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ESCUELA POLITCNICA NACIONALCARRERA DE FSICALABORATORIO DE
PTICA
PRCTICA N 3: PTICA GEOMTRICA - ESPEJOSY LENTES
TRABAJO PREPARATORIO
Nombre: Alvaro MartnezFecha:11-03-20141. Cules son las
caractersticas principales de los espejos planos,
cncavos y convexos?
Los espejos planos producen una imagen virtual a la misma
distancia del espejo que el objeto reflejado y tiene una inversin
lateral con el mismo tamao que el objeto real
Los espejos cncavos forman una imagen real de menor tamao,
invertida y ubicada entre el centro de curvatura y el foco si el
objeto se encuentra entre el centro de curvatura y el infinito. Si
el objeto se encuentra sobre el centro de curvatura, la imagen que
se formar ser real, de igual tamao, invertida y ubicada sobre el
centro de curvatura. Si el objeto se encuentra entre el centro de
curvatura y el foco, la imagen que se formar ser real, de mayor
tamao, invertida y ubicada entre el centro de curvatura y el
infinito. Si el objeto se encuentra sobre el foco, no se formar
imagen. Si el objeto se encuentra entre el foco y el espejo, la
imagen que se formar ser virtual y de mayor tamao.
En los espejos convexos la imagen es siempre virtual menor que
el objeto y vertical.
2. Qu es el foco, curvatura y centro ptico?
El foco es el punto en el que se concentran los rayos
reflejados, o sus prolongaciones para espejos cncavos o convexos
respectivamente siempre que los rayos incidentes sean paralelos
entre si
La curvatura es el radio de la esfera a la que pertenece el
espejo.
El centro ptico es el punto de interseccin de la lente con el
eje principal.
3. Explica la formacin de imgenes en un espejo plano, cncavo y
convexo. Indica cmo puedes proceder para realizar mediciones de
imgenes en el laboratorio.
Espejo planoen este caso los rayos reflejados sobre el espejo
dan una imagen del mismo tamao y forman una imagen virtual al
extender los rayos
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reflejados hacia atrs del espejo hasta un punto donde convergen
y ah estar la imagen virtual Espejo cncavoEn los espejos cncavos
los rayos se reflejan y convergen en un puntosi el ngulo que forman
con el eje es pequeo formando una imagen real si el objeto esta
detrs del centro de curvatura, si lo ngulos no son pequeos los
rayos no convergen en un punto y se forma una imagen borrosa, si el
objeto esta muy lejos del espejo se pueden considerar los rayos
como paralelos y estos convergen en el foco del espejo que depende
de su radio de curvatura para formar una imagenreal.
Espejo convexolos rayos reflectados siempre divergen pero si
extendemos estos rayos hacia atrs de la cara del espejo convergen
en un punto donde la imagen virtual se forma y siempre es mas
pequea que el objeto y vertical
Para hacer mediciones en el laboratorio podramos poner la fuente
deluz y los espejos sobre un papel y poner marcas sobre los rayos y
los diferentes puntos en el objeto para despus segn el caso formar
la imagen.
4. Realiza un diagrama de rayos para todos los casos de formacin
de imgenes en espejos cncavos y convexos.
Cncavos
el objeto entre el centro de curvatura y el infinito
el objeto sobre el centro de curvatura
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el objeto entre el centro de curvatura y el foco
el objeto sobre el foco
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el objeto entre el foco y el espejo
Convexo
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5. Indica el esquema para encontrar la curvatura, el foco y
centro ptico de espejos cncavos y convexos.
Se dibuja una linea que pase por el centro del espejo y por su
centro de curvatura, la curvatura del foco es la distancia del
centro de curvatura a cualquier punto del espejo, el foco es donde
todos los rayos paralelos al ser reflejados convergen, el centro
ptico es el centro de la esfera que contiene el espejo
6. Qu propiedades tienen una lente convexa y una lente plana
convexa?
Una lente convexa y tambin una plana convexa es ms gruesa en el
centro que en los extremos. La luz que atraviesa una lente convexa
se desva hacia dentro (converge). Esto hace que se forme una imagen
del objeto en una pantalla situada al otro lado de la lente. La
imagen est enfocada si la pantalla se coloca a una distancia
determinada, que depende
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de la distancia del objeto y del foco de la lente, su distancia
focal es positiva.
7. Qu propiedades tienen una lente cncava y una lente plana
cncava?
Las lentes cncavas y planas cncavas estn curvadas hacia dentro.
La luz que atraviesa una lente cncava se desva hacia fuera
(diverge). A diferencia de las lentes convexas, que producen
imgenes reales, las cncavas slo producen imgenes virtuales, es
decir, imgenes de las que parecen proceder los rayos de luz y estas
imgenes son mas pequeas, su distancia focal es negativa.
8. Explica la formacin de imgenes en lentes cncavas y
convexas.
En las lentes cncavas los rayos que pasan por ellas divergen al
salir, por eso estas lentes solo producen imgenes virtuales, es
decir imgenes de donde parecen proceder los rayos de luz, si
alargamos hacia atrs los rayos que salen de la lente los rayos
convergen en un punto entre el objeto y la lente y ah se forma la
imagen virtual que es mas pequea.
Para las lentes convexas los rayos que atraviesan esta lente
convergen en un punto adelante de la lente, y la imagen se forma
delante de la lente a una distancia que depende de la distancia del
objeto y el foco de la lente, si se pone una pantalla a esta
distancia se podr ver la imagen del objeto perode cabeza y de igual
tamao
9. Enuncia la ley de formacin de imgenes en lentes.
Todo rayo que marcha paralelo al eje ptico antes de entrar en la
lente, pasa, al salir de ella, por el foco imagen, F' .Todo rayo
que pasa por el foco objeto, F, llega a lente y se refracta en
ella, emergiendo paralelo al eje ptico.
Todo rayo que pasa por el centro ptico (que es el centro
geomtrico de la lente) no sufre desviacin.
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Para localizar el punto imagen que de un objeto da una lente,
debemos construir por lo menos la trayectoria de dos de los rayos
mencionados.
10. Indica el esquema para proceder en el uso de lentes. Para
usar las lentes divergentes se debe trazar 3 rayos, uno paralelo al
eje principal y otro que pase a travs del centro de la lente y el
tercero rayo se dibuja pasando por el foco en la cara frontal de la
lente.
En las lentes divergentes tambin se dibujan 3 rayos, uno
paralelo que que sale de la lente alejndose desde el foco de la
cara frontal, elsegundo a travs de la lente y el tercero en
direccin al eje del foco en la cara posterior y este sale de la
lente perpendicular a la lente.
Con estos tres rayos y siguiendo las leyes de formacin de
imgenes se puede localizar las imgenes de las lentes.
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11. Cules son las partes principales de un LED?
BIBLIOGRAFIA
1R. Serway and J. Jewett, Fsica para ciencias e ingeniera con
Fsicamoderna, 7th ed. (Cengage learning, Mxico D.F., 2009), Vol.
II, pp.1008-1015.2Sears and Zemansky, University Physcics, 13th ed.
(Addison-Wesley, NewYork, 2012), pp. 1114-1139.
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PRCTICA N 3: PTICA GEOMTRICA ESPEJOS GUIA DEL ESTUDIANTE
OBJETIVOSAl finalizar la prctica el estudiante ser capaz de:
Describir las caractersticas de sistemas pticos reales en
trminos dediagramas de rayos
Usar los conceptos de imgenes reales e imgenes virtuales,
paraexplicar las caractersticas de sistemas pticos.
Construir un sistema ptico bsico.
En esta prctica no se cuenta con una gua explcita del
procedimiento,usted deber realizar las mediciones que sean
necesarias para poderrealizar su informe siguiendo la seccin
Resultados y Conclusiones. Porlo tanto, usted deber leer estas
preguntas y tareas ANTES de realizarla prctica.
MATERIALES Caja luminosa halgena 12V~/20W con su varilla base
Fuente de alimentacin 12V~ Banco ptico Pantalla blanca Jinete para
banco estativo Diafragmas Varios lentes convergentes y divergentes
Varios espejos planos, cncavos y convexos.
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PRCTICA N 3: PTICA GEOMTRICA ESPEJOS RESULTADOS Y
CONCLUSIONES
Nombre: Alvaro MartnezFecha: 18-03-2014
RESULTADOS
Espejo plano
1.1. A partir de sus mediciones en el laboratorio; formule
unenunciado sobre el ngulo que forma el haz de incidencia conel
reflejado, al incidir luz en diferentes posiciones del espejoplano.
Qu se puede concluir de la intensidad de los doshaces?
El haz de luz al incidir en el espejo plano forma un ngulo con
lanormal (lnea imaginaria perpendicular al espejo), que es igual
alngulo que forma el haz al ser reflejado, esto esta de acuerdo con
laley de reflexin, para cualquier punto en el espejo.
Tabla 1ngulo deIncidencia []
ngulo entre el haz incidente y dereflexin []
Promedio []
46 97 95 95 95.67 2.08
21 41 42 42 41.67 1.98
20 40 40 41 40.33 2.02
Con estas observaciones y nuestras medidas de la Tabla 1
podemosformular la siguiente ley:
El ngulo entre el haz de incidencia y el reflejado es el doble
delngulo de incidencia o de reflexin con respecto a la normal y
estengulo esta comprendido entre 0 (cuando el haz es perpendicular)
ymenos de 180 grados.
1.2. Sus mediciones justifican la existencia de imgenesvirtuales
para este tipo de espejos?
Si nuestras mediciones implican que si extendemos los rayos que
sereflejan, en direccin atrs del espejo estos convergern en un
puntoformando la imagen virtual a una distancia igual que la que
esta elobjeto del espejo. Nuestras mediciones dicen que para una
distancia
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h1=3.9cm del objeto al espejo la imagen virtual se forma a
unadistancia h1'=3.8 cm detrs del espejo y para una
distanciah2=6.5cm la imagen se forma a una distancia h2'=6.2 cm
detrs delespejo, la pequea diferencia que se observa es por
erroresexperimentales ya que nuestros instrumentos no son tan
precisospero se puede justificar la existencia de imgenes virtuales
enespejos planos con nuestro experimento.
1.3. Si un liliputiense de altura h es ubicado frente a unespejo
de 5 cm de alto, cul es el tamao mximo de estepersonaje para que
pueda observar su cuerpo entero en elespejo? La imagen es real o
virtual (aunque el personaje,desde luego, no sea real)?
Para que el liliputiense vea todo su cuerpo el espejo tiene que
tener lamitad de su altura ya que haciendo una relacin de
tringulossemejantes el triangulo AHE con el triangulo FBH tenemos
la relacin
HEFH=
EAFB
pero ya que la imagen virtual se forma a la misma distancia
delespejo que el objeto tenemos que HE=2 FH sustituyendo esto enla
relacin de los tringulos nos queda
2 FB=EA
Entonces la altura mxima del personaje tendra que ser 10 cm
ytambin notaremos que no importa la distancia a la que el
liliputiensese ponga del espejo con un espejo de 5 cm siempre podr
versecompletamente.
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Espejos curvos
1.1. En un espejo cncavo: Cul es la dependencia de ladistancia
de la imagen al espejo (q) con la distancia delobjeto al espejo
(p)? Qu tipo de imagen se obtiene en cadacaso? Qu sucede en cuanto
a la magnificacin y orientacinde la imagen? Explore todas las
posibilidades de la distanciap.
1p+ 1q= 1f= 2R
donde R es el radio de curvatura del espejo y f es la distancia
focaligual a la mitad del radio de curvatura
en nuestros dos experimentos con espejos cncavos
reemplazandoestas variables con los datos y con f = 8.3 cm
Posicin delobjeto
p[cm] q[cm] 1p +
1q [1/cm]
1f [1/cm]
Entre elespejo y elfoco
6.2 -31 0.129 0.12
Entre elcentro decurvatura y elinfinito
16.8 17 0.1183 0.12
Nuestras medidas coinciden con la ecuacin que relaciona p,q y
fentonces se puede decir que esta relacin es cierta, cave
recalcarque no es exacta nuestra relacin ya que los mtodos usados
en ellaboratorio no son los mas adecuados y precisos pero es
unaaproximacin muy buena. Adems que existen otras 3
posibilidadespara comprobar esto en espejos cncavos cuando el
objeto esta en elcentro de curvatura, entre el centro de curvatura
y el foco y cuando elobjeto esta en el foco, para esta ultima opcin
no se formara imagen. para la magnificacin y orientacin de las
imgenes en cada casotenemos:
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Posicin delobjeto
Orientacin Magnificacin Tipo de imagen
Entre el espejo yel foco
vertical Mas grande virtual
Entre el centro decurvatura y elinfinito
Invertida Mas pequea Real
Centro decurvatura
Invertida De igual tamao Real
entre el centro decurvatura y elfoco
Invertida Mas grande Real
1.2. En un espejo convexo: Cul es la dependencia de la
distancia de la imagen al espejo (q) con la distancia delobjeto
al espejo (p)? Qu tipo de imagen se obtiene en cadacaso? Qu sucede
en cuanto a la magnificacin y orientacinde la imagen? Explore todas
las posibilidades de la distanciap.
1p +
1q=
1f =
2R
es la misma relacin que para espejos cncavos solo que hay
quetener en cuenta el signo de todas las variables, se toma el
signopositivo a las variables que este al lado reflector del espejo
ynegativas a las variables que estn por detrs del lado
reflector
para nuestro experimento con espejo convexo tenemos con f=8.3cm
:
Posicin delobjeto
p[cm] q[cm] 1p +
1q [1/cm]
1f [1/cm]
Entre elespejo y elfoco
8 4.1 -0.1189 -0.12
En los espejos convexos solo hay una posibilidad que el objeto
este entre elinfinito y el espejo y siempre se forma una imagen
virtual vertical y maspequea.
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1.3. Qu valores obtuvo para f en cada uno de losespejos?
Para todos los espejos en nuestros experimentos el valor de f
fue 8.3centmetros
1.4. Bajo qu condicin produce un espejo cncavo unaimagen
real?
Cuando el objeto esta en el centro de curvatura, cuando esta
entre elinfinito y el centro de curvatura y cuando esta entre el
foco y elcentro de curvatura
1.5. Bajo qu condicin produce un espejo cncavo unaimagen
virtual?
Solo cuando el objeto esta entre el espejo y el foco
1.6. Qu sucede cuando el objeto se encuentra en ladistancia
focal del espejo cncavo?
Cuando el objeto esta a la distancia focal del espejo no se
formaimagen de ningn tipo
CONCLUSIONES
Comprobamos experimentalmente que en espejos planos se forma una
imagen virtual atrs del espejo de la cual parecen proceder los
rayos de luz y la distancia de la imagen al espejo es la misma que
a ladel objeto
Dedujimos y comprobamos que para verse en un espejo solo hace
falta que el espejo sea la mitad de nuestra altura y no depende del
la distancia a la que estemos del espejo
Comprobamos la ecuacin del fabricante de lentes para espejos
cncavos y convexos
comprobamos la formacin de imgenes reales y virtuales en espejos
cncavos y convexos
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BIBLIOGRAFIA1R. Serway and J. Jewett, Fsica para ciencias e
ingeniera con Fsicamoderna, 7th ed. (Cengage learning, Mxico D.F.,
2009), Vol. II, pp.1008-1015.2Sears and Zemansky, University
Physcics, 13th ed. (Addison-Wesley, NewYork, 2012), pp.
1114-1139.
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Lentes1.1. Qu valores obtuvo para las distancias focales de los
lentes
convergentes?
1.2. Cul es la relacin de la distancia entre el objeto y la
lenteObject 18 con la distancia entre la imagen y la lente q de
acuerdo a
sus mediciones?
Cul es la magnificacin? Qu tipo de imgenes se obtienen (reales
ovirtuales)?1.3 Realice un diagrama de rayos para una de las lentes
del literal 1.2. Lasindicaciones para realizar este diagrama de
rayos se encuentran en unahoja adjunta.1.4 En el siguiente sistema,
Cmo deben estar ubicados los lentes paraobtener una imagen en la
pantalla? Qu tipo de imagen es? Concuerdacon la prediccin terica de
la ecuacin para un sistema de lentes?
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1.5 Realice un diagrama de rayos para el sistema de lentes del
literal 1.4.Las indicaciones para realizar este diagrama de rayos
se encuentran en unahoja adjunta.1.6 Analice los resultados de la
formacin de imgenes de un LED. Cul esla distancia entre el borde
plano y el contacto metlico (hilo conductor de unLED)?1.7 Al mirar
la pantalla de frente al pizarrn. Cul es el LED que aparece enla
esquina superior izquierda? Realice un esquema que explique lo que
hasucedido con la imagen del juego de LEDs.
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
PRCTICA N 3: PTICA GEOMTRICA - ESPEJOS Y LENTESTRABAJO
PREPARATORIONombre: Alvaro MartnezFecha:11-03-2014PRCTICA N 3:
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GEOMTRICA ESPEJOSRESULTADOS Y CONCLUSIONESNombre: Alvaro
MartnezFecha: 18-03-2014