Diagramas de rayos y lentes: Laboratorio de física

¿Qué es una lente?

Una lente es un dispositivo óptico transmisivo que afecta el enfoque de un haz de luz a través de la refracción. Para modificar una imagen, la luz debe enfocarse en un punto donde su ojo pueda verla. La refracción es la curvatura de la luz cuando se mueve de un medio a otro. Este es el proceso mediante el cual funcionan las lentes: doblan la luz hasta que la imagen aparece como queremos, ya sea más lejos, más cerca, invertida, más nítida … lo que sea.

Podemos usar lentes para observar las cosas más grandes del universo con un telescopio y algunas de las cosas más pequeñas con un microscopio. Y le han dado vista a personas que apenas podían ver.

Las lentes funcionan según su forma. Y hay dos formas principales que debemos considerar. Las lentes convexas son lentes que hacen converger la luz, doblando la luz que se separa hasta que los rayos se unen en un punto. Y los lentes cóncavos son lentes que divergen de luz, doblando la luz que se une para hacer que los rayos se separen más. Las propiedades exactas de una lente le dicen lo que hará.

Podemos analizar lo que hará una lente de varias formas. Podríamos insertar números en ecuaciones y hacerlo matemáticamente. Pero en la lección de hoy, hablaremos de otro método: dibujar diagramas de rayos.

Cómo construir diagramas de rayos

Un rayo es un camino de luz dibujado como una línea recta que proviene de una fuente. Es una forma de ilustrar la dirección en la que se mueve la luz y es mucho más simple que dibujar las complejas ondas que la componen. Dibujando rayos y siguiendo algunas reglas básicas, podemos averiguar qué imagen producirá una lente. Las reglas son ligeramente diferentes para una lente cóncava frente a una convexa.

Paso 1: Dibuja tu eje principal, solo una línea horizontal en tu papel. Dibuja tu lente en el medio de esa línea. Y dibuja dos puntos a cada lado de la lente, a la misma distancia de ella, y márcalos como F para el punto focal. Si desea dibujar el diagrama a escala, es posible que averigüe la distancia focal oficial de la lente que está utilizando y coloque la distancia focal de manera adecuada. Una distancia focal de 30 centímetros podría convertirse en 3 centímetros en su diagrama, dependiendo del tamaño de su hoja de papel. Este primer paso es el mismo, independientemente del tipo de lente. Aunque las lentes convexas y cóncavas pueden verse diferentes, la parte importante de dibujarlas en términos del diagrama es solo la línea plana justo en el medio de la lente. Dibujar la forma de la lente es principalmente para mostrar y como recordatorio.

Paso 2: dibuja tu objeto. Por lo general, dibujamos esto como una figura de palo colocada en el eje principal, o incluso simplemente como una flecha vertical. Es posible que deba colocar el objeto dentro del punto focal, en el punto focal o fuera del punto focal, según la pregunta.

Los siguientes pasos son para una lente CONVEX:

Paso 3: Dibuja una línea recta desde la parte superior de tu objeto hasta el punto focal más cercano. Una vez que el rayo golpea la lente, doble la línea paralela al eje principal.

Paso 4: Dibuja una segunda línea recta desde la parte superior de tu objeto paralela al eje principal. Una vez que el rayo golpea la lente, dóblela para que pase por el punto focal en el lado más alejado de la lente.

Pero, ¿y si la lente es cóncava? Para una lente cóncava, los pasos 3 y 4 son ligeramente diferentes.

Para una lente CÓNCAVA:

Paso 3: Dibuja una línea recta desde la parte superior de tu objeto hacia el punto focal en el lado lejano. Pero una vez que el rayo golpea la lente, doble la línea paralela al eje principal (para que el rayo nunca llegue al punto focal al que apuntaba).

Paso 4: Dibuja una línea recta desde la parte superior de tu objeto paralela al eje principal. Una vez que el rayo golpea la lente, dóblelo para que se aleje directamente del punto focal en el lado cercano de la lente.

Ahora continuemos con el paso 5 para ambos tipos de lentes.

Paso 5: Independientemente del tipo de lente, dibuje una tercera línea recta desde la parte superior de su objeto a través del punto donde el eje principal se encuentra con la lente. Esta línea no necesita doblarse; simplemente continúa completamente recto a lo largo del papel.

Paso 6: Donde se unen las tres líneas es donde se forma la parte superior de la imagen. La parte inferior de su imagen siempre se forma en el eje principal. Para una lente cóncava, las tres líneas en realidad no se encuentran. Se separan. Pero puede rastrearlos hacia atrás con líneas de puntos hasta que se encuentren en el mismo lado de la lente que el objeto.

Paso 7: Estudie la posición donde se unen los tres rayos y úselo para dibujar una nueva figura de palo o flecha que represente la imagen. Si los tres rayos se encuentran debajo del eje principal, entonces la imagen debe estar invertida o al revés. O, si los tres rayos se encuentran muy por encima de la altura del objeto, entonces la imagen debe ser más grande que el objeto original.

También puede averiguar si la imagen es «real» o «virtual». Una imagen real es aquella en la que se puede proyectar en una hoja de papel y, por lo tanto, se forma en el lado opuesto de la lente al objeto. Una imagen virtual, por otro lado, se forma en el mismo lado de la lente que el objeto. Eso hace que sea imposible proyectarlo en una hoja de papel. Tu hoja de papel se interpondría en el camino de la luz del objeto.

Paso 8: Pregúntese: ¿la imagen es más pequeña, más grande o del mismo tamaño? ¿Está en posición vertical o invertida? ¿Y es real o virtual? Anote sus respuestas. Responder esas tres preguntas describe tu imagen completamente, y este es tu objetivo final al dibujar un diagrama de rayos.

Para practicar estos pasos, complete estas tablas: una para lentes convexas, la otra para lentes cóncavas. Coloque el objeto en diferentes posiciones, dibuje un diagrama de rayos y vea cómo es la imagen.

Aquí hay algunos diagramas de rayos de ejemplo. Todos estos fueron creados usando los mismos tres rayos que acabo de describir. La única diferencia entre los diagramas de lentes cóncavos y convexos es qué punto focal usa para cada paso. Los tres rayos son fundamentalmente los mismos: un rayo paralelo que rebota a través del punto focal, un rayo hacia el punto focal que rebota paralelo y un rayo que atraviesa el centro de la lente.

En este punto, si aún no lo ha hecho, deje de leer y comience a dibujar algunos diagramas de rayos y a completar su tabla.

Bien, ahora has terminado. Esto es lo que debería haber ideado. Si estas tablas difieren de sus respuestas, siga los pasos con cuidado y vea en qué se equivocó. Es posible que sus líneas no fueran lo suficientemente rectas o que sus puntos focales no estuvieran a la misma distancia de la lente. Esto debe hacerse con mucho cuidado.

Ejemplo: anteojos

Los anteojos son el ejemplo cotidiano más común de lentes. Funcionan tomando la luz de un objeto en el que sus ojos no pueden enfocar correctamente y convirtiéndola en una imagen a una distancia que sus ojos pueden manejar.

Una persona miope es aquella que no puede enfocar correctamente los objetos distantes. Los anteojos correctivos para la miopía enfocan la luz para crear una imagen más cercana al ojo de la persona para que pueda verla. Esto se hace usando una lente cóncava.

Una persona con visión de futuro es alguien que no puede enfocar correctamente los objetos cercanos. Los anteojos correctivos para la hipermetropía enfocan la luz más lejos del ojo de la persona para que pueda verla. Esto se hace usando una lente convexa.

Resumen de la lección

Una lente es un dispositivo óptico transmisivo que afecta el enfoque de un haz de luz a través de la refracción. Para modificar una imagen, la luz debe enfocarse en un punto donde su ojo pueda verla. La refracción es la curvatura de la luz cuando se mueve de un medio a otro. Este es el proceso mediante el cual funcionan las lentes.

Las lentes funcionan de acuerdo con su forma, y ​​hay dos formas principales que debemos considerar: convexa y cóncava. Las lentes convexas son lentes que hacen converger la luz, doblando la luz que se separa hasta que los rayos se unen en un punto. Y las lentes cóncavas son lentes que divergen de luz, doblando la luz que de otro modo se uniría para hacer que los rayos se separen más. Las propiedades exactas de una lente le dicen lo que hará. Podemos analizar lo que hará una lente dibujando un diagrama de rayos. Para hacer esto, simplemente siga los pasos descritos en el laboratorio de hoy.

Los resultados del aprendizaje

Después de concluir esta lección, ahora debería poder:

• Definir que es una lente
• Explica que es la refracción
• Describe una lente convexa y una lente cóncava.
• Construye un diagrama de rayos para analizar una lente.
• Explicar la diferencia entre miopía y hipermetropía

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador