Manual optica

EXPERIMENTOS DE ALUMNOS

MANUAL DE PRÁCTICAS

ÓPTICA

LABORATORIO PORTÁTIL

Micromisión Simón Rodríguez Ciencias Naturales Física Upata

ÓPTICA 1 P9900-4G/4L

1 P5110-1F 1 lámpara tubular 12V / 18 W (P9900-4G) óP5110-1G lámpara halógena 12V / 20 W (P9900-4L)

1 abertura para dirección de la luz2 P5520-1F 1 prisma, trapezoide3 P5520-1A 1 lente semicircular4 P5520-1E 1 prisma, ángulo recto5 P5520-1B 2 lentes, planas convexas6 P5520-1C 1 lentes, planas cóncavas7 P5620-1A 1 disco óptico, blanco8 P5610-5C 1 pantalla blanca9 P5600-5A 1 espejo plano10 P5600-5B 1 espejo cóncavo/convexo de arco variable11 P5405-1A 1 diafragma 1 y 2 ranuras12 P5405-1B 1 diafragma 3 y 5 ranuras13 P5710-1B 1 cubeta transparente

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ÓPTICA 3 P9900 - 4K

1 P5110-2A 3 lámparas enchufables 12 V2 P5490-1A 1 modelo Tierra-luna3 P5310-2B 2 portadiapositivas4 P5550-1A 1 prisma equilátero5 P5610-5A 1 pantalla translúcida6 P5400-1F 1 diafragma7 P5400-1K 1 juego de diafragmas con orificios8 P5400-1E 1 diafragma en L9 P5400-1A 1 diapositiva con ranura10 P5420-2A 1 lámina de cuarzo para la polarización11 P5820-1B 1 rendija de 300 líneas/mm12 P5710-1A 1 cubeta13 P5420-3A 1 modelo para fotoelasticidad14 P5210-2A 1 juego de filtros cromáticos sustractivos15 P5310-1C 1 pieza de unión para el banco óptico16 P7240-1A 1 varilla, de 10 cm17 P5310-1B 1 banco óptico (2 rieles de 50 cm)18 P5600-3B 1 espejo cóncavo19 P5600-3C 1 espejo convexo20 P5510-3C 1 lente f = +300 mm21 P5510-3B 1 lente f = +100 mm22 P5410-1H 1 anillo con diafragma23 P5410-1G 1 diafragma de 20 mm de diámetro24 P5610-8A 1 mesa para prisma25 P5210-1A 1 juego de filtros cromáticos aditivos26 P5310-1H 2 montura con tornillo27 P5310-1E 4 monturas para el banco óptico28 P5310-1F 1 montura con ranura29 P5310-2A 4 portalentes30 P5420-1B 2 soportes para polarizadores31 P5420-1A 2 filtros de polarización32 P5510-2A 1 lente con soporte f = + 50 mm33 P5510-2L 1 lente con soporte f = -100 mm

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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.

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 b Fig. 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.

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 MEZCLA AKITIVA DE COLORES 0.5.4 MEZCLA SUSTRATICA DE COLORES 0 5.5 COLORES DE LOS CUERPOS

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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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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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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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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).


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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 ................ .................


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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 …………..


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 ................


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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?


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.


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).


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.


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.


0 8.1.2 INTERFERENCIA DE LA LUZ EN UNA DOBLE RENDIJA Material 1 banco óptico 1 varilla de 10 cm 1 jinete con tornillo 2 portadiapositivas 1 lente, f = 50 mm 1 diafragma de dos rendijas 2 cables de conexión 1 lámpara-experimentos 3 jinetes 2 portalentes 1 diafragma ranura 1mm 1 lente, f = 100 mm 1 pantalla translúcida 1 fuente de alimentación Cuando dos movimientos ondulatorios coincidan en una región pueden darse zonas de máxima o mínima intensidad. Estos fenómenos se conocen con el nombre de interferencias. Éstas son difíciles de producir con luz debido a su pequeña longitud de onda. OBJETO Observar las franjas de interferencia producidas por rendijas. PREPARACIÓN Colocamos la lámpara al principio del banco, con su abertura circular hacia delante. A 5 cm del filamento, se coloca la lente de focal 50 mm, como lente condensadora. Colocamos la ranura de 1 mm, verticalmente, al lado derecho de la lente por medio de un portadiapositivas. Ponemos la pantalla translúcida entre 45 y 50 cm de la fuente luminosa. Entre la ranura y la pantalla se coloca la lente de focal 100mm; enfocamos para que se 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 doble rendija, paralelamente a la ranura de iluminación. Girando levemente la lámpara conseguiremos que las rendijas queden igualmente iluminadas. EXPERIMENTO Miramos la pantalla translúcida desde el extremos del banco hacia la fuente de luz y observamos:

1) que al colocar la doble rendija, la imagen de la ranura de iluminación se ensancha, debido a que aparecen otras rayas luminosas a ambos lados mucho más ténues.

2) Que podremos reconocer franjas de colores a ambos lados de la imagen blanca de la ranura, si la observación se hace con cuidado (si es necesario, se puede utilizar una lupa de mano).

3) Colocando un filtro rojo a la entrada de los rayos, reconoceremos más fácilmente franjas rojas y oscuras, a ambos lados de la imagen de la ranura central.

4) Que las franjas oscuras y claras se obtienen como superposición de los haces de difracción procedentes de cada una de las rendijas. Esto se comprueba fácilmente tapando una de las dos rendijas, entonces aparecen franjas de difracción como se vió en la experiencia anterior.


0 8.1.3 DIFRACCIÓN DE UNA RED Material 1 banco óptico 1 varilla de 10 cm 1 jinete con tornillo 1 lente soporte, f = 50 3 portalentes 1 diafragma de ranura 1 pantalla blanca 2 cables de conexión 1 lámpara experimentos 2 jinetes 1 jinete con ranura 1 lente, f = 100 mm 2 portadiapositivas 1 red de 300 rayas/mm 1 filtro de color rojo 1 fuente de alimetación Hay medios, un tejido fino, una tela metálica, etc., que son una sucesión regular de zonas opacas y zonas transparentes, que producen fenómenos de difracción en la luz. A estos medios se les conocen con el nombre de redes de difracción. OBJETO Estudiar la difracción que produce una red. EXPERIMENTO 1 Montaje de acuerdo con la figura. La lámpara para experimentos se usa por la ventana circular. Colocamos la lente de focal 50 mm, a 6 cm del filamento, fijamos a ésta el diafragma con ranuras por medio de un portadipositivas. Colocamos la pantalla a 50 cm de la fuente luminosa y entre la ranura y la lente colocamos la lente reproductora de imágenes, la de focal 100 mm, situada a unos 18 cm de la fuente luminosa. Se obtiene la imagen nítida de la ranura sobre la pantalla. EXPERIMENTO 2 Fijamos la red de difracción a un portalentes por medio de un portadiapositivas y la colocamos a 8 cm detrás de la segunda lente. Se forman imágenes de difracción (rayas de colores) sobre la pantalla. El color que menos se difracta es el rojo, y el que más el azul. Comparar este espectro con el obtenido por el prisma. Colocar un filtro rojo a la entrada de los rayos en la red, ¿Qué se observa? CONCLUSIÓN Al pasar la luz por una red se difracta el rayo luminoso. El ángulo de difracción (desviación) aumenta proporcionalmente con la longitud de onda.


0 8.2 DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LA LUZ Material 1 banco óptico 1 varilla de 10 cm 1 jinete con tornillo 1 lente soporte, f = 50 3 portalentes 1 diafragma de ranura 1 pantalla blanca 2 cables de conexión Cinta métrica 1 lámpara experimentos 2 jinetes 1 jinete con ranura 1 lente, f = 100 mm 2 portadiapositivas 1 red de 300 rayas/mm 1 filtro color rojo 1 fuente de alimentación En el experimento anterior hemos visto que la luz se difracta al pasar por una red de difracción, produciendo una desviación del rayo proporcionalmente a su longitud de onda. Esto nos da un método para medir la longitud de onda incluso en los distintos colores, midiendo longitudes con una cinta métrica. OBJETO Medir la longitud de onda de la luz con una red de difracción de constante conocida. EXPERIMENTO Montaje de acuerdo con la figura. La lámpara para experimentos se usa por la ventana circular. Colocamos la lente de focal 50 mm, a 6 cm del filamento, fijamos a ésta el diafragma con ranura, por medio de un portadiapositivas. Colocamosla pantalla a 75 cm de la fuente luminosa; y entre la ranura y la lente colocamos la lente reproductora de imágenes, la de focal 100 mm, situada a unos 18 cm, situada a unos 18 cm de la fuente luminosa. Se obtiene la imagen nítida de la ranura sobre la pantalla. EXPERIMENTO Fijamos la red de difracción a un portalentes por medio de un portadiapositivas y la colocamos a 10 cm detrás de la segunda lente. Si colocamos la pantalla de tal forma que la region espectral del verde coincida simétricamente con el borde de la pantalla, a esta distancia la designamos como 2b. Medimos con la cinta métrica la distancia s, de la red al borde de la pantalla. La desviación del rayo cumple la ley que viende dada por la fórmula: n* sin n = d simétricamente se observan distintas regiones de espctros unas separadas de otras, éstas se numeran: 0, 1, 2, ….; a estos números se les llama orden y se representa la distancia entre dos líneas sucesivas. Observando el diagrama se ve que: b sin = s


Por lo tanto: d*b = d sin1 = para el primer orden. s Longitud de onda del verde = ……. Podemos proceder de manera análoga para determinar la longitud de onda de los otros componentes cromáticos del espectro. Color Distancia s (cm) Longitud de onda Rojo ........ ........ Amarillo ........ ........ Azul ........ ........


0 8.3 POLARIZACIÓN POR MEDIO DE FILTROS Material 1 banco óptico 1 varilla de 10 cm 2 jinetes con tornillo 2 portalentes 1 portadiapositivas 1 lente, f = 50 mm 1 j/diafragma orificio 2 cables de conexión 1 lámpara-experimentos 3 jinetes 1 jinete con ranura 2 portadiafragmas/escala 2 filtros polarizadores 1 lente, f = 100 mm 1 pantalla blanca 1 fuente de alimentación La luz vibra en un plano normal a su propagación, la luz natural, que no ha sufrido ninguna reflexión, vibra en cualquier dirección de ese plano, se dice que no está polarizada. Si hay una dirección privilegiada entonces se dice que está polarizada. OBJETO Polarizar un haz de luz con un filtro, y determinar el plano de polarización con un segundo filtro (analizador). PREPARACIÓN Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. En un extremos del banco sujetamos la lámpara para experimentos, por su ventana circular, y a continuación colocamos la lente focal 50 mm en un jinete. A unos 40 cm de la lámpara, colocamos un diafragma circular de d = 8 mm´ con un portalentes, por medio de un portadiapositivas. Y a unos 85 cm de la lámpara, se pone la pantalla con su jinete con ranura. Se proyecta el diafragma circular sobre la pantalla por medio de una lente convergente (f = 100 mm), colocada a unos 16 cm del orificio; para obtener imagen nítida se mueve la lente. EXPERIMENTO En un portadiafragmas con escala se coloca un filtro polarizador, justamente detrás de la lente condensadora ( f = 50 mm). El segundo filtro polarizador lo colocamos de la misma manera detrás del diafragma con orificio. A este filtro lo llamaremos analizador. Giramos lentamente el analizador 360 grados y observamos el cambio de intensidad luminosa de la imagen sobre la pantalla. ¿Para qué ángulo de rotación se da la claridad máxima, y para qué ángulo se obtiene la mínima intensidad o extinción? CONCLUSIÓN Teniendo los filtros igualmente orientados –posición paralela- obtenemos la máxima intensidad; y con los filtros girados a 90 grados –polaloides cruzados- tenemos la mínima intensidad o en extinción. El primer filtro, sólo deja pasar la luz que vibra en un plano, la otra se absorbe, entonces se dice que polariza la luz. El segundo filtro deja pasar la luz cuando su posición coincide con el plano de polarización de la luz y sinó la absorbe; por eso en posición paralela es máxima la luz que pasa, mientras que cruzados hay extinción.


O 8.4 ROTACIÓN DEL PLANO DE POLARIZACIÓN Material 1 banco óptico 1 varilla de 10 cm 2 jinetes con tornillo 2 portalentes 1 portadiapositivas 1 juego filtros cromáticos aditivos 1 juego diafragmas con orifico 2 cables de conexión 1 lámpara experimentos 4 jinetes 1 jinete con ranura 2 portadiafragmas escala 2 filtros polarizadores 1 lente, f = 50 mm 1 lente, f = 100 mm 1 cristal de cuarzo 1 pantalla blanca 1 fuente de alimentación Hay sustancias que producen un cambio de dirección del plano de polarización, que se las llama sustancias activas a la luz polarizada. OBJETO Estudiar el efecto que produce un cristal de cuarzo sobre un haz de luz polarizada. PREPARACIÓN Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. En un extremo del banco sujetamos la lámpara para experimentos, por su ventana circular, y a continuación, colocamos la lente focal 50 mm en un jinete. A unos 40 cm de la lámpara, colocamos un diafragma circular de d = 8 mm con un portalentes, por medio de un portadiapositivas. Y a unos 85 cm de la lámpara se coloca la pantalla con su jinete con ranura. Se proyecta el diafragma circular sobre la pantalla por medio de una lente convergente ( f = 100 mm), colocada a unos 16 cm del orificio; para obtener imagen nítida se mueve la lente. En un portadiafragmas con escala se coloca un filtro polarizador, justamente detrás de la lente condensadora ( f = 50 mm). El filtro analizador lo colocamos de la misma manera detrás del diafragma conorífico. De momento, ambos filtros se encuentran en la misma posición respecto de la escala de grados, por ejemplo, en 0 grados. EXPERIMENTO 1 Giramos el filtro polarizador sobre su escala, de manera que no pase luz (filtros cruzados). La imagen del orificio que circula en la pantalla habrá desaparecido. Colocamos el cristal de cuarzo en un portalentes por medio de un portadiapositivas, entre ambos filtros polarizadores, a unos 11 cm de la lámpara, de manera que quede totalmente iluminado. Sobre la pantalla aparece ahora la mancha luminosa, la cual nos ayuda a descubrir que el cristal de cuarzo influye sobre el plano de vibración de la luz polarizada. Giramos lentamente el filtro analizador 360 grados, o sea una vuelta completa, mientras tanto, observamos en pantalla una mancha luminosa de colores, verde, azul, rojo y amarillo. Estos colores son complementarios de los componentes cromáticos de la luz, los cuales aparecen sucesivamente. Por lo tanto, el cuarzo gira el plano de polarización de la luz, dependiendo de las longitudes de onda individuales –dispersión de rotación-. Si tenemos que girar el analizador hacia la derecha para obtener la serie de colores: rojo, amarillo, verde, azul; entonces se trata de un cuarzo que produce un giro hacia la derecha –cuarzo dextrogiro-; si tenemos que girarlo en sentido opuesto para obtener la misma serie, entonces se trata de un cuarzo levogiro.


EXPERIMENTO 2 Colocamos sobre la lente (f = 50 mm), sucesivamente filtros cromáticos, rojo, verde y azul. Los filtros polarizadores se encuentran en posición cruzada. Y volvemos a colocar el cristal de cuarzo y ajustamos la luz para los tres colores, girando el analizador, a mínima intensidad. ´ Los ángulos correspondientes los leemos en la escala del portadiafragma: Rojo…………., verde ……….., azul …………l Debido a que el cristal tiene un grosor de 1´5 mm, y el poder de rotación está definido para un grosor de 1 mm, dividimos el ángulo de rotación por el espesor y obtendremos el poder de rotación del cuarzo. Resultado: Poder rotatorio del cuarzo: Para el rojo …… grados Para el verde …… grados Para el azul ……. Grados CONCLUSIÓN El plano de vibración de la luz polarizada es girado en un cristal de cuarzo, planoparalelo, tallado normal al eje óptico. El ángulo de rotación depende del color, por lo tanto de la longitud de onda de la luz.


O 8.5 MODELO DE SACARÍMETRO Material 1 banco óptico 1 varilla de 10 cm 2 jinetes con tornillo 2 portalentes 1 portadiapositivas 4 filtros de color rojo: rojo, amarillo y azul 1 juego de diafragmas con orificio 1 pantalla blanca 1 fuente de alimentación 1 lámpara experimentos 4 jinetes 1 jinete con ranura 2 portadiafragmas escala 2 filtros polarizadores 1 lente, f = 50 mm 1 lente, f = 100 mm 1 mesa para prismas 1 cubeta de plástico 2 cables de conexión Probeta graduada de 100 ml Azúcar Las soluciones de sustancias activas giran el plano de vibración de un rayo polarizado. Los sacarímetros determinan la concentración de una solución, midiendo el ángulo girado y conociendo el poder rotatorio específico de la sustancia. OBJETO Realizar un modelo de sacarímetro y medir la rotación específica de una disolución de azúcar. PREPARACIÓN Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. En un extremo del banco sujetamos la lámpara para experimentos, por su ventana circular, y a continuación, colocamos la lente focal 50 mm en un jinete. A unos 40 cm de la lámpara, colocamos un diafragma circular de d = 8 mm, con un portalentes y por medio de un portadiapositivas, y a unos 85 cm de la lámpara se coloca la pantalla con su jinete con ranura. Se proyecta el diafragma circular sobre la pantalla por medio de una lente convergente ( f = 100 mm), colocada a unos 16 cm del orificio; para obtener imagen nítida se mueve la lente. En un portadiafragma con escala se coloca un filtro polarizador, justamente detrás de la lente condensadora ( f = 50 mm). El filtro analizador lo ponemos de la misma manera detrás del diafragma con orificio. De momento, ambos filtros se encuentran en la misma posición respecto de la escala de grados, por ejemplo, en 0 grados. EXPERIMENTO 1 Giramos el filtro polarizador sobre su escala, de manera que pase luz (filtros cruzados). La imagen del orificio circular en la pantalla habrá desaparecido. Colocamos la cubeta, en sentido longitudinal, entre ambos filtros polarizadores, a unos 11 cm de la lámpara. El rayo luminoso debe atravesar normalmente la cubeta. Echamos sobre la cubeta 60 ml de agua destilada; y nos aseguramos de que el agua no ha producido rotación el el plano de polarización, ya que se sigue sin ver mancha luminosa en la pantalla. Pesamos dos porciones de 20 g de azúcar enpolvo. Con una parte y 60 ml de agua preparamos una solución que colocamos en la cubeta; aparecerá una mancha luminosa. Giramos el analizador, en sentido antihorario –levogiro-, visto desde la pantalla, se aclara la mancha luminosa. Al realizarlo en sentido opuesto –dextrogiro- se oscurece la mancha, luego, se vuelve azul, púrpura, amarilla y de nuevo clara. Resultado: el azúcar produce un cambio del plano de polarización dextrogiro; el ángulo de rotación depende de la longitud de onda.


EXPERIMENTO 2 Colocamos los filtros cromáticos: rojo, amarillo, verde y azul, sobre la lente de focal 50 mm y medimos el ángulo de rotación con el filtro analizador, se produce una extinción de la mancha sobre la pantalla. Extinción con: Rojo …….. , amarillo ……….., verde ………, azul …….. EXPERIMENTO 3 Añadimos la otra porción de azúcar en la cubeta y obtenemos una solución de doble concentración. Medimos de nuevo los ángulos de rotación repitiendo el experimento anterior. Extinción con: Rojo ……, amarillo ………, verde …….. , azul ……… Resultado: una concentración doble produce un doble ángulo de rotación. EXPERIMENTO 4 Giramos la cubeta 90 grados, con lo que el grosor de la capa de disolución se reduce a la mitad. Y de nuevo determinamoss el ángulo de rotación de extinción para los mismos colores. Extinción con: Rojo ……… , amarillo ………., verde …………, azul ……… Resultado: el ángulo de rotación se reduce a la mitad. El ángulo es proporcional al grosor de la capa de solución. EVALUACIÓN El poder de rotación de una solución , viene dada por la fórmula: = c*I* (c = concentración, I = grosor de la capa de solución) Y siendo la rotación específica de la solución, que se da generalmente como el ángulo de rotación para un grosor de capa de 10 cm y concentración de 1g de sustancia activa en una solución de 1 ml (depende de la temperatura y de la longitud de onda). Se determina el volumen de la solución con una probeta ( 40 g de azúcar + ml de agua ): V = ……….. ml A partir de la proporción, c/l = 40/V obtenemos la concentración: c = ………… g/ml Llevando estos valores a la fórmula anterior junto con los ángulos de rotación obtenidos en el experimento 3 obtenemos la rotación específica para cada uno de los cuatro colores: Rotación específica para el filtro Rojo ……….. , amarillo ………… , verde ……….. , azul ………… CONCLUSIÓN La rotación más pequeña corresponde al rojo; la mayor al azul.


O 8.6 FOTOELASTICIDAD Material 1 banco óptico 1 varilla 10 cm 2 jinetes con tornillo 2 portalentes 2 filtros polarizadores 1 lente, f = 50 mm 1 cuerpo fotoelástico 1 pantalla blanca 1 fuente de alimentación 1 lámpara experimentos 3 jinetes 1 jinete con ranura 2 portadiafragmas escala 1 portadiapositivas 1 lente, f = 100 mm 1 tira de plástico acrílico 2 cables de conexión En los experimentos anteriores hemos visto que en las sustancias activas a la luz polarizada aparecen manchas de color, este color se puede modificar con influencias mecánicas externas. OBJETO Estudiar los fenómenos de fotoelasticidad. PREPARACIÖN Se realiza el montaje de acuerdo con la figura. En un extremos del banco sujetamos la lámpara para experimentos, por su ventana circular, y a continuación, colocamos la lente focal 50 mm en un jinete. A unos 5 cm de ésta colocamos un portalentes con un portadiapositivas al que fijamos el cuerpo fotoelástico. Y a unos 85 cm de la lámpara se coloca la pantalla en su jinete con ranura. Se proyecta el cuerpo fotoelástico sobre la pantalla, por medio de una lente convergente ( f = 100 mm), colocada a unos 60 cm de la lámpara. Para obtener una imagen nítida se mueve la lente. En un portadiafragma con escala se coloca un filtro polarizador, justamente detrás de la lente condensadora ( f = 50 mm). El filtro analizador lo colocamos de la misma manera detrás de la lente reproductora de imágenes (f = 100 mm). Retiramos un momento el cuerpo fotoelástico para ajustar los filtros en extinción; en la pantalla no se observa mancha luminosa. EXPERIMENTO 1 Colocamos de nuevo el cuerpo fotoelástico en su portadiapositivas, que se encuentra entre los polarizadores cruzados. Se proyectan colores en la pantalla, producto de las tensiones internas del plástico. Giramos el analizador y observamos la mancha sobre la pantalla. EXPERIMENTO 2 Quitamos de nuevo el cuerpo y volvemos a ajustar los polarizadores en extinción (pantalla oscura). Sostenemos la tira de plástico acrílico exactamente en el lugar donde estaba el cuerpo anterior; y lo giramos lentamente. Observamos en la pantalla un aclaramiento, el cual desaparece con la rotación. En esta posición, tiramos fuertemente de sus extremos en sentidos contrarios. La tensión producida sobre el plástico produce un aclaramiento bien perceptible en la pantalla, el cual desaparece al cesar la tensión. Incluso se pueden observar las zonas de esfuerzo en la imagen de la tira. CONCLUSIÓN En los plásticos al enfriarse se producen tensiones entre sus moléculas que se ponen en evidencia observándolos con un analizador y con luz polarizada. Las tensiones mecánicas originan una doble refracción en una sustancia isostrópica transparente.


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