Práctica 5

LABORATORIO DE FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA - E.T.S.I.T.
Curso 2005–2006
PRÁCTICA 5
ÓPTICA GEOMÉTRICA (II).
REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN EN SUPERFICIES ESFÉRICAS; ESPEJOS Y LENTES
Libro de texto:
Paul A. Tipler, Física, Tomo 2, 5ª edición, Reverté, Barcelona (2005), pp. 967- (4ª edición (1999),
pp. 1117–1133)
Capítulos:
32.1
Espejos esféricos (páginas 967–974),
32.2
Lentes (páginas 975–983),
32.3
Aberraciones (página 985),
Introducción
Gran parte de los instrumentos ópticos que hoy en día utilizamos de forma habitual, como
son las gafas, lupas, proyectores de diapositivas, microscopios, telescopios, cámaras fotográficas,
etc. pueden estar formados por un conjunto muy complejo de elementos ópticos. A pesar de este
alto grado de sofisticación, podemos explicar su funcionamiento utilizando principios básicos
relativamente simples, ya que su construcción, a pesar de ser altamente compleja, se basa en la
combinación de espejos y lentes de distinto tipo que permite manipular la luz a voluntad.
Se observarán la reflexión y la refracción por componentes ópticos cóncavos o convexos y se
determinará las características de dichos componentes.
Conceptos a tener en cuenta:
En la construcción de instrumentos ópticos se utilizan generalmente combinaciones de
espejos y de lentes tanto convergentes como divergentes. Debido sus características (índice de
refracción, radio de curvatura, potencia, distancia focal objeto y distancia focal imagen) se pueden
utilizar estos elementos para producir diferentes efectos ópticos (imágenes reales o virtuales,
aumento lateral, etc.). Estos fenómenos se pueden explicar de forma cualitativa y cuantitativa
mediante la Óptica Geométrica que nos permite deducir ecuaciones muy útiles como son la
“Ecuación de la lente delgada” o la “Fórmula de Gauss”.
Material a utilizar:
En esta práctica se determinarán las distancias focales
de diferentes elementos reflectores y refractores,
cóncavos y convexos.
lámpara halógena de 12V-20W (salida de luz blanca
colimada por la apertura rectangular),
rendijas con 3 y 5 aperturas,
espejos cóncavos y convexos,
lentes cilíndricas divergentes y convergentes
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PRÁCTICA 5
Procedimiento:
Parte 1ª - Distancia focal y radio de curvatura de un espejo cóncavo:
En el laboratorio:
1) Monte la lámpara halógena, de tal forma que se obtengan 3 rayos paralelos.
2) Observe como varían las direcciones de los rayos reflejados respecto de las de los rayos
incidentes en la superficie del espejo cóncavo.
3) Para determinar la posición del foco del espejo, dibuje el contorno de la superficie reflectante,
los rayos que inciden paralelos al eje óptico y los rayos reflejados.
4) Cambie la rendija múltiple por una rendija simple, ajuste la orientación del rayo incidente de
forma que coincida con el rayo reflejado y dibuje el contorno de la superficie reflectante y el rayo.
5) Para determinar la posición del centro de curvatura del espejo, apunte a otros puntos de la
superficie, oriente y dibuje los rayos respectivos como en el apartado anterior.
En casa:
6) Determine la distancia focal del espejo.
7) Determine el radio de curvatura del espejo.
8) Compare los resultados de los apartados 6) y 7).
Parte 2ª - Distancia focal y radio de curvatura de un espejo convexo:
En el laboratorio:
1) Coloque la rendija con 3 aperturas y observe como varían las direcciones de los rayos reflejados
respecto de las de los rayos incidentes en la superficie del espejo convexo.
2) Para determinar la posición del foco del espejo, dibuje tanto los rayos que inciden paralelos al
eje óptico como los correspondientes rayos reflejados.
3) Cambie la rendija múltiple por una rendija simple, ajuste la orientación del rayo incidente de
forma que coincida con el rayo reflejado y dibuje el contorno de la superficie reflectante y el rayo.
4) Para determinar la posición del centro de curvatura del espejo, apunte a otros puntos de la
superficie, oriente y dibuje los rayos respectivos como en el apartado anterior.
En casa:
5) Determine la distancia focal del espejo utilizando las prolongaciones de los rayos reflejados que
se han obtenido en los apartados 1) y 2).
6) Determine el radio de curvatura del espejo utilizando las prolongaciones de los rayos reflejados
que se han obtenido en los apartados 3) y 4).
7) Compare los resultados de los apartados 5) y 6).
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PRÁCTICA 5
Parte 3ª - Distancia focal de lentes plano-convexas y plano-cóncavas:
En el laboratorio:
Utilice la rendija de 3 aberturas y observe como varían las direcciones de los rayos refractados con
respecto a las de los rayos incidentes en cada una de las lentes: plano-convexa y plano-cóncava.
(Nota: Conviene que los rayos incidan primero sobre la superficie plana).
1) Dibuje, los contornos de las lentes y los rayos necesarios para determinar las distancias focales
de ambas lentes.
2) Repita el apartado anterior dos veces utilizando rayos que no inciden paralelos al eje óptico.
3) Junte dos lentes plano convexas para construir una lente biconvexa, ajuste los rayos que salen de
la rendija de 5 aberturas de forma que estén paralelos al eje óptico y dibuje tanto el contorno de la
lente como los rayos incidentes y refractados que observa.
En casa:
4) Determine la distancia focal y la potencia de las lentes plano-convexa y plano-cóncava.
5) Explique de forma cualitativa lo que observó en el apartado d). ¿Cómo se llama este fenómeno?
Bibliografía adicional:
[1] P. A. Tipler, Física, Tomo 2, 4ª edición, Reverté, Barcelona (1999), 1117-1133
[2] W. E. Gettys, et al., Física Clásica y Moderna, Mc Graw-Hill, Madrid (1996), 920-930
[3] S. M. Lea, J. R. Burke, Física 1. La naturaleza de las cosas, Paraninfo, Madrid (2001), 605-617
[4] R. A. Serway, Física, Tomo 2, 4ª edición, Mc Graw-Hill, México (1997) 1058-1070
[5] F. W. Sears, M. W. Zemansky, et al., Física Universitaria, Tomo 2, 9ª edición, Addison-Wesley Longman, México,
1999 pp. 1088-1105, 1110-1111, 1131-1133
[6] M. Alonso, E. J. Finn, Física, Addison-Wesley, Wilmington, Delaware (1995), 741-752
[7] E.Hecht, Óptica, Addison-Wesley Iberoamericana, Madrid (2000), para cuestiones muy especificas