Cuanto más alejado se encuentre un cuerpo que proyecta la sombra, más pequeña será ésta, y con
ello aumenta la nitidez de la sombra.
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10. 0 1.4 SOMBRA Y PENUMBRA
Material
2 rieles soporte
2 lámparas enchufables
2 portalentes
1 pantalla blanca
2 jinetes
1 jinete con ranura
1 jinete con tornillo
1 modelo tierra-luna
4 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar los términos sombra y penumbra y su relación con las fuentes extensas y puntuales.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Fijamos las lámparas enchufables a sus portalentes, a
15 cm una de otra, sobre un riel soporte y cada una en su jinete. El segundo riel se pone
perpendicular al anterior, colocándole el modelo tierra-luna y la pantalla que está situada a unos 50
cm de las lámparas y 20 de la esfera.
EXPERIMENTO
Iluminamos la esfera con ambas lámparas y observamos la sombra sobre la pantalla.
A continuación, movemos la esfera hasta 10 cm de la pantalla.
Resultado: en un principio se observan dos sombras, y posteriormente, éstas se superponen creando
una zona de sombra total que no recibe luz de ninguna lámpara y otra zona de penumbra, que recibe
luz por lo menos de una de las lámparas.
CONCLUSIÓN
Cada punto del foco luminoso crea una sombra individualmente. Si el foco es puntual, la sombra será
neta; pero si el foco es extenso la zona de pantalla que recibe luz parcialmente (no de todo el foco)
forma la penumbra.
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11. 0 1.5 FASES DE LA LUNA
Material
1 banco óptico
1 lámpara-experimentos
1 varilla de 10 cm
2 jinetes con tornillo
1 modelo tierra-luna
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar las fases de la luna con un sencillo modelo.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura, fijamos la distancia del modelo tierra-luna a unos 20
cm de la fuente luminosa.
EXPERIMENTO
Si movemos la luna alrededor de la tierra se observa que la parte iluminada es siempre la que está
dirigida hacia el sol (fuente de luz), y si observamos la luna desde la tierra podremos distinguir las
diferentes fases de la luna.
Determinar la posición que debe de tener la luna para que esté en luna nueva, o en luna llena. ¿en
qué posiciones se encontrará en cuarto creciente o cuarto menguante? ¿Cómo influye el movimiento
del eje de la tierra en las fases de luna?
CONCLUSIONES
Debido al movimiento de la Luna alrededor de la Tierra, vemos a la primera iluminada de forma
diferente, según su posición; distinguiendo, entre luna nueva, cuarto creciente y cuarto menguante.
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12. 0 1.6 ECLIPSE DE SOL Y DE LUNA
Material
1 Banco óptico
1 lámpara-experimentos
1 varilla de 10 cm
2 jinetes con tornillo
1 modelo tierra-luna
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar la formación de los eclipses de sol y luna con el modelo tierra-luna.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura, fijamos la distancia del modelo tierra-luna a unos 20
cm de la fuente luminosa. El eje de la tierra debe estar situado en un plano a 45 grados del banco
óptico.
EXPERIMENTO
Eclipse solar: la luna se encuentra entre el sol y la tierra (conjugación). Observar las regiones que se
encuentran en penumbra y aquellas que se encuentran en sombra total, ¿A qué tipos de eclipses
corresponden? ¿En qué posición de la luna debe de darse esta situación?
Aclaración: existe una diferencia entre el modelo y la realidad: el plano de la orbita lunar forma un
ángulo con el plano de la órbita terrestre, por lo que no se forma un eclipse solar cada vez que haya
luna nueva o un eclipse solar cada vez que haya luna llena.
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13. 0 1.7 CÁMARA OSCURA O DE ORIFICIO
Material
1 banco óptico
1 lámpara experimentos
1 varilla de 10 cm
2 jinetes
1 jinete con tornillo
1 portalentes
1 pantalla translúcida
1 portadiapositivas
1 diafragma en L
1 diafragma de orificio, juego
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Realizar el modelo de una cámara de orificio y obtener la imagen de un objeto luminoso.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado del diafragma circular y con el diafragma en L; a unos 6 cm se pone un
diafragma de orificio (d = 3 mm), colocado con un portadiapositivas en su portalentes, y a 10 cm se
sitúa la pantalla translúcida.
EXPERIMENTO
Observamos sobre la pantalla una imagen del objeto luminoso. Acercando la pantalla al orificio
circular, la imagen se hace más nítida y es más fácil reconocer el objeto.
Se reconoce mejor el objeto cambiando el orificio circular por otro menor ( d = 1 mm); pero la imagen
se hace menos luminosa.
¿Cómo se entiende que el tamaño del diafragma intervenga en la formación de la imagen?
CONCLUSIÓN
Si el tamaño del orificio es lo suficientemente pequeño, a cada punto luminoso de la pantalla llega un
rayo de luz procedente de un punto del objeto luminoso; a mayor tamaño de orificio en un punto de la
pantalla pueden llegar rayos de distintos puntos del objeto, perdiendo por lo tanto nitidez y ganando
en luminosidad, porque pasan más rayos.
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14. 0 1.8 FOTÓMETRO
Material
2 rieles soporte
2 lámparas enchufables
2 portalentes
1 varilla 10 cm
1 pantalla blanca
2 jinetes
1 jinete ranura
1 jinete tornillo
4 cables conexión
1 fuente alimentación
Los fotómetros hacen posible la comparación de las potencias luminosas de dos focos.
OBJETO
Conocer un método para comparar las potencias luminosas de dos focos de luz.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Fijamos las lámparas enchufables en sus portalentes,
con los filamentos verticales, cada una en su jinete y riel soporte. Los rieles los colocamos paralelos,
a unos 8 cm de los rieles; detrás se coloca la pantalla. Las distancias entre las lámparas y la pantalla
deben de ser las mismas.
EXPERIMENTO 1
Conectamos una de las lámparas a una tensión fija de 9 V, mientras que la otra a una tensión
regulable. Regulamos la tensión de tal manera que, las sombras de la varilla sobre la pantalla sean
iguales. Tapando una de las lámparas, identificamos de qué lámpara proviene cada sombra.
Resultado: ya que ambas lámparas se encuentran a la misma distancia de la pantalla, al tener
sombras de la misma intensidad luminosa, nos indica que la potencia luminosa de las fuentes es la
misma.
Observemos cómo cambian las sombras cuando una de las fuentes luminosas es más brillante que la
otra. Ajustamos, primero, la tensión de la lámpara para que sea menor, y después mayor (no deben
de pasar los 12 V).
EXPERIMENTO 2
Se parte de que ambas fuentes tengan la misma potencia luminosa.
Acercamos la lámpara, que está conectada a la tensión regulable, a la pantalla y disminuímos la
tensión hasta que obtengamos el mismo brillo (sombras iguales). La intensidad de iluminación es de
nuevo la misma, debido a que la menor distancia de una, se compensa con su menor potencia
lumínica.
CONCLUSIÓN
Cuando dos fuentes luminosas se encuentran a la misma distancia de un objeto y lo iluminan con la
misma potencia, ambas poseen igual potencia luminosa. La potencia luminosa disminuye al aumentar
la distancia.
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15. 0 2.1 LA LUZ SE REFLEJA EN LOS ESPEJOS
Material
1 lámpara-experimento
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 espejo sobre taco
1 disco óptico
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar el fenómeno de la reflexión y deducir sus leyes.
PREPARACIÓN
Se utiliza la lámpara de experimentos por la ranura rectangular para luz paralela (en caso necesario,
se retira la cubierta frontal, se gira y se vuleve a colocar). Se colocan, sobre la mesa, la lámpara y el
disco óptico, de forma que éste quede centrado con el haz de luz. Sobre el disco se coloca el espejo
coincidiendo su superficie especular con uno de los diámetros, de acuerdo conla figura (1).
EXPERIMENTO 1
El haz de rayos paralelos incide sobre el espejo, formando un haz reflejado. Movemos la lámpara a lo
largo del disco óptico (el centro de rotación es el punto de intersección de los ejes), y observamos el
mismo desplazamiento en el haz reflejado.
EXPERIMENTO 2
Colocamos en la fuente un diafragma de una ranura. Dirigimos el haz directamente al centro del disco
óptico. Se refleja sobre sí mismo. Esta posición se denomina normal, es el origen de los ángulos: el
ángulo que forma el rayo incidente con la normal se llama ángulo incidente, y al formado con el rayo
reflejado ángulo reflejado.
Medimos el ángulo incidente y reflejado para distintas posiciones de la lámpara de experimentos y
comparamos sus valores.
CONCLUSIÓN
1. Un haz de rayos paralelos también se refleja como rayos paralelos.
2. Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales.
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16. 0 2.2 IMÁGENES EN UN ESPEJO PLANO
Material
1 Lámpara-experimentos
1 diafragma 3 y 5 ranuras
1 espejo sobre taco
2 cables conexión
1 fuente alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Obtener la imagen puntual en un espejo plano.
PREPARACIÓN
El montaje se realiza de acuerdo con la figura. Colocamos la lámpara sobre una hoja de papel en la
que se ha trazado una línea recta en su parte media. Exactamente sobre ella colocamos el espejo
sobre taco. Se utiliza la lámpara de experimentos por la ranura rectangular para luz divergente (en
caso necesario, se retira la cubierta frontal, se gira y se vuelve poner). Colocamos el diafragma con
tres ranuras en la lámpara de experimentación.
PREPARACIÓN
Colocamos la lámpara en una de las mitades de manera que los rayos coincidan oblicuamente sobre
el espejo, el filamento de la bombilla debe de encontrarse dentro de la hoja de papel. Marcamos con
los rayos reflejados; después de retirar la hoja se dibujan los rayos mediante el uso de una regla.
Prolongamos los rayos procedentes de la lámpara y el punto con los rayos reflejados, el punto de
intersección será la imagen del filamento formada por el espejo.
¿Qué se puede decir de la distancia de la imagen al espejo?
CONCLUSIÓN
El objeto y su imagen se encuentran a la misma distancia del espejo.
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17. 0 2.4 REFLEXIÓN EN EL ESPEJO CÓNCAVO
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 diafragma 3 y 5 ranuras
1 lámina espejo
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Obtener el foco de un espejo cóncavo y estudiar el comportamiento de los rayos que pasan por el
centro de curvatura, por el foco, y la de los rayos paralelos al eje óptico.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura rectangular para luz paralela (retírese la cubierta
frontal, si es necesario, y vuélvase a colocar después de haberla girado), y ponemos el diafragma con
una ranura. Colocamos la lámpara a la izquierda sobre una hoja de papel, en la que se ha trazado
una recta, eje óptico.
Sostenemos la lámina del espejo con los dedos y la doblamos un poco hacia adentro. Fijamos la
curvatura de la lámina apretando los dos tornillos. Colocamos el espejo sobre el papel de forma que
el rayo se refleje sobre sí mismo y sobre la recta dibujada.
Se marca con un lápiz la posición de la lámpara y del espejo.
EXPERIMENTO
Sustituimos el diafragma de una ranura por el de tres, y observamos donde concurren los rayos
reflejados, marcamos este punto, que será el foco F.
Volvemos a poner el diafragma de una ranura, y moviendo la lámpara buscamos la posición del rayo
que se refleja sobre sí mismo, cortando al eje óptico en M (fig 1), rayo principal; el punto M es el
centro de curvatura.
Se hace pasar el rayo por el foco F rayo focal (fig. 2); y hacemos que el rayo luminoso sea paralelo al
eje óptico a 2 cm, rayo del infinito (fig. 3).
Resultado:
1. El rayo principal se refleja sin desviarse.
2. El rayo focal se refleja saliendo paralelo al eje óptico.
3. El rayo de infinito después de la reflexión pasa por el foco.
CONCLUSIONES
Estos tres rayos especiales permiten mediante dibujo obtener la posición de la imagen y su tamaño.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
18. 0 2.5 IMAGEN DE UN PUNTO EN EL ESPEJO CÓNCAVO
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 3 y 5 ranuras
1 lámina de espejo
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Obtener la imagen de un objeto puntual con ayuda de un espejo cóncavo.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura rectangular para luz paralela (retírese la cubierta
frontal, si es necesario, y vuélvase a colocar después de haberla girado), y colocamos el diafragma
con tres ranuras. La ponemos a la izquierda sobre una hoja de papel, en la que se ha trazado una
recta, eje óptico.
Sostenemos la lámina del espejo con los dedos y la doblamos un poco hacia adentro. Fijamos la
curvatura de la lámina apretando los dos tornillos. Colocamos el espejo sobre el papel de forma que
el rayo central del diafragma se refleje sobre sí mismo y sobre la recta dibujada.
Se marca con un lápiz la posición de la lámpara, del espejo y la posición del foco.
EXPERIMENTO
Cambiamos la abertura rectangular de la lámpara para luz divergente. Hacemos incidir oblicuos los
tres rayos luminosos. El filamento de la lámpara debe permanecer fuera de la distancia focal del
espejo y quedar dentro de la hoja de papel.
Los rayos reflejados se encuentran en un punto, este es la imagen del filamento de la bombilla.
Para dibujarlo marcamos cada rayo, incidente y relejado, con dos puntos y los unimos después de
haber retirado el espejo y la lámpara de experimentos.
CONCLUSIONES
La luz que procede de un objeto puntual se concentra después de la relexión en un punto imagen; ya
que los rayos que forman la imagen proceden de la fuente luminosa, la imagen es real.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
19. 0 2.5.1 IMÁGENES EN UN ESPEJO CÓNCAVO
Material
1 banco óptico
1 lámpara experimentos
1 varilla 10 cm
1 jinete
1 jinete con tornillo
1 jinete con ranura
1 portalentes
1 pantalla blanca
1 diafragma en L
1 espejo cóncavo
2 cables de convexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar la formación de imágenes de un espejo cóncavo.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado del diafragma circular y con el diafragma en L a unos 15 cm, se coloca el
espejo cóncavo montado en su portalentes y jinete. Fijamos la pantalla al jinete con ranura y se
coloca a la izquierda de la lámpara de experimentos.
Para recoger la imagen sobre la pantalla es necesario girar el espejo un poco.
EXPERIMENTO 1
Ajustamos la distancia de la pantalla para obtener una imagen nítida. Observar las características de
la imagen: su posición y el tamaño.
Cambiamos la distancia objeto, bien moviendo la lámpara con el diafragma en L, o bien, la posición
del espejo. Es necesario enfocar de nuevo, modificando la posición de la pantalla.
Medimos la distancia objeto y su correspondiente distancia imagen, y las anotamos:
Distancia objeto 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm
Distancia imagen ........ cm ........ cm ........ cm ……. cm
Tamaño de la imagen
(mayor/igual/menor) ........ ........ ........ …….
CONCLUSIÓN
A estas imágenes que se pueden proyectar sobre pantallas se les llama imágenes reales.
A partir de la distancia s (L-espejo) y la distancia s´(imagen-espejo) podemos calcular la distancia
focal:
l/s + l/s´= l/f
EXPERIMENTO
Tratar de obtener imágenes a distancias menores y decrecientes a las recomendadas en el
experimento 1 ¿Cómo hay que mover la pantalla para obtener la imagen? ¿Qué sucede cuando se
coloca el objeto a la distancia focal?
Colocar el objeto a una distancia menor que la distancia focal, por ejemplo, a unos 8 cm, ¿Se puede
recoger la imagen enla pantalla? Quitar la pantalla y mirar la L a través del espejo. ¿Cómo se llaman
las imágenes que se forman en nuestra retina?
CONCLUSIÓN
Cuando un objeto se encuentra a una distancia mayor que la focal se forma en el espejo cóncavo una
imagen real e invertida; si la distancia del objeto es menor, se obtiene una imagen virtural, derecha y
aumentada.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
20. 0 2.7 CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES EN EL ESPEJO CONVEXO
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 diafragma 3 y 5 ranuras
1 lámina espejo
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Obtener el foco de un espejo convexo y estudiar el comportamiento de los rayos que pasan por el
centro de curvatura, por el foco y de los rayos paralelos al eje óptico.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura rectangular para luz paralela (retírese la cubierta
frontal, si es necesario, y vuélvase a colocar después de haberla girado), y colocamos el diafragma
con una ranura. Ponemos la lámpara a la izquierda sobre una hoja de papel, en la que se ha trazado
una recta, eje óptico. Sostenemos la lámina del espejo con los dedos y la doblamos un poco hacia
afuera. Fijamos la curvatura de la lámina apretando los dos tornillos. Colocamos el espejo sobre el
papel de forma que el rayo se refleje sobre sí mismo y sobre la recta dibujada. Se marca con un lápiz
la posición de la lámpara y del espejo.
EXPERIMENTO
Sustituimos el diafragma de una ranura por el de tres, haciendo coincidir el rayo central con el eje
óptico. Observamos la dispersión de los rayos reflejados. Determinamos el punto de dispersión, para
ello se marcan dos puntos por cada rayo reflejado, se quita el espejo y se trazan las rectas que
determinan, cortándose en el punto F´, foco virtual. Se traza M, a distancia doble que la distancia
focal.
Volvemos a poner el diafragma de una ranura, y moviendo la lámpara bucamos la posiciónd el rayo
que se refleja sobre sí mismo, cortando al eje óptico en M (Fig.1), rayo principal; (se levanta
momentáneamente el espejo para comprobar si el rayo pasa por el punto M).
Se hace lo mismo con el rayo que pasa el foco F´,rayo focal (Fig.2); levantándose momentáneamente
el espejo para comprobar si el rayo pasa por dicho punto.
Y se determina la reflexión del rayo paralelo a 2 cm de eje óptico, rayo del infinito, (Fig.3).
Resultado:
1. El rayo principal se refleja sin desviarse.
2. El rayo focal se refleja, saliendo paralelo al eje óptico.
3. el rayo del infinito, después de la reflexión, se dispersa como si procediera del foco.
CONCLUSIONES
Estos tres rayos especiales permiten mediante dibujo obtener la posición de la imagen y su tamaño.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
21. 0 2.8 IMAGEN DE UN PUNTO CON EL ESPEJO CONVEXO
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 3 y 5 ranuras
1 lámina de espejo
2 cables de conexión
1 fuente alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Obtener la imagen de un objeto puntual con ayuda de un espejo convexo.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura rectangular para luz divergente (retírese la
cubierta frontal, si es necesario, y vuélvase a colocar después de haberla girado), y colocamos el
diafragma con tres ranuras. Ponemos la lámpara a la izquierda sobre una hoja de papel, en la que se
ha trazado una recta, eje óptico.
Sostenemos la lámina del espejo con los dedos y la doblamos un poco hacia adentro. Fijamos la
curvatura de la lámina apretando los dos tornillos. Colocamos el espejo sobre el papel de forma que
el rayo central del diafragma se refleje sobre sí mismo y sobre la recta dibujada.
Se marca con un lápiz la posición de la lámpara, del espejo y la posición del foco.
EXPERIMENTO
Hacemos incidir oblicuos los tres rayos luminosos. El filamento de la lámpara debe quedar dentro de
la hoja de papel.
Los rayos reflejados se dispersan como si procedieran de un punto. Ésta es la imagen virtual del
filamento de la bombilla.
Para dibujarlo marcamos cada rayo, incidente y reflejado, con dos puntos y los unimos con una regla,
después de haber retirado el espejo y la lámpara de experimentos.
CONCLUSIONES
Los rayos luminosos provenientees de un objeto puntual que inciden sobre un espejo convexo se
dispersa después de la relexión, como si procedieran de un punto de detrás del espejo. Dicho punto
sería la imagen virtual del objeto puntual.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
22. 0 2.8.1 IMÁGENES DE UN ESPEJO CONVEXO
Material
1 banco óptico
1 lámpara experimentos
1 varilla de 10 cm
1 jinete
1 jinete con tornillo
1 jinete con ranura
1 portalentes
1 pantalla blanca
1 diafragma en L
1 espejo convexo
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar la formación de imágenes de un espejo convexo.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado del diafragma circular y con el diafragma en L a unos 5 cm, se coloca el
espejo convexo montado en su portalentes y jinete. Podemos observar sobre el espejo, la imagen
virtual de la L.
Estudiamos la dependencia del tamaño de la imagen con la distancia del objeto:
Distancia del objeto 5 cm 10 cm 20 cm
Tamaño de la imagen (mayor/menor) ........ ........ ........
Tratar de recoger la imagen, proyectándola en una pantalla como se hizo en la experiencia 0 2.5.1.
Resultado: sólo se obtienen imágenes virtuales con los espejos convexos. Cuanto más cerca esté el
objeto mayor será su imagen. Al aumentar la distancia del objeto disminuye el tamaño de la imagen,
aumentando el campo visual (utilización como espejo retrovisor).
EXPERIMENTO 2
Tratar de obtener imágenes a distancias decrecientes y menores a las recomendadas en el
experimento 1, ¿Cómo hay que mover la pantalla para obtener la imagen? ¿Qué sucede cuando se
coloca el objeto a la distancia focal?
Colocar el objeto a una distancia menor que la distancia focal, por ejemplo, a unos 8 cm; se puede
recoger la imagen en la pantalla. Quitar la pantalla y mirar la L a través del espejo. ¿Cómo se llaman
las imágenes que se forman ennuestra retina?
CONCLUSIÓN
Cuando un objeto se encuentra a una distancia mayor que la focal se forma en el espejo cóncavo una
imagen real e invertida; si la distancia del objeto es menor, se obtiene una imagen virtural, derecha y
aumentada.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
23. 0 3.2 LA LUZ SE DESVÍA AL PASAR DE UN MEDIO A OTRO
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 modelo trapezoidal
2 cables de conexión
1 fuente alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Estudiar la refracción e introducir el índice de refracción.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura rectangular para luz paralela (retírese la cubierta
frontal, si es necesario, y vuélvase a colocar después de haberla girado), y colocamos el diafragma
con una ranura. Ponemos la lámpara a la izquierda sobre una hoja de papel, y a continuación, el
model trapezoidal de forma que el rayo luminoso quede oblícuo a una de las caras, según la figura.
Dibujamos los lados paralelos y el punto de incidencia E del rayo luminoso.
EXPERIMENTO
Marcamos el punto de salida A y otro punto del rayo incidente. Trazamos el rayo incidente y el
refractado, uniendo los puntos con una regla, después de retirar la placa trapezoidal.
Marcamos el punto F, para que EF = 30 mm; se traza la perpendicular y se determina el segmento a
sobre el rayo incidente. Trasladamos el segmento a al rayo refractado; y trazamos a partir del del
extremo de este segmento la perpendicular a la superficie de separación. Medimos EG.
Dividimos la longitud EF entre EG, dicho coeficiente representa el índice de rafracción.
Resultado: el índice de refracción es la medida de lo que una sustancia desvía un rayo. El índice de
refracción para el vidrio es 1,5.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
24. 0 3.3 LA REFRACCIÓN EN EL PASO AIRE-AGUA
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 cubeta de plástico
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Estudiar la refracción aire-agua y determinar su índice de refracción.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura rectangular para luz paralela (retírese la cubierta
frontal, si es necesario, y vuélvase a colocar después de haberla girado), y colocamos el diafragma
con una renura. Ponemos la lámpara a la izquierda sobre una hoja de papel, y a continuación,
ponemos la cubeta con agua.
Dibujamos el contorno de la cubeta y, los puntos de incidencia y salida de la misma. Se traza la
perpendicular en el punto de incidencia, (normal).
EXPERIMENTO 1
Hacemos incidir el rayo perpendicularmente a la superficie. El rayo sale por el otro lado sin desviarse.
Ahora hacemos incidir el rayo con un ángulo determinado, por ejemplo, 45 grados. Marcamos el
punto de incidencia E y el punto de salida A, y, a continuación, un segundo punto en el rayo incidente
y el rayo de salida. Retiramos la cubeta y trazamos los rayos por medio de una regla.
Resultado: debido a que el rayo se refracta en el primer cambio de medio (aire-agua), y después en la
segunda superficie (agua-aire) el rayo de salida experimenta un desplazamiento paralelo respecto del
rayo incidente.
EXPERIMENTO 2
En el dibujo obtenido en el experimento 1 medimos el índice de refracción como se hizo en el
experimento O 3.2, o sea, determinamos las longitudes de los segmentos EF y EG y calculamos su
cociente.
Resultado: el índice de refracción del agua (para el paso del aire al agua es 1,3).
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
25. 0 3.4 ÁNGULOS DE INCIDENCIA Y DE REFRACCIÓN
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 modelo semicircular
1 disco óptico
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar la relación entre los ángulos de incidencia y de refracción.
PREPARACIÓN
Se utiliza la lámpara de experimentos por la ranura rectangular para luz paralela (en caso necesario,
se retira la cubierta frontal, se gira y se vuelve a colocar). Fijamos el diafragma de una ranura a la
lámpara. Colocamos el cuerpo semicircular sobre el disco óptico, a lo largo de un eje, centrándolo
simetrícamente al eje normal, de acuerdo, con el esquema de la figura.
EXPERIMENTO
Se mueve la lámpara de forma que el rayo incida en el centro del disco óptico con el ángulo prefijado.
El rayo incidente parte se refleja y parte se refracta. El ángulo se mide en el disco óptico a partir del
eje normal. Los ángulos incidente y reflejado deben de ser iguales.
Medimos el ángulo de refracción (entre el rayo refractado y el eje normal), anotándolo en la tabla:
Ángulo de incidencia 0 20 40 60 80
Ángulo de refracción ........ ........ ........ ........ ........
CONCLUSIÓN
El ángulo de refracción en el vidrio es siempre menor que el de incidencia en el aire. Si el ángulo de
incidencia se aproxima a 90 grados, el ángulo de refracción alcanza los 42 grados, que es su máximo
valor.
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26. 0 3.4.1 RELACIÓN ENTRE LOS ÁNGULOS DE INCIDENCIA Y REFRACCIÓN
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 modelo semicircular
1 disco óptico
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Esta experiencia es sólo el tratamiento matemático de los datos obtenidos para deducir la relación
entre los ángulos incidentes y refractados.
OBJETO
Estudiar la relación entre los ángulos de incidencia y de refracción.
PREPARACIÓN
Se utiliza la lámpara de experimentos por la ranura rectangular para luz paralela (en caso necesario,
se retira la cubierta frontal, se gira y se vuleve a colocar). Fijamos el diafragma de una ranura a la
lámpara. Colocamos el cuerpo semicircular sobre el disco óptico, a lo largo de un eje, centrándolo
simetrícamente al eje normal, de acuerdo con el esquema de la figura.
EXPERIMENTO
Se mueve la lámpara de forma que el rayo incida en el centro del disco óptico con el ángulo prefijado.
El rayo incidente se refleja y parte se refracta. El ángulo se mide en el disco óptico a partir del eje
normal. Los ángulos incidente y reflejado deben ser iguales.
Medimos el ángulo de refracción ( entre el rayo refractado y el eje normal ), anotándolo en la tabla:
Ángulo de incidencia 0 20 40 60 80
........ ........ ........ ........ ........
Ángulo de refracción 0 20 40 60 80
........ ........ ........ ........ ........
sin
⎯⎯⎯ = ……. …….. ……. …….. .……
sin
Comparar este cociente con el valor del índice de refracción para el vidrio.
CONCLUSIÓN
El valor de este cociente coincide con el índice de refracción para el vidrio, por lo que podemos
escribir dicha relación:
sin = n ´´ sin
siendo n´´ el índice de refracción del vidrio, y como el índice de refracción de aire es la unidad,
entonces podríamos escribirlo de una forma más general:
n´sin = n´´ sin
siendo n´y n´´ los índices de refracción del primer medio y del segundo, respectivamente.
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27. 0 3.4.2 CÁLCULO DEL DESPLAZAMIENTO EN LA PLACA PLANO PARALELA
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 modelo trapezoidal
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
1 hoja de papel
OBJETO
Estudiar el desplazamiento que produce una lámina plano-paralela.
PREPARACIÓN
Realizamos el montaje de acuerdo con la figura. Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura
rectangular para luz paralela (retírese la cubierta frontal, si es necesario, y vuélvse a colocar después
de haberla girado), y colocamos el diafragma con una ranura. La ponemos a la izquierda sobre una
hoja de papel, y a continuación, ponemos la placa trapezoidal, de modo que, uno de los lados
paralelos sea oblicuo al rayo luminoso. Dibujamos los lados paralelos y el punto de incidencia del rayo
luminoso. Se traza la normal, perpendicular en el punto de incidencia.
EXPERIMENTO
Hacemos incidir el rayo, normal a la superficie. El rayo sale por el otro lado sin desviarse.
Ahora hacemos incidir el rayo con un ángulo determinado. Marcamos el punto de salida A, y a
continuación un segundo punto en el rayo incidente y el rayo de salida. Retiramos la placa y se
trazan los rayos, por medio de una regla, y se prolonga el rayo incidente hasta la zona de salida. Se
observa que el rayo incidente y el que sale de la placa son paralelos. Medir la separación de estas
dos rectas, p.
Resultado: comprobar que la distancia medida p se obtiene a partir del índice de refracción del vidrio
(n = 1´5) y el ancho d de la placa:
cos
p = d*sin * (1 - )
n² - sin2
CONCLUSIÓN
La refracción en la lámina plano paralela se lleva a cabo de tal manera que los rayos luminosos
permanecen paralelos, produciéndose un desplazamiento paralelo que depende del grueso de la
placa, del índice de refracción y del ángulo de incidencia.
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28. 0 3.5 REFRACCIÓN AL PASAR DEL VIDRIO AL AIRE: REFLEXIÓN TOTAL
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 modelo semicircular
1 disco óptico
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Un rayo de luz que llega a una superficie que separa dos medios de índice de refracción distintos, se
propaga formándose un rayo reflejado y otro refractado. Cuando el segundo medio es más refringente
que el primero, para un determinado ángulo sólo se produce reflexión, este fenómeno se llama
relrexión total.
OBJETO
Estudiar el fenómeno de la reflexión total.
PREPARACIÓN
Se utiliza la lámpara de experimentos por la ranura rectangular para luz paralela (en caso necesario,
se retira la cubierta frontal, se gira y se vuelve a colocar). Fijamos el diafragma de una ranura a la
lámpara. Colocamos el cuerpo semicircular sobre el disco óptico, a lo largo de un eje, centrándolo
simétricamente al eje normal, de acuerdo con el esquema de la figura.
EXPERIMENTO
Se cololoca la lámpara de forma que el rayo incida en el centro del disco óptico coincidiendo con el
eje normal. Si el rayo incide exactamente hacia el centro óptico, el rayo sólo se desvía en la segunda
superficie, en la plana, separación del vidrio-aire.
Se gira el disco el ángulo prefijado, y se mide el ángulo anotando los valores en una tabla:
Medimos el ángulo de refracción (entre el rayo refractado y el eje normal), anotándolo en la tabla:
Ángulo de incidencia en el vidrio 20 30 35 38
Ángulo de refracciónen el aire ........ ........ ........ ........
¿Qué se observa cuando giramos el disco para que el ángulo de incidencia pase de 38 a 44 grados?
CONCLUSIONES
1. Al pasar del vidrio al aire, el ángulo de refracción en el aire es siempre mayor que el ángulo
de incidencia en el vidrio.
2. Existe un ángulo límite en el vidrio al excederse el cual ya no se experimenta la refracción,
sino que la luz se refleja en la superficie de separación (relexión total).
3. En el paso del vidrio al aire, el ángulo límite de la relexión total es de 42 grados.
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29. 0 3.6 PRISMAS DE ENVIÍO Y DE REENVÍO
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 prisma isósceles
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
1 hoja de papel
En un prisma isósceles el ángulo de incidencia puede valer 45 grados, debido a que es mayor que el
ángulo límite para vidrio-aire, que es de 42 grados, es por lo que el rayo se refleja totalmente.
OBJETO
Desviar un rayo utilizando la relexión total en un prisma.
PREPARACIÓN
Realizamos el montaje de acuerdo con la figura. Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura
rectangular para luz paralela (retírese la cubierta frontal, si es necesario, y vuélvase a colocar
después de haberla girado), y colocamos el diafragma con dos ranuras. Ponemos la lámpara a la
izquierda sobre una hoja de papel, y a continuación, ponemos el prisma de acuerdo con las figuras 1
y 2 de los montajes. Dibujamos la silueta del prisma y marcamos dos puntos para cada rayo y los
puntos de incidencia.
EXPERIMENTO 1. Prisma de desviación
Los rayos inciden normales a los catetos del triángulo, produciéndose la reflexión total en la
hipotenusa.
Resultado: desviación de 90 grados.
EXPERIMENTOS 2. Prisma de reenvío
Los rayos inciden normales a la hipotenusa, por lo que no se refractan. Los rayos luminosos inciden
en los catetos con un ángulo de 45 grados (superior al ángulo límite) por lo que se reflejan totalmente.
Los rayos luminosos, por último, abandonan el prisma normalmente a la hipotenusa.
Resultado: la desviación es de 180 grados produciéndose un intercambio de los rayos superior e
inferior.
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30. 0 3.7 REFRACCIÓN EN EL PRISMA
Material
1 lámpara.experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 prima isósceles
1 modelo trapezoidal
1 cubeta de plástico
1 disco óptico
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
1 hoja de papel
1 regla graduada
Llamamos prisma aun cuerpo transparente cuyas caras forma un ángulo, sino diremos que es un
cuerpo plano paralelo.
OBJETO
Estudiar la marcha de rayos en diversos prismas.
PREPARACIÓN
Realizamos el montaje de acuerdo con la figura. Utilizamos la lámpara de experimentos con la ranura
rectangular para luz paralela (retírese la cubierta frontal si es necesario y vuélvase a colocar después
de haberla girado), y colocamos el diafragma con dos ranuras. La ponemos a la izquierda sobre una
hoja de papel, y, a continuación ponemos el prisma, en cada caso marcamos dos puntos para cada
rayo y los puntos de incidencia en cada prisma y el punto de salida.
EXPERIMENTO 1
Hacemos incidir el rayo luminoso con un ángulo menor de 90 grados en un cateto del prisma.
Dibujamos, por medio de un regla, los rayos de entrada y de salida de forma que se corten, después
de quitar el prisma. El ángulo que se forma entre los dos rayos se llama ángulo de desviación. Se
mide el ángulo de desviación con el disco graduado.
EXPERIMENTO 2
Repetimos el ensayo anterior girando el prisma isósceles, mientras que observamos la variación del
ángulo de desviación. Tratamos de obtener la posición parala cual la desviación sea mínima.
Resultado: el ángulo de desviación mínima vale ……… La entrada del rayo en este caso es simétrica.
EXPERIMENTO 3
Cambiamos de prisma, utilizamos el ángulo de 70 grados del modelo trapezoidal; lo giramos para
obtener la posición de desviación mínima. Trazamos los rayos y medimos el ángulo de desviación.
Resultado: al aumentar el ángulo refractante del prisma aumenta la desviación.
EXPERIMENTO 4
Intentamos producir una desviación con el ángulo de 90 grados de la cubeta llena de agua y, a
continuación, con el prisma isósceles, por su ángulo recta.
Resultado: el prisma de agua puede desviar el rayo aún con un ángulo refractante de 90 grados. Esto
es debido a que el ángulo límite es más grande que en el vidrio (L^V = 41´8; Lâ = 48´7 grados).
Obsérvese que hay una clara descomposición de la luz blanca en colores.
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31. 0 4.1 REFRACCIÓN DE LAS LENTES CONVERGENTES
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 3 y 5 ranuras
1 modelo semicircular
2 modelos planoconvexos
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Hoja de papel
Regla
Hasta ahora hemos estudiado la refracción en superficies planas, los medios ópticos que tiene
superficies curvas constituyen las lentes.
OBJETO
Estudiar la marcha de rayos sobre modelos de lentes convergentes.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es
necesario, retírese la cubierta y vuélvase a poner girada). Fijamos el diafragma de tres ranuras a la
lámpara y la colocamos sobre un folio en el que previamente se ha dibujado una recta (eje óptico).
Hacemos coincidir el rayo luminoso con dicha recta. Se coloca el cuerpo planoconvexo, de forma que
los rayos incidan sobre su cara plana, y que el rayo central no se desvíe. Dibujamos su contorno y el
centro de la lente, L1.
EXPERIMENTO 1
Los tres rayos inciden normales a la lente y simétricamente al eje óptico, refráctandose, se
concentran en un punto del eje óptico, foco. Marcamos el punto y lo denominamos F; la distancia FL1
se denomina focal de la lente.
Resultado: la distancia focal de la lente es de … mm.
EXPERIMENTO 2
Colocamos una segunda lente, de acuerdo con la figura 2. el centro de la lente, L2, esté exactamente
en la superficie de separación. Determinamos de nuevo la distancia focal.
Resultado: la distancia focal de la lente es de … mm.
EXPERIMENTO 3
Repetimos el experimento con el modelo semicircular. El centro de la lente está, aproximadamente,
en el punto medio del modelo.
Resultado: la distancia focal es de … mm.
CONCLUSIÓN
Una lente convergente concentra los rayos en el foco. La distancia focal disminuye al aumentar la
curvatura de la lente.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
32. 0 4.2 RAYOS MARGINALES DE UNA LENTE
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 3 y 5 ranuras
2 modelos planoconvexos
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Hoja de papel
Regla
OBJETO
Estudiar el distinto comportamiento que hay entre los rayos próximos al eje y los rayos más alejados
(rayos marginales).
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es
necesario, retírese la cubierta y vuélvase a poner girada). Fijamos el diafragma de cinco ranuras a la
lámpara y la colocamos sobre un folio en que previamente se ha dibujado una recta (eje óptico).
Hacemos coincidir el rayo luminoso con dicha recta. Se coloca el cuerpo planoconvexo, de forma que
los rayos incidan sobre su cara plana, y que el rayo central no se desvíe. Dibujamos su contorno.
EXPERIMENTO
Hacemos incidir los tres rayos centrales simétricamente, tapando los marginales; marcamos el foco
correspondiente. A continuación, tapamos los tres rayos centrales y marcamos el nuevo foco.
CONCLUSIÓN
La distancia focal de los rayos marginales es menor que la de los rayos próximos al foco.
Consideraremos la focal de una lente, la correspondiente a los rayos próximos al eje, rayos
paraxiales. Suprimiendo los rayos marginales podemos mejorar la nitidez de la imagen obtenida con
una lente.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
33. 0 4.3 CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES EN LAS LENTES CONVERGENTES
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 diafragma 3 y 5 ranuras
2 modelos planoconvexos
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Hoja de papel
Regla
Como se hizo en las experiencias de construcción de imágenes en los espejos esféricos, en las lentes
también es necesario conocer la marcha de tres rayos especiales.
OBJETO
Distinguir, entre todos los rayos que llegan a una lente, tres de ellos, porque se sabe cómo se
refractan.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es neceario,
retírese la cubierta y vuélvase a poner girada). Fijamos el diafragma de tres ranuras en la lámpara y
la colocamos sobre un folio, en el que previamente, se ha dibujado una recta (eje óptico). Hacemos
coincidir el rayo luminoso central con dicha recta. Se colocan dos cuerpos planoconvexos para formar
una lente bicóncava, y que el rayo central no se desvíe. Dibujamos su contorno y el centro de la lente.
EXPERIMENTO
Determinamos el foco de la lente, marcándolo con un punto. Simétricamente el centro de la lente y a
la misma distancia focal, se traza el segundo foco.
Ponemos en la lámpara el diafragma con una ranura. Marcamos cada rayo con dos puntos y los
unimos con una regla después de retirar la lente.
Determinamos la marcha de cada uno de los tres rayos:
(1) Rayo del infinito, el rayo luminoso debe de ponerse paralelo al eje óptico a un cm de él.
(2) Rayo focal, se hace pasar por el foco objeto, F, al rayo luminoso.
(3) Rayo principal, se hace pasar el rayo por el centro de la lente.
CONCLUSIONES
1. El rayo que llega paralelo al eje (procede de un objeto situado en el infinito), se refracta
pasando por el foco imagen, F´.
2. el rayo focal es el rayo que pasa por el foco objeto, F, y se refracta saliendo paralelo al eje
óptico.
3. el rayo principal o que pasa por el centro de la lente, no se desvía.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
34. 0 4.3.1 CÁLCULO DE LA DISTANCIA FOCAL DE LENTES CONVERGENTES
Material
1 lente f = +100 mm
Folio de papel
Regla graduada en mm
Podemos determinar fácilmente la distancia focal de un lente concentrando los rayos del sol en un
punto (foco), y midiendo la distancia de la lente al foco. Pero tenemos otro método para determinar la
focal de una lente cuando no luce el sol.
OBJETO
Determinar la distancia focal de una lente.
PREPARACIÓN
Trazamos en el centro de un folio 5 rectas paralelas con un intervalo de un centímetro.
EXPERIMENTO
Colocamos la lente sobre las rectas paralelas y dirigimos la vista desde unos 60 cm de distancia. Las
rectas se ven a través de la lente a un intervalo algo mayor.
Ahora elevamos lentamente la lente, las rectas se ven cada vez a un intervalo mayor; hasta que el
intervalo se vea doble, a través de la lente. La distancia lente-sistema de rectas es entonces la mitad
de la distancia focal.
Justificación teórica del método: en la marcha de
rayos se conoce el tamaño del objeto, y; el tamaño
de la imagen, Y´, y la distancia objeto s. Trazando
el rayo principal (1) y el rayo del del infinito, paralelo
al eje óptico (2) se obtiene una imagen virtual
situada en el foco objeto.
De la semejanza de triángulo se deduce:
y´/y = -s´/s
Entonces: f = -s´= 2s.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
35. 0 4.4 IMAGEN DE UN PUNTO EN UNA LENTE CONVERGENTE
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 diafragma 3 y 5 ranuras
2 modelos planoconvexos
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Hoja de papel
Regla
OBJETO
Formar la imagen de un punto luminoso en una lente convergente.
PREPARACIÓN
La utilización de la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es
necesario, retírese la cubierta y vuélvase a poner girada). Fijamos el diafragma de tres ranuras en la
lámpara y la colocamos sobre un folio, en que previamente se ha dibujado una recta (eje óptico).
Hacemos dos cuerpos planoconvexos para formar una lente bicóncava, y que el rayo central no se
desvíe. Dibujamos su contorno y el centro de la lente.
EXPERIMENTO
Determinamos el punto donde los rayos se cortan después de refractarse (foco imagen de la lente),
marcándolo con un punto. Simétricamente al centro de la lente y a la misma distancia focal se traza
el segundo foco (foco objeto).
A continuación utilizamos la ranura para luz divergente (retírese la cubierta y póngase al revés).
Hacemos incidir el rayo central algo oblicuo al eje óptico, procurando que el filamento de la bombilla
quede dentro de la hoja de papel. Marcamos cada rayo con dos puntos y los unimos con un regla,
después de retirar la lente.
Resultado: los rayos después de haberse refractado, se concentran en un punto, que es el punto
imagen del filamento de la bombilla.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
36. 0 4.4.1 LEY DE FORMACIÓN DE IMÁGENES PARA LAS LENTES CONVERGENTES I
Material
1 banco óptico
1 lámpara experimentos
1 varilla de 10 cm
1 jinete
1 jinete con tornillo
1 jinete con ranura
1 portalentes
1 pantalla blanca
1 diafragma en L
1 lente, f = +100 mm
1 diafragma en L
1 lente, f = +100 mm
1 diafragma circular d = 20
2 cables de conexión
1 fuente alimentación
OBJETO
Estudiar la relación entre las distancias objeto, imagen y la distancia focal.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado del diafragma circular y con el diafragma en L. a continuación, a unos 15
cm (distancia entre la lente y el diafragma en L) se coloca la lente (f = +100 mm), montada en su
portalentes y jinete. Fijamos la pantalla al jinete con ranura a unos 30 cm de la lente.
EXPERIMENTO 1
Tanteamos la posición de la pantalla para que la imagen sea nítida. Si colocamos el diafragma
circular sobre la lente la imagen se vuelve más nítida pero menos luminosa.
Medimos la distancia del objeto a la lente, distancia objeto, s; la distancia de la lente a la pantalla,
distancia imagen, s´y el tamaño relativo de la imagen al objeto: aumento/reducción.
Variamos la distancia objeto a 20 cm y 25 cm y obtenemos sus respectivas imágenes. Con los datos
se pueden reflejar en una tabla:
Distancia objeto Distancia imagen Aumento/Reducción
15 cm ................ .................
20 cm ................ .................
25 cm ................ .................
Resultado: cuando la distancia objeto es doble que la distancia focal, la imagen es del mismo tamaño
que el objeto.
EXPERIMENTO 2
Repetimos el experimento con la lente de focal 50 mm. Ajustamos las distancias del objeto a las
distancias dadas por la tabla:
Distancia objeto,s Distancia imagen, s´ Aumento/reducción
8 cm ................ .................
10 cm ................ .................
15 cm ................ .................
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37. CONCLUSIÓN
Las imágenes de las lentes convergentes son reales e invertidas, siempre que el objeto esté a una
distancia mayor que la distancia focal. Obtenemos imágenes aumentadas cuando la distancia objeto
es menor que el doble de la distancia focal y para distancias mayores las imágenes serán reducidas.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
38. 0 4.4.2 LEY DE FORMACIÓN DE IMÁGENES PARA LAS LENTES
CONVERGENTES II
Material
1 banco óptico
1 lámpara-experimentos
1 varilla de 10 cm
1 jinete
1 jinete con tornillo
1 jinete con ranura
1 portalentes
1 pantalla blanca
1 diafragma en L
1 lente, f = +100 mm
1 diafragma circular d = 20
2 cables de conexión
1 fuente alimentación
OBJETO
Estudiar la relación entre las distancias objeto, imagen y la distancia focal, y del tamaño del objeto y la
imagen.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado del diafragma circular y con el diafragma en L. A continuación, a unos 15
cm (distancia entre la lente y el diafragma en L), se coloca la lente (f = +100 mm), montada en su
portalentes y jinete. Fijamos la pantalla al jinete con ranura a unos 30 cm de la lente.
EXPERIMENTO
Tanteamos la posición de la pantalla para que la imagen sea nítida. Si colocamos el diafragma
circular sobre la lente la imagen se vuelve más nítida pero menos luminosa.
Medimos la distancia del objeto a la lente, distancia objeto, s; la distancia de la lente a la pantalla,
distancia imagen, s´, los tamaños de la imagen y del objeto. Variamos la distancia objeto a 20 cm y 25
cm y obtenemos sus respectivas imágenes. Los datos se pueden reflejar en una tabla:
Distancia objeto Distancia imagen Tamaño imagen y´
15 cm … …mm
20 cm … …mm
25 cm … …mm
Resultado: determinar la distancia focal a partir de las distancias s y s´, aplicando la ecuación de la
formación de imagen:
l/s + l/s´= l/f
Comprobar la relación entre el aumento y las distancias objeto e imagen:
y´/y = -s´/s
CONCLUSIÓN
Conociendo la distancia focal de la lente, es posible calcular la distancia imagen a partir de la
distancia objeto, aplicando la ley de formación de imágenes. También el tamaño imagen lo podemos
calcular con el tamaño de objeto y sus respectivas distancias.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
39. 0 4.5 REFRACCIÓN DE LA LUZ EN LENTES DIVERGENTES
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 3 y 5 ranuras
2 modelos planocóncavos
2 cables de conexión
1 fuente alimentación
Hoja de papel
Regla
OBJETO
Estudiar el efecto de refracción de la luz en las lentes divergentes.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es
necesario, retírese la cubierta y vuélvase a poner girada). Fijamos el diafragma de tres ranuras a la
lámpara y la colocamos sobre un folio en el que, previamente, se ha dibujado una recta (eje óptico).
Hacemos coincidir el rayo luminoso central con dicha recta. Se coloca el cuerpo planocóncavo, de
forma que los rayos incidan sobre su cara plana, y que el rayo central no se desvíe.
Dibujamos el contorno y marcamos el centro de la lente, L.
EXPERIMENTO
Los tres rayos inciden normales a la lente y simétricamente al eje óptico. Los rayos se refractan de tal
manera que divergen. Marcamos los rayos con dos puntos cada uno y los trazamos después de
retirar la lente, usando una regla. Prolongamos los rayos refractados hasta su intersección, en el eje
óptico. Denominamos a este punto de dispersión, foco y lo marcamos con F. a la distancia LF la
llamamos distancia focal. Para diferenciarlas de la distancia focal de las lentes convergentes le
ponemos signo menos (-).
CONCLUSIÓN
Los rayos paralelos la eje se refractan de tal manera, que parecen venir de un punto de dispersión,
que llamamos foco.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
40. 0 4.6 FORMACIÓN DE IMÁGENES ENLENTES DVIERGENTES
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 1 y 2 ranuras
1 diafragma 3 y 5 ranuras
1 model planocóncavo
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Hoja de papel
Regla
El método de construcción de imágenes en lentes divergentes es el mismo que en lentes
convergentes (0 4.3), o sea que se estudia el comportamiento de los tres rayos especiales.
OBJETO
Distinguir, entre todos los rayos que llegan a una lente, tres de ellos para averiguar cómo se refractan.
Construir la imagen dada por una lente divergente.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es necesario
retírese la cubierta y vuélvase a poner girada). Fijamos el diafragma de tres ranuras en la lámpara y la
colocamos sobre un folio en que previamente se ha dibujado una recta (eje óptico). Hacemos coincidir
el rayo luminoso central con dicha recta y se coloca el cuerpo planocóncavo, de forma que el rayo
central no se desvíe. Dibujamos su contorno y el centro de la lente.
EXPERIMENTO
Determinamos el foco de la lente. Marcando con dos puntos cada rayo que se dispersa, dibujamos los
rayos después de retirar la lente, la prolongación de dichos rayos nos dan un punto en el eje, es el
foco imagen F´. simétricamente al centro de la lente y a la misma distancia focal, se traza el segundo
foco, el foco objeto, F.
Ponemos en la lámpara el diafragma con una ranura y la colocamos para que el rayo tenga la
dirección de cada uno de los rayos que estudiamos. Marcamos cada rayo con dos puntos y los
unimos con una regla después de retirar la lente:
1) Rayo del infinito, el rayo luminoso debe de ponerse paralelo aleje óptico a 1 cm de él.
2) Rayo focal, se hace pasar por el foco objeto, F, el rayo luminoso.
3) Rayo principal, se hace pasar el rayo por el centro de la lente.
CONCLUSIONES
1. El rayo que llega paralelo al eje (procede de un objeto situado en el infinito), se refracta
dispersándose; es como si procediera de un punto de dispersión, el foco objeto, F.
2. El rayo focal es el rayo que pasa por el foco imagen, F´, y se refracta saliendo paralelo al eje
óptico.
3. El rayo principal, o que pasa por el centrro de la lente, no se desvía.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
41. 0 4.6.1 MEDIDA DE LA DISTANCIA FOCAL DE UNA LENTE DIVERGENTE
Material
1 lente f = 100 mm
Folio de papel
Regla graduada en mm
OBJETO
Determinar la distancia focal de una lente divergente.
PREPARACIÓN
Trazamos, en el centro de un folio, 5 rectas paralelas con un intervalo de un centímetro.
EXPERIMENTO
Colocamos la lente sobre las rectas paralelas y dirigimos la vista desde unos 60 cm de distancia. Las
rectas se ven a través de la lente a un intervalo algo menor.
Ahora elevamos lentamente la lente, las rectas se ven cada vez a un intervalo menor; hasta que el
intervalo se vea a la mitad, a través de la lente. La distancia lente-sistema de rectas es entonces la
distancia focal.
Justificación teórica del método: hay que
considerar que tanto la distancia focal como la
distancia objeto son negativas.
En la marcha de rayos se conoce el tamaño del
objeto, y; el rayo principal (1) y el rayo del infinito,
paralelo al eje óptico (2) se obtiene una imagen
virtual situada en el foco imagen.
De la semejanza de triángulo se deduce:
y´/y = -s´/s
Entonces: -f = -2s´= s.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
42. 0 4.7 IMAGEN DE UN PUNTO CON UNA LENTE DIVERGENTE
Material
1 lámpara-experimentos
1 diafragma 3 y 5 ranuras
2 modelos planocóncavo
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
Hoja de papel
Regla
OBJETO
Formar la imagen de un punto luminoso en una lente divergente.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz divergente (si es
necesario, retírese la cubierta y vuélvase a poner girada). Fijamos el diafragma de tres ranuras en la
lámpara y la colocamos sobre un folio en que previamente se ha dibujado una recta (eje óptico).
Se coloca la lente divergente normal al eje óptico.
Dibujamos su contorno y el centro de la lente.
EXPERIMENTO
Hacemos incidir el rayo central algo oblicuo al eje óptico, procurando que el filamento de la bombilla
quede dentro de la hoja de papel. Marcamos cada rayo con dos puntos y los unimos con una regla
después de retirar la lente, trazamos las prolongaciones de dichos rayos que se cortarán al punto
imagen del filamento de la bombilla.
CONCLUSIÓN
La luz que procede de un objeto puntual y que incide en una lente divergente no se concentra
después de la refracción. Las prolongaciones de los rayos nos dan un punto aparente de la imagen.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
43. 0 4.7.1 IMÁGENES EN LENTES DIVERGENTES
Material
1 lente, f = -100 mm
OBJETO
Conocer las características de las imágenes formadas por lentes divergentes.
EXPERIMENTO
Sostenemos la lente de forma que podamos ver un objeto cercano. El objeto lo observamos
reducido. Luego observamos un objeto lejano, la imagen es reducida pero el campo visual es
considerablemente mayor.
Tratamos de recoger en una pantalla la imagen de un objeto cercano. No lo logramos, ya que una
lente divergente da constantemente una imagen virtual que sólo se forma en nuestra retina.
CONCLUSIÓN
Una lente divergente produce imágenes virtuales. La imagen disminuye de tamaño al aumentar la
distancia del objeto y el campo visual se hace mayor.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
44. 0 4.8 ABERRACIÓN ESFÉRICA DE LAS LENTES
Material
1 banco óptico
1 varilla de 10 cm
1 jinete con tornillo
2 portalentes
1 pantalla blanca
1 disco circular
1 lente, f = +100 mm
2 cables de conexión
1 lámpara experimentos
2 jinetes
1 jinete con ranura
1 portadiapositivas
1 diafragma circular
1 lente, f= +50 mm
1 diapositiva
1 fuente alimentación
OBJETO
Mostrar como influyen los rayos marginales en la obtención de una imagen nítida.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado de la abertura circular. Delante de la lámpara colocamos la lente de focal
50 mm, que hace de lente condensadora, a la que fijamos una diapositiva –objeto-, por medio de su
portadiapositiva. A 15 cm de la diapositiva colocamos la lente de focal 100 mm- lente reproductora.
En el extremo del banco colocamos la pantalla.
EXPERIMENTO
Proyectamos la diapositiva sobre la pantalla, la imagen debe de obtenerse nítidamente, para ello
desplazamos la pantalla.
Fijamos el diafragma circular a la lente reproductora, suprimiendo los rayos marginales. Podemos
mover ligeramente la pantalla para que la imagen sea lo más nítida posible. Observamos la posición
de la pantalla.
Ahora cambiamos el diafragma por el disco circular, así se suprimen los rayos próximos al eje y
movemos la pantalla para obtener de nuevo una imagen nítida. Observamos de nuevo la posición de
la pantalla.
CONCLUSIÓN
Los rayos marginales se refractan más que los rayos centrales, por lo que las imágenes formadas a
partir de los rayos marginales se encuentran más cerca de la lente reproductora, esta distinta
situación de imagen se traduce en una falta de nitidez, que se conoce con el nombre de aberración
esférica.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
45. 0 4.9 ABERRACIÓN CROMÁTICA DE LAS LENTES
Material
1 banco óptico
1 varilla de 10 cm
1 jinete con tornillo
3 portalentes
1 pantalla blanca
1 lente, f = +50 mm
1 diapositiva
1 fuente de alimentación
1 lámpara experimentos
2 jinetes
1 jinete con ranura
1 portadiapositivas
1 juego filtros cromáticos
1 lente, f = +100 mm
2 cables de conexión
OBJETO
Explicar la formación de bordes coloreados en las imágenes originadas por una lente iluminada con
luz blanca.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado de la abertura circular. Delante de la lámpara colocamos la lente de focal
50 mm, que hace de lente condensadora, a la que fijamos una diapositiva –objeto-, por medio de su
portadiapositivas. A 15 cm de la diapositiva colocamos la lente de focal 100 mm –lente reproductora-.
En el extremo del banco ponemos la pantalla.
EXPERIMENTO
Proyectamos la diapositiva sobre la pantalla, la imagen debe obtenerse nítidamente, para ello
desplazamos la pantalla.
Colocamos un filtro cromático rojo en un portalentes, inmediatamente detrás de la lente de focal 50
mm. La imagen es ahora roja, y ajustamos la nitidez de la imagen moviendo la pantalla. Observamos
la posición de la pantalla.
Reemplazamos el filtro rojo por el azul; y volvemos a ajustar la imagen para que sea lo más nítida
posible, observando la nueva posición de la pantalla.
CONCLUSIÓN
La luz azul produce imágenes que se encuentran más cerca de la lente que la luz roja. La luz azul se
refracta más intensamente que la luz roja.
Las lentes desdoblan la luz blanca al formar imágenes, formando antes la imagen azul y después la
imagen roja, esto crea una falta de nitidez en la imagen formada.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
46. 0 5.2 DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ BLANCA POR UN PRISMA
Material:
1 banco óptico
1 lámpara experimentos
1 varilla 10 cm
3 jinetes
2 jinetes/tornillo
1 jinete con ranura
2 portalentes
1 portadiapositivas
1 pantalla blanca
1 diafragma/ranura
1 lente, f = +50 mm
1 lente, f = +100 mm
1 mesa para prismas
1 prisma de 60 gd.
1 juego filtros cromáticos
2 cables de conexión
1 fuente alimentación
OBJETO
Comprobar que la luz blanca está formada por luz de muchos colores.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado de la abertura circular. Delante de la lámpara colocamos la lente de focal
50 mm, a 50 mm del filamento, con lo que se obtiene un haz de luz paralela.
Fijamos, a 5 cm de la lente, el diafragma de ranura a un portalentes, por medio de un
portadiapositivas. A continuación, por medio de un jinete y portalentes colocamos la lente de focal
100 mm.
A unos 50 cm de la lámpara, se coloca la pantalla en un jinete con ranura sobre el banco.
Desplazando la lente 100, lo necesario, se obtiene la imagen nítida sobre la pantalla de la ranura.
EXPERIMENTO 1
A 35 cm de la lámpara se coloca la mesa portaprismas, por medio de un jinete, y sobre ella,
ponemos el prisma. Manteniendo la distancia, movemos lateralmente la pantalla, buscando el
espectro de colores. Una vez conseguido, giramos el prisma para que el ángulo sea lo más pequeño
posible (refracción mínima, ver Exp. 0 3.7). Para ampliar el espectro se gira la pantalla, oblícuamente
a la trayectoria de los rayos.
¿Qué color se refracta más? ¿Y cuál se refracta menos?
EXPERIMENTO 2
Quitamos la lente de focal 50 mm, sin mover el resto de los elementos, y la colocamos detrás del
prisma, recibiendo los rayos del espectro. Se observa que el espectro vuelve a unirse, formando luz
blanca.
EXPERIMENTO 3
Para obtener el espectro de otro color, se coloca un filtro cromático en la lente de focal 50 mm del
montaje del experimento 1, si no se consiguen distintos colores se dice que la luz que da el filtro es
un color simple.
CONCLUSIÓN
El prisma descompone la luz blanca en un espectro de colores. La causa de esto es la distinta
refracción de la luz para cada color. Este fenómeno se llama dispersión de la luz. El color que más
se refracta es el violeta y el que menos, el rojo.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
47. 0 5.3 MEZCLA ADITIVA DE COLORES
Material
2 rieles soporte
3 lámparas enchufables
3 jinetes
2 jinetes/tornillo
1 jinete con ranura
3 portalentes
1 pantalla blanca
3 filtros cromáticos aditivos
6 cables-conexión
1 fuente alimentación
OBJETO
Mostrar que la mezcla aditiva de tres colores básicos nos produce la sensación de luz blanca. Los
demás colores pueden obtenerse por combinación de estos tres colores.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Sobre un riel se colocan las tres lámparas
enchufables, con sus soportes y jinetes; la lámpara central se suplementa con dos jinetes más.
Cada lámpara tendrá uno de los tres filtros cromáticos.
La pantalla se coloca en el jinete con ranura en el segundo riel, que se sitúa perpendicularmente al
otro, frente a las tres lámparas.
EXPERIMENTO
Cada una de estas lámparas proyectará sobre la pantalla una mancha circular de un color básico; se
posicionan, de forma que se corten las manchas de dos en dos, y en el centro se superpongan las
tres manchas.
¿Qué colores se forman al superponerse dos círculos cromáticos?
¿Qué color se obtiene en la superposición de los tres colores básicos?
Resultado: Colores básicos Mezcla aditiva
Rojo y verde ................
Azul y verde ................
Rojo y azul ................
Rojo,verde y azul …………..
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48. 0 5.4 MEZCLA SUSTRACTIVA DE COLORES
Material
1 juego de filtros cromáticos sustractivos
La composición de colores en televisión se obtiene, según las reglas de la adición dadas en la
experiencia anterior. La composición de los colores en la impresión se realiza sustractivamente a
partir de unos colores básicos.
OBJETO
Obtener colores sustractivamente usando los tres colores básicos.
EXPERIMENTO
Se toman los filtros cromáticos sustractivos: azul-cian, amarillo y púrpura, y se colocan uno sobre
otro, contemplándolos a la luz del día. Observamos que en los lugares de superposición se forman
nuevos colores.
Observar con atención especial el lugar donde los tres colores básicos se superponen.
Resultado:
Colores básicos sustractivos Mezcla sustractiva
Azul-cian y amarillo ................
Púrpura y amarillo ................
Azul-cian y púrpura ................
Azul-cian, amarillo y púrpura ................
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
49. 0 5.5 COLORES DE LOS CUERPOS
Material
1 banco óptico
1 lámpara-experimentación
1 varilla de 10 cm
1 jinete
1 jinete/tornillo
1 jinete con ranura
1 pantalla blanca
1 juego de filtros cromáticos
aditivos
1 juego de filtros cromáticos
sustrativos
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Explicar por qué se ven colores distintos en los cuerpos y cómo dependen de la luz con que se
iluminan.
PREPARACIÓN
En un extremo del banco se coloca la lámpara de experimentos por su abertura circular. En un
portalente se ponen sucesivamente distintos filtros cromáticos.
Tres cartulinas de colores distintos (roja, azul, verde) se sujetan en la pantalla por la cara que da a la
lámpara. También pueden colocarse según la figura. La distancia entre la pantalla y la lámpara puede
ser de unos 25 a 40 cm.
EXPERIMENTO 1
Colocamos el filtro rojo, las cartulinas azul y verde se ven oscuras, mientras que la roja aparece clara.
Explicación: en la luz roja no se encuentran componentes azules o verdes, por lo que las cartulinas
no pueden reflejar luz azul o verde; pero sí, luz roja.
Si iluminamos con luz blanca, la cartulina roja refleja el color rojo y absorbe los colores azul y verde.
EXPERIMENTO 2
Ahora colocamos el filtro azul; la cartulina roja aparece oscura, debido a que ese color no se
encuentra en la luz, por lo tanto, no puede ser reflejado.
EXPERIMENTO 3
Colocamos el filtro púrpura. La cartulina verde se nos presenta oscura, ya que el color púrpura es una
mezcla aditiva de rojo y azul, y el verde no está presente. Esta cartulina se presenta verde bajo luz
blanca, ya que refleja la componente verde y absorbe los demás componentes de la luz blanca.
CONCLUSIÓN
Los cuerpos se presentan bajo la luz blanca de diversos colores, porque absorben ciertos
componentes cromáticos y aparecen con el color compuesto de luz reflejada; por lo tanto el color que
muestran los cuerpos depende también de la luz con que se los ilumina.
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50. 0 6.1.1 MODELO DE OJO
Material
1 banco óptico
1 varilla de 10 cm
1 jinete
1 jinete/tornillo
1 jinete con ranura
1 lente, f = 50 mm
1 lente, f = 100 mm
1 portalentes
1 portadiapositivas
1 diafragma circular d = 20
1 juego-diafragma orificio
1 diafragma „L“
1 pantalla blanca
2 cables conexión
1 fuente alimentación
OBJETO
Reproducir el sistema óptico de imágenes del ojo, y estudiar la función de la pupila.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremos del banco la lámpara de
experimentación por el lado del diafragma circular y con el diafragma en L; a unos a 40 cm se pone la
lente (f = 100 mm), a modo de cristalino; en ésta se coloca un diafragma circular con su
portadiapositivas, el diafragma circular debe de encontrarse hacia la fuente luminosa. El diafragma
circular hace la función de la pupila.
A unos 11 cm de la lente se coloca la pantalla, que representa la retina. Desplazamos el jinete de la
lente hasta obtener una imagen nítida.
EXPERIMENTO 1
Acercamos el objeto a observar (el jinete de la lámpara y el diafragma L). la imagen se vuelve difusa.
Moviendo la pantalla es posible obtener de nuevo una imagen nítida. Sin embargo, en el ojo no es
posible modificar la distancia lente-pupila.
Ahora, acercamos el objeto (el diafragma en L) moviendo el jinete de la lámpara, a unos 7 cm del
diafragma circular y sustituimos la lente de focal 100 mm por la de 50 mm, o sea, por una más
gruesa. Observamos de nuevo una imagen nítida y aumentada.
El ojo logra este engrosamiento del cristalino por medio de la contracción del músculo ocular. Esta
adaptación del ojo a un objeto más cercano se le llama acomodación.
EXPERIMENTO 2
Vamos a estudiar la función de la pupila como órgano que regula la intensidad luminosa que debe de
llegar a la retina.
Sustituimos de nuevo la lente de 50 mm por la de focal 100 mm y colocamos el objeto al principio del
banco. Cambiamos el diafragma circular de la lente por un diafragma menor, de 3 mm. Se obtiene
una imagen menos iluminada pero más nítida (a esta función se la llama contracción pupilar).
También la acomodación es menos crítica. Ésto se comprueba cambiando ligeramente el objeto de
posición.
CONCLUSIÓN
El ojo puede ver nítidamente objetos a diversas distancias por medio de un cambio de focal en el
cristalino (que se hace más grueso). Esta cualidad del ojo se llama acomodación. La pupila regula la
intensidad de luz que entra en el ojo.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
51. 0 6.2 MIOPÍA
Material
1 lámpara-experimentos
1 modelo semicircular
1 modelo planoconvexo
1 modelo planocóncavo
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
El ojo miope es excesivamente alargado y forma la imagen delante de la retina.
OBJETIVO
Construir el modelo de ojo miope y estudiar su corrección.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara de experimentos por el lado de la abertura rectangular para luz divergente
(retírese eventualmente la cubierta y vuélvase a colocar al revés). Colocamos la lámpara sobre una
hoja de papel, y señalamos su posición. A continuación, ponemos el modelo semicircular, a modo de
cristalino, a 4 cm de la lámpara. El lado plano debe de quedar hacia la lámpara.
EXPERIMENTO 1
Dirigimos el haz divergente de rayos, procedentes de un objeto cercano, hacia el cristalino. Los rayos
se concentran en un punto que corresponderá a un punto de la retina; se marca con una línea
perpendicular al eje óptico.
Resultado: los objetos cercanos se forman nítidamente en la retina sin acomodación en un ojo miope.
EXPERIMENTO 2
Ahora utilizamos la abertura para luz paralela de la lámpara para experimentos (retírese la cubierta y
coloquése al revés). El haz de rayos paralelo proviene de objetos alejados. El cristalino los concentra
en un punto situado detrás de la retina.
Para realizar el efecto de la acomodación del cristalino colocamos el modelo planoconvexo. Se
observa que el punto de concentración se sigue formando delante de la retina.
Resultado: el miope no puede formar nítidamente las imágenes de objetos alejados.
EXPERIMENTO 3
En el experimento anterior se ha visto que la imagen no se puede formar en la retina aunque actúa la
acomodación del cristalino, para formar dicha imagen es necesario colocar una lente divergente unos
2 cm delante del cristalino. Para ello colocamos el modelo planocóncavo delante del modelo
semicircular.
Resultado: la miopía se corrige con lentes divergentes que acercan la imagen formada a la retina.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
52. 0 6.3 HIPERMETROPÍA
Material
1 lámpara experimentos
1 modelo semicircular
2 modelos planoconvexos
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
El ojo hipermétrope es un ojo corto y la imagen se forma detrás de la retina.
OBJETO
Estudiar un modelo de ojo hipermétrope y su posible corrección.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es
necesario, retírese la cubierta y coloquése al revés). La colocamos sobre una hoja de papel.
Señalamos la posición de la lámpara; a 4 cm se coloca el modelo semicircular, con la cara plana
hacia ésta. El punto donde se concentran los rayos es elpunto donde se formaría la imagen en un ojo
normal si el objeto estuviese lejos. Se marca esta posición. La distancia del modelo semicircular a
este punto representa el diámetro del ojo normal. Acortamos esta distancia en 37 mm de acuerdo con
la figura.
EXPERIMENTO 1
La colocación de una lente planconvexa junto a la semicircular hace el efecto de la acomodación del
ojo. Sin embargo, este efecto no es suficiente para que se forme la imagen en la retina.
EXPERIMENTO 2
Seguimos con la lámpara para luz paralela (retírese o coloquése al revés), vemos que en este caso
los rayos se concentran delante de la posición marcada para la retina.
Resultado: el ojo hipermétrope concentra los rayos procedentes de un objeto alejado, en este caso, sí
que ayuda la acomodación a formar la imagen en la retina.
EXPERIMENTO 3
Es posible corregir la hipermetropía con ayuda de una lente convergente. Para hacer un modelo de
esta corrección utilizamos la lámpara para luz divergente (damos la vuelta a la cubierta), colocamos
una segunda sección planoconvexa que nos permita concentrar los rayos divergentes en la retina
(visión de objetos cercanos).
CONCLUSIÓN
El ojo hipermétrope es un ojo muy poco convergente, puede ver los objetos lejanos, debido a su
facultad de acomodación; pero las imágenes de los objetos próximos se forman detrás de la retina.
La visión hipermétrope se corrige con lentes convergentes.
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53. 0 6.4 LA PRESBICIA O VISTA CANSADA
Material
1 lámpara experimentos
1 modelo semicircular
2 modelos planoconvexos
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
El cristalino se endurece con los años, por lo que pierde su poder de acomodación, constituyendo un
defecto de la visión propio de las personas mayores.
OBJETO
Reproducir un modelo de ojo que presente presbicia y realizar su acomodación.
PREPARACIÓN
Utilizamos la lámpara para experimentos con la abertura rectangular para luz paralela (si es
necesario, retírese la cubierta y colóquese al revés). La colocamos sobre una hoja de papel.
Señalamos la posición de la lámpara; a 4 cm se coloca el modelo semicircular, con la cara plana
hacia ésta. El punto donde se concentran los rayos es el punto donde se formaría la imagen en un ojo
normal si el objeto estuviese lejos. Se marca esta posición. La distancia del modelo semicircular a
este punto representa el diámetro del ojo normal. Marcamos esta posición con una línea
perpendicular al eje óptico.
EXPERIMENTO 1
Utilícese la abertura rectangular para luz divergente (colóquese la cubierta frontal al revés). El haz de
rayos divergentes, provenientes de objetos cercanos, se concentran detrás de la retina. En un ojo
normal la acomodación del cristalino conseguiría enfocar en la retina.
EXPERIMENTO 2
De acuerdo con la figura 2, colocamos una lente convergente delante del ojo. Los rayos se
concentran ahora en la retina.
CONCLUSIÓN
La vista en la vejez se caracteriza por que el ojo pierde su poder de acomodación por lo que sólo ve
los objetos lejanos. Para poder ver objetos próximos se necesita realizar una corrección con lentes
convergentes.
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54. 0 7.1 INSTRUMENTOS ÓPTICOS. LA LUPA
Material
1 lente f = +50 mm
1 lente f = +100 mm
1 lente f = 300 mm
1 portalentes
OBJETO
Estudiar la formación de la imagen de un objeto muy cercano por medio de una lente convergente y la
influencia de la distancia focal.
EXPERIMENTO
Sostenemos una lente con la mano, cerca de un pequeño objeto (manteniéndolo dentro de la
distancia focal), obtenemos su imagen virtual y aumentada.
Repetimos la observación con las lentes de distinta distancia focal.
CONCLUSIÓN
Para utilizar como lupa una lente convergente se debe poner el objeto a observar a una distancia
menor de la distancia focal. La imagen obtenida es virtual y mayor que el objeto. Este aumento es
mayor al disminuir la focal dela lente (la lente aumenta de grosor). El aumento no depende de la
distancia a la que se ponga el ojo; pero más próximo, tendremos un campo visual mayor.
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55. 0 7.2 INSTRUMENTOS ÓPTICOS. EL PROYECTOR DE DIAPOSITIVAS
Material
1 banco óptico
1 lámpara-experimentos
1 varilla de 10 cm
2 jinetes
1 jinete con tornillo
1 jinete con ranura
1 lente soporte, f = 50
1 lente, f = 100 mm
1 portalentes
1 portadiapositivas
1 diapositiva
1 pantalla blanca
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Construir un proyector de diapositivas.
PREPARACIÓN
De acuerdo con el montaje de la figura. Utilizamos la lámpara de experimentos por su abertura
circular. Colocamos la lente de focal 50 mm, como lente condensadora, a unos 6 cm de la fuente de
luz, y fijamos el portadiapositivas con la diapositiva. A una distancia de 15 cm se coloca la lente de
focal 100 mm, lente reproductora de la imagen. La pantalla se coloca a 50 cm de la diapositiva.
EXPERIMENTO
Modificamos la distancia de la pantalla para obtener la imagen nítida. ¿Cómo es la imagen? ¿Qué
tendríamos que hacer para obtener la imagen derecha?
Colocamos la pantalla en el extremos del banco, enfocamos moviendo ligeramente la lente
reproductora. ¿Qué relación tiene ahora la imagen con la anterior?
CONCLUSIÓN
El proyector de diapositivas dispone de un condensador para concentrar la luz sobre la diapositiva y
hacerla más luminosa, la segunda lente es la reproductora de imagen que nos da una imagen real,
invertida y de mayor tamaño que la diapositiva.
Ampliación: ¿Tiene algún sentido utilizar una lente de focal 300 mm? ¿Qué distancia mínima tiene
que tener entre la lente y el objeto?
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56. 0 7.3 INSTRUMETOS ÓPTICOS
Material
1 banco óptico
1 lámpara-experimentos
1 varilla de 25 cm
1 varilla de 10 cm
1 manguito de empalme
3 jinetes
1 jinete con tornillo
1 jinete con ranura
2 portalentes
2 portadiapositivas
1 pantalla blanca
1 diafragma circular, d = 8 mm
1 lente, f = 50 mm
1 lente, f = 100 mm
1 diapositiva
1 pantalla translúcida
2 cables de conexión
1 fuente de alimentación
OBJETO
Estudiar el principio del microscopio.
PREPARACIÓN Y EXPERIMENTO
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos en el extremo del banco la lámpara de
experimentación por el lado de la abertura circular. Fijamos la diapositiva –objeto- a un jinete, a 5 cm
del objeto. Colocamos la pantalla transparente a unos 40 cm del objeto. Entre la pantalla y el objeto,
colocamos una lente ( f = 100 mm), con el diafragma circular, montados en su portalente y sobre un
jinete. Deslizamos la lente hasta que se proyecte una imagen nítida de la diapositiva en la pantalla.
Esta lente hace de objetivo.
Como ocular sirve la lente de focal 50 mm, que hace de lupa de la imagen intermedia, por lo que hay
que colocarla a una distancia menor de su distancia focal, menor de 5 cm.
Retiramos la pantalla translúcida y la colocamos entre la lámpara y la diapositiva, esto impide que nos
deslumbremos al mirar en el microscopio. Ahora podemos contemplar la imagen ampliada.
Nos llevaremos una desilusión si pretendemos proyectar sobre una pantalla aumentada por los dos
lentes. ¿Por qué?
CONCLUSIÓN
Un microscopio se compone fundamentalmente de dos lentes convergentes; la primera da una
imagen intermedia, real, invertida y aumentada, y la segunda, hace de lupa de dicha imagen, por lo
que forma una imagen virtual y aumentada nuevamente. Por lo tanto la imagen que da el microscopio
es virtual, invertida y aumentada, esta imagen sólo se puede recoger en nuestra retina.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
57. 0 7.4 INSTRUMENTOS ÓPTICOS. EL TELESCOPIO DE KEPPLER
Material
1 banco óptico
2 jinetes
1 portalentes
1 lente, f = 50 mm
1 lente, f = 300 mm
1 pantalla translúcida
Hay dos sistemas distintos de telescopios, uno con una lente convergente y otra divergente, que hace
de ocular (tipo Galileo) y otro formado por dos lentes convergentes (tipo Keppler).
OBJETO
Estudiar el fundamento del telescopio compuesto por dos lentes convergentes.
PREPARACIÓN
Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. Colocamos ambas lentes en el banco óptico. La
distancia entre las lentes debe de ser aproximadamente 33 cm. La lente (f = 300 mm) constituye el
objetivo del telescopio, y la lente (f = 50 mm), el ocular; ésta se fija en uno de los extremos del banco.
EXPERIMENTO
Tratamos de observar un objeto lejano a través de la ventana con el modelo de telescopio construido.
Para ello enfocamos con el objetivo (movemos la lente de foccal 30 cm) y miramos por el ocular,
hasta formar una imagen nítida.
Ya que la distancia del objeto es grande, la imagen intermedia es real e invertida, ésta se forma en el
plano focal del objetivo, es decir 30 cm detrás de dicha lente. Podemos hacer visible dicha imagen por
medio de la pantalla translúcida. La imagen intermedia real debe de encontrarse dentro de la
distancia focal del ocular (a menos de 5 cm del ocular).
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria
58. 0 7.5 INSTRUMENTOS ÓPTICOS. LA CÁMARA FOTOGRÁFICA
Material
1 banco óptico
1 varilla de 10 cm
1 jinete con tornillo
1 lente focal 100 mm
1 diafragma circular, d = 20
1 diafragma en L
1 pantalla blanca
1 portadiapositivas
1 fuente de alimentación
1 lámpara experimentos
1 jinete
1 jinete con ranura
1 diafragma circular, d = 8
1 juego diafragmas de orificio
circular
1 portalentes
2 cables de conexión
El fundamento de la cámara fotográfica es la cámara oscura o de orificio (0 1.7), aquí aprenderemos a
formar la imagen con ayuda de un objetivo y del diafragma de profundidad de campo.
OBJETO
Estudiar el fundamento de la cámara fotográfica.
PREPARACIÓN
De acuerdo con el montaje de la figura. Utilizamos la lámpara de experimentos por su abertura
circular, donde colocamos el diafragma en L, que será el objeto. La lente formadora de imagen la
colocamos a 35 cm de la fuente luminosa, sobre la que fijamos el diafragma circular ( d = 20 mm) con
ayuda de un portadiapositivas.
La pantalla se encuentra a unos 50 cm de la fuente luminosa.
A continuación, se proyecta nítidamente la imagen moviendo la lente formadora de imágenes.
EXPERIMENTO 1
Modificamos la distancia del objeto (desplazamiento de la lente); desplazando la pantalla se vuelve a
enfocar nítidamente.
El objeto debe encontrarse siempre a mayor distancia del doble de la distancia focal, ya que el
aparato fotográfico siempre obtiene una imagen reducida.
EXPERIMENTO 2
Profundidad de foco y nitidez de imagen: cambiamos el diafragma circular por el d = 8, obtendremos
una imagen más nítida pero menos luminosa. Utilizando el diafragma de orificio d = 3 mm, la imagen
es aún menos luminosa, pero en este caso, podemos mover la lente formadora de imágenes
(modificando la distancia del objeto a la cámara) sin que varie la nitidez de la imagen.
CONCLUSIÓN
El aparato fotográfico ajusta la distancia del objeto, variando la distancia entre la lente y la pantalla.
Los diafragmas pequeños (número alto de diafragma en el aparato fotográfico) posibilitan una imagen
nítida aunque no se haya ajustado correctamente la distancia anterior. La disminución de luminosidad
de la imagen se compensa con un mayor tiempo de exposición de la placa fotográfica.
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59. 0 8.1.1 DIFRACCIÓN EN UNA RENDIJA
Material
1 banco óptico
1 varilla de 10 cm
1 jinete con tornillo
2 portadiapositivas
1 lente, f = 50 mm
1 diafragma rendija, 0´05
2 cables de conexión
1 lámpara-experimentos
3 jinetes
2 portalentes
1 diafragma ranura 1 mm
1 lente, f = 100 mm
1 pantalla translúcida
1 fuente de alimentación
OBJETO
Observar la difracción de la luz en una rendija.
PREPARACIÓN
Colocamos la lámpara al principio del banco, con su abertura circular hacia adelante. A 5 cm del
filamento, se coloca la lente de focal 50 mm, como lente condensadora. Ponemos la ranura de 1 mm,
verticalmente, al lado derecho de la lente, por medio de un portadiapositvas.
Colocamos la pantalla translúcida entre 45 y 50 cm de la fuente luminosa.
Entre la ranura y la pantalla se coloca la lente de focal 100 mm; se enfoca para que recoja
nítidamente la imagen de la ranura sobre la pantalla. A 5 cm de esta lente, y al lado de la pantalla, se
coloca la rendija de 0´05 mm, paralelamente a la ranura de iluminación.
Girando levemente la lámpara conseguiremos que la rendija quede sujicientemente iluminada.
EXPERIMENTO
Miramos la pantalla translúcida desde el extremo del banco hacia la fuente de luz y observaremos el
fenómeno de difracción, que consiste:
1) Al colocar la rendija, la imagen de la ranura se ensancha, debido a que aparecen otras rayas
luminosas más ténues, a ambos lados, o sea que la luz deja de propagarse en línea recta.
2) En buenas condiciones de visión, podremos reconocer franjas de colores a ambos lados de la
imagen blanca (si es necesario, se puede utilizar una lupa de mano).
3) Si observamos con cuidado, podremos decir qué color es el que más se difracta ¿Adónde
aparece el color rojo, dentro o fuera?
4) Las franjas de difracción de la ranura se verán mejor si se emplea luz monocromática, para
ello podemos colocar después de la lámpara un filtro de color rojo.
Advertencia: estas observaciones se deben de hacer en total oscuridad, porque la intensidad de luz
es muy pequeña.
FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria