Determinación de la Distancia Focal de una Lente

Determinación de la Distancia
Focal de una Lente
Objetivo
Determinar la distancia focal de lentes convergentes, sistemas de lentes y lentes
divergentes.
Materiales
- Lentes convergentes
- Lentes divergentes
- Banco óptico
- Soportes
- Huincha de medir
- Diafragmas
- Filtros de color
- Pantalla traslúcida
- Ampolleta de bajo voltaje
- Fuente de alimentación
- Conectores
Introducción
La formación de imágenes con lentes es uno de los estudios más interesantes en
el campo de la óptica y en particular, tienen importancia en los instrumentos
ópticos, tales como microscopios, telescopios, objetivos para toma y proyección de
fotografías, etc. La gran mayoría de los estudiantes tienen la impresión que estos
instrumentos son de enorme complejidad, sin embargo, la realidad muestra que
son sólo combinaciones de lentes, colocadas en posiciones adecuadas, para
producir el efecto que se desea en cada instrumento óptico.
Uno de los parámetros mas importantes de una lente es su distancia focal. Ella
puede ser positiva o negativa, según que la lente sea convergente o divergente. El
ejemplo más simple de una lente convergente es la conocida “lupa”.
Procedimiento
n Como un experimento preliminar, usando la lente convergente LC forme sobre
una hoja de papel la imagen de algún objeto lejano (el sol, la cordillera, un
edificio del campus) y mida con una regla la distancia de la lente a la hoja de
papel. Le sugerimos que compare el valor medido en este experimento
“grosero” con los valores mas “correctos” que Ud. encontrará.
o Monte en el banco óptico el sistema de la figura 1, donde LC es una lente
convergente, O el objeto luminoso (la ampolletita u otro objeto iluminado por
ella) y P la pantalla traslúcida para formar sobre ella la imagen.
LC
P
O
s
s’
p Ubique el objeto O de modo que sobre la pantalla se forme una imagen nítida
del objeto y de tamaño mayor que él. ¿Qué comentarios puede hacer respecto
de la acción de los diafragmas?. Haga lo mismo con filtros de colores rojo y
violeta.
q Mida las distancias s y s’, para una imagen de mayor tamaño que el objeto.
r Modifique las posiciones del objeto y la pantalla hasta que en esta última se
forme una imagen nítida de igual tamaño que el objeto. Mida s y s’. ¿Cómo
son entre si?.
s Varíe la distancia objeto hasta obtener una imagen nítida y más pequeña que
el objeto. Mida s y s’.
t Repita a lo menos cinco veces, lo indicado en q y en s.
u Proceda ahora a acercar el objeto a la lente.¿Qué sucede con la imagen?,
¿Hay alguna posición muy singular del objeto?, ¿Dónde se forma la imagen?,
¿Qué sucede con el tipo de imagen si Ud. acerca aún más el objeto a la
lente?.
Análisis
c Escriba la expresión que relaciona, para una lente delgada, las distancias
objeto, imagen y focal.
d Precise la convención de signos utilizada y calcule para cada par s y s’ el valor
de la distancia focal.
e Calcule el valor medio y el error más probable y compárelo con la medida
“grosera”.
f Método de Bessel : Este es un interesante procedimiento para determinar la
distancia focal convergente. En al pregunta j de su prelaboratorio Ud.
encontró una expresión para calcular f. Elabore un plan de trabajo y obtenga la
distancia focal de su lente convergente. Compare este resultado con los
anteriores valores de f para esa lente.
Análisis para la Distancia Focal de una Lente Divergente
El procedimiento que ha empleado no puede utilizarse si la lente es divergente, ya
que esta por si sola no puede formar una imagen real. Sin embargo, la distancia
focal de una lente divergente LD puede calcularse si ella conforma con otra lente
convergente LC un sistema que sea convergente.
c Elabore un plan para calcular la distancia focal de la lente divergente. Llévelo
a cabo. ¿Cuánto vale la distancia focal de esa lente LD?, ¿Cuál es el error de
su medida?.
d Puede demostrarse que la distancia focal de un sistema formado por dos
lentes está dada por la expresión :
d
1
1
1
=
+
−
fS
f1 f 2 f1 ⋅ f 2
Donde fS es la distancia focal equivalente del sistema, f1 y f2 son las respectivas
distancias focales de las dos lentes que conforman es sistema y d es la
separación entre ellas. Calcule para la distancia d que Ud. eligió en c, la distancia
focal equivalente de su sistema.