Download Descarga - Laboratorio de Física ITCJ

Instituto Tecnológico de Ciudad Juárez
Laboratorio de Física
Física Moderna
Práctica # 2
Espejos y lentes
I.
Introducción.
Los fenómenos de reflexión y refracción están presentes en nuestra vida diaria: cuando
nos vemos en un espejo, sabemos que la imagen enfrente es una reflexión más o menos
precisa de nuestra cara, dependiendo de la calidad del espejo. Estamos familiarizados
con instrumentos ópticos que utilizan lentes, como binoculares, telescopios,
microscopios, etc. Las imágenes formadas por espejos están relacionadas con el
fenómeno de reflexión de la luz. Las imágenes formadas por lentes están relacionadas
con el fenómeno de refracción de la luz.
La luz está considerada como ondas electromagnéticas. La óptica geométrica describe el
comportamiento de las ondas de luz por medio de rayos perpendiculares a los frentes de
onda provenientes de los objetos.
II.
Objetivos de la Práctica.
Observar los fenómenos de reflexión y refracción en espejos y lentes para determinar
las características básicas de la formación de imágenes.
III.
Material.

Espejos planos

Lentes convexos y cóncavos

Plastilina

transportador

Fuentes de rayos de luz

Mesa básica de óptica

Lente en forma de D
IV.
Procedimiento
1. Espejos planos.
En la Figura 1 se muestra un rayo de luz incidente en un espejo plano. ¿Cómo
crees que será el rayo reflejado del espejo?
 Coloca el espejo sobre la plastilina en forma vertical.
 Lanza rayos de luz desde diferentes direcciones y mide el ángulo entre la
normal y el rayo incidente, y entre la normal y el rayo reflejado.
¿Cuál es el comportamiento del rayo de luz cuando es reflejado por un
espejo plano?
 Coloca tu cara a la altura de la mesa y mide la distancia entre tu cara y el
espejo, así como la distancia entre el espejo y la imagen que se formó.
 Observa como son el tamaño de tu cara y el tamaño de la imagen de tu
cara.
 Escribe las distancias que mediste, el tamaño de tu cara y el tamaño de la
imagen de tu cara en el esquema que se muestra abajo:
espejo
 Sobre el mismo esquema, dibuja rayos de luz provenientes de tu cara al
espejo. Marca con línea entera los rayos que verdaderamente salen de tu
cara y con línea punteada los que parece que continúan para formar la
imagen de tu cara.
Una imagen es real cuando está formada por rayos que verdaderamente salen
de tu cara. Una imagen es virtual cuando se forma con rayos que parece que
vienen de tu cara.
 Escribe las características que observaste en la formación de imágenes en
espejos planos, como distancia, tamaño, y si es real o virtual, etc.
2. Espejos cóncavos y convexos.
 Suponiendo que se tienen varios rayos paralelos, como se muestra en la
Figura 2, ¿cómo colocarías varios espejos para que los rayos reflejados
pasen por un punto en común?
Espejos
punto en comun
 Comprueba tus predicciones utilizando la fuente de luz y los espejos
planos. Si tus predicciones no fueron ciertas, explica la razón y dibuja el
esquema que si funcionó.
Si consideramos este conjunto de espejos como un solo espejo, entonces hemos
construido un espejo cóncavo. También se les llama espejos convergentes,
porque los rayos convergen hacia un punto.
Los tres rayos principales que determinan el tamaño y la posición de las
imágenes son:
Proviniendo de la parte superior del objeto:
1. Un rayo que es paralelo al eje y que se refleja a través del eje focal.
2. Un rayo que pasa por el punto focal y que se refleja en forma paralela al eje.
3. Un rayo que pasa por el centro de curvatura y se refleja sobre el mismo.
 Utiliza un espejo cóncavo, ubícate en varias posiciones (al menos 3), y dibuja los
tres rayos principales en cada una de las posiciones.
 Si ahora colocamos los espejos con la curvatura opuesta, construiremos un
espejo convexo. También se le llama espejo divergente porque los rayos de luz
divergen del espejo. Escribe los cambios en la formación de imágenes que crees
se generaran como consecuencia de este cambio:
 Dibuja los tres rayos principales para este nuevo caso:
espejo
 Elabora esquemas y describe las características de la formación de imágenes al
colocarte en diferentes posiciones cuando utilizas un espejo convexo.
3. Lentes.
 Utiliza la mesa básica de óptica con la lente en forma de D en el centro.
Coloca la fuente de luz para que un rayo pase a través de la parte plana
con un ángulo de 0 ͦ como se ve en la Figura 3.
 Cambia la dirección en la que incide el rayo de luz rotando la mesa de
óptica, y dibuja tus observaciones:
 Coloca el lente en forma de D para que el rayo de luz pase a través de la
parte curva. Observa la trayectoria del rayo de luz al cambiar la dirección
en la que incide:
El fenómeno que observas es la refracción de la luz al pasar de un medio (aire) a otro
medio (plástico). Los rayos de luz viajan a mayor rapidez en el aire que en un medio
transparente como el plástico. Esta diferencia de rapidez de la luz en diferentes
sustancias es descrita por el índice de refracción n: La razón entre la velocidad de la luz
en el vacío y la rapidez de la luz en la sustancia. Los rayos de luz se desvían
dependiendo del ángulo de incidencia. La ley de refracción establece que: los rayos de
luz se desvían hacia la normal (eje perpendicular a la superficie) si la rapidez de la luz
en el segundo medio es menor que la rapidez de la luz en el primer medio. Los rayos se
desvían alejándose de la normal si la rapidez de la luz es mayor en el segundo medio
que en el primer medio.
Lentes convergentes
Una lente convergente tiene superficies esféricas en ambos lados, como se muestra en la
Figura 4. De acuerdo a la Ley de refracción, los rayos de luz se desvían hacia la normal
en la primera superficie (De aire a vidrio) y se alejan de la normal en la segunda
superficie (De vidrio a aire). Si las dos superficies son convexas, cada uno de los rayos
se dirige hacia el eje (línea que pasa por el centro de la lente, perpendicular a este). A la
distancia del centro de la lente al punto focal (el punto medio entre el centro de
curvatura de la esfera y el centro de la lente), se le llama distancia focal f. Existe otro
foco y distancia focal situados en el otro lado de la lente.
Es posible predecir la ubicación, posición y tamaño de la imagen utilizando los tres
rayos principales que estudiamos en la parte 2 de esta práctica. En este caso:
1. Un rayo que viaja paralelo al eje, partiendo de la parte superior del objeto, se
desviara pasando por el punto focal en el lado opuesto.
2. Un rayo que proviene del punto focal cercano, se desvía en forma paralela al eje
en el lado opuesto.
3. Un rayo que pasa por el centro de la lente no se desvía al pasar hacia el lado
opuesto de la lente.
 Dibuja los rayos de luz descritos en el párrafo anterior:
 Cambia la ubicación (3 al menos) de un objeto enfrente de una lente
convergente y dibuja tus observaciones:
Lentes divergentes
Una lente divergente tiene superficies esféricas cóncavas en ambos lados, como se
muestra en la Figura 5. Los rayos se desvían del eje de tal forma que parece que se
originan en el punto focal en el mismo lado en que se encuentra el objeto. Utilizando los
rayos principales para este caso, tenemos:
1. El rayo que de la parte superior del objeto en forma paralela al eje, se desvía del
eje, como si partiera del punto focal cercano al objeto.
2. El rayo que se dirige hacia el punto focal del lado opuesto al del objeto, se
desvía en la parte central de la lente en forma paralela al eje en el otro lado.
3. El rayo que pasa por el centro de la lente pasa sin desviarse.
 Dibuja los rayos de luz descritos en el párrafo anterior:
 Cambia la ubicación (3 al menos) de un objeto enfrente de una lente
divergente y dibuja tus observaciones: