Física óptica

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Física óptica

  1. 1. Física óptica Lentes
  2. 2. Clasificacion de las lentesa) Lentes convergentes o positivosb) Lentes divergentes o negativosFormación de imágenes a través de las lentes:Las lentes con superficies de radios de curvatura pequeños tienen distancias focales cortas. Una lente con dossuperficies convexas siempre refractará los rayos paralelos al eje óptico de forma que converjan en un foco situadoen el lado de la lente opuesto al objeto. Una superficie de lente cóncava desvía los rayos incidentes paralelos al ejede forma divergente; a no ser que la segunda superficie sea convexa y tenga una curvatura mayor que la primera,los rayos divergen al salir de la lente, y parecen provenir de un punto situado en el mismo lado de la lente que elobjeto. Estas lentes sólo forman imágenes virtuales, reducidas y no invertidas.Si la distancia del objeto es mayor que la distancia focal, una lente convergente forma una imagen real e invertida.Si el objeto está lo bastante alejado, la imagen será más pequeña que el objeto. En ese caso, el observador estaráutilizando la lente como una lupa o microscopio simple. El ángulo que forma en el ojo esta imagen virtualaumentada (es decir, su dimensión angular aparente) es mayor que el ángulo que formaría el objeto si seencontrara a la distancia normal de visión. La relación de estos dos ángulos es la potencia de aumento de la lente.Una lente con una distancia focal más corta crearía una imagen virtual que formaría un ángulo mayor, por lo que supotencia de aumento sería mayor. La potencia de aumento de un sistema óptico indica cuánto parece acercar elobjeto al ojo, y es diferente del aumento lateral de una cámara o telescopio, por ejemplo, donde la relación entrelas dimensiones reales de la imagen real y las del objeto aumenta según aumenta la distancia focal. La cantidad deluz que puede admitir una lente aumenta con su diámetro. Como la superficie que ocupa una imagen esproporcional al cuadrado de la distancia focal de la lente, la intensidad luminosa de la superficie de la imagen esdirectamente proporcional al diámetro de la lente e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia focal.Por ejemplo, la imagen producida por una lente de 3 cm de diámetro y una distancia focal de 20 cm sería cuatroveces menos luminosa que la formada por una lente del mismo diámetro con una distancia focal de 10 cm. Larelación entre la distancia focal y el diámetro efectivo de una lente es su relación focal, llamada también número f.Su inversa se conoce como abertura relativa. Dos lentes con la misma abertura relativa tienen la mismaluminosidad, independientemente de sus diámetros y distancias focales.
  3. 3. Fabricación de lentesLa mayoría de las lentes están hechas devariedades especiales de vidrio de alta calidad,conocidas como vidrios ópticos, libres detensiones internas, burbujas y otrasimperfecciones. El proceso de fabricación deuna lente a partir de un bloque de vidrio ópticoimplica varias operaciones. El primer pasoconsiste en cerrar una lente en bruto a partirdel bloque de vidrio. Para ello se presiona elvidrio contra una delgada placa metálica circularque se hace girar. El borde de la placa se cargacon polvo de diamante. Después, se le da unaprimera forma a la pieza en brutoprepulimentándola sobre una placa plana dehierro colado cubierta con una mezcla degranos abrasivos y agua. Para formar lasuperficie redondeada de la lente se la talla conherramientas cóncavas o convexas cargadas conabrasivos. La superficie de una lente convexa seforma mediante una herramienta cóncava yviceversa. Generalmente se emplean dos o másherramientas en este proceso de tallado,utilizando grados de abrasivo cada vez másfinos. El último proceso de acabado de lasuperficie de la lente es el pulido, que se realizamediante una herramienta de hierro cubiertade brea y bañada con mordiente rojo y agua.Tras el pulido, la lente se remata rectificando elborde hasta que el centro físico coincida con sucentro óptico (el centro óptico es un punto talque cualquier rayo luminoso que pasa por él nosufre desviación). Durante este proceso secoloca la lente en el bastidor de un torno, deforma que su centro óptico se encuentre en eleje de giro, y se rectifican los bordes con unatira de latón cargada con abrasivo.
  4. 4. Caracterización de las Lentes Las características ópticas de las lentes sencillas (únicas) ocompuestas (sistemas de lentes que contienen dos o más elementosindividuales) vienen determinadas por dos factores: la distancia focal de la lente y la relación entre la distancia focal y el diámetro de la lente. La distancia focal de una lente es la distancia del centro de lalente a la imagen que forma de un objeto situado a distancia infinita. La distancia focal se mide de dos formas: en unidades de longitud normales, como por ejemplo 20 cm o 1 m, o en unidades llamadas dioptrías, que corresponden al inverso de la distancia focal medida en metros. Por ejemplo, una lente de 1 dioptría tiene una distancia focal de 1 m, y una de 2 dioptrías tiene una distancia focal de 0,5 m. La relación entre la distancia focal y el diámetro de una lente determina su capacidad para recoger luz, o "luminosidad". Esta relación se conoce como número f, y su inversa es la abertura relativa.
  5. 5. HistoriaLas primeras lentes, que ya conocíanlos griegos y romanos, eran esferas devidrio llenas de agua. Estas lentesrellenas de agua se empleaban paraencender fuego. En la antigüedadclásica no se conocían las auténticaslentes de vidrio; posiblemente sefabricaron por primera vez en Europaa finales del siglo XIII. Los procesosempleados en la fabricación de lentesno han cambiado demasiado desde laedad media, salvo el empleo de breapara el pulido, que introdujo IsaacNewton. El reciente desarrollo de losplásticos y de procesos especialespara moldearlos ha supuesto un usocada vez mayor de estos materialesen la fabricación de lentes. Las lentesde plástico son más baratas, másligeras y menos frágiles que las devidrio.
  6. 6. Tipos de LentesClasificación de las Lentes Convergentes yDivergentesLas lentes convergentes tienen el espesor de suparte media mayor que el de su parte marginal.I. Biconvexa o convergente.II. Plano convexa.III. Menisco convexa o convergente.IV. Bicóncava.V. Plano cóncava.VI. Menisco cóncava o divergente.
  7. 7. Elementos de una Lente a) Centro Óptico, donde todo rayo que pasa por él, no sufre desviación. b) Eje Principal, es la recta que pasa por el centro óptico. c) Foco Principal, punto en donde pasan los rayos que son paralelos. d) Eje Secundario, es la recta que pasa por los centros de curvatura.e) Radios de Curvatura(R1,R2):Son los radios de las esferas que originan la lente. f) Centros de Curvatura(C1,C2):Son los centros de las esferas que originan la lente. F) LENTECITOS
  8. 8. Rayos notables enlas lentesconvergentes1º. Rayo paralelo aleje principal serefracta y pasa por elfoco.2º. El rayo que pasapor el foco principal serefracta y sigueparalelo al ejeprincipal.3º. Todo rayo que pasepor el centro óptico nosufre desviación.
  9. 9. Comparaciones entre lentesLente convergente Lentes divergentes.• Cuando se aplican estas reglas sencillas • La construcción de imágenes formadas por para determinar la imagen de un objeto lentes divergentes se lleva a cabo de forma por una lente convergente, se obtienen semejante, teniendo en cuenta que cuando los siguientes resultados: un rayo incide sobre la lente paralelamente al eje, es la prolongación del rayo emergente• - Si el objeto está situado respecto del la que pasa por el foco objeto F. Asimismo, plano óptico a una, la imagen es real, cuando un rayo incidente se dirige hacia el invertida y de menor tamaño. foco imagen F de modo que su prolongación• - Si el objeto está situado a una distancia pase por él, el rayo emergente discurre del plano óptico igual a 2f, la imagen es paralelamente al eje. Finalmente y al igual real, invertida y de igual tamaño. que sucede en las lentes convergentes,• - Si el objeto está situado a una distancia cualquier rayo que se dirija a la lente pasando por el centro óptico se refracta sin del plano óptico comprendida entre 2f y f, sufrir desviación. la imagen es real, invertida y de mayor tamaño. • Aunque para lentes divergentes se tiene siempre que la imagen resultante es virtual,• - Si el objeto está situado a una distancia directa y de menor tamaño, la aplicación de del plano óptico inferior a f, la imagen es estas reglas permite obtener fácilmente la virtual, directa y de mayor tamaño. imagen de un objeto situado a cualquier distancia de la lente.
  10. 10. Formación de Imágenes en las Lentes Para estudiar la formación de imágenes por lentes, es necesario mencionar algunas de las características que permiten describir de forma sencilla la marcha de los rayos. Plano óptico. Es el plano central de la lente. Centro óptico O. Es el centro geométrico de la lente. Tiene la propiedad de que todo rayo que pasa por él no sufre desviación alguna. Eje principal. Es la recta que pasa por el centro óptico y es perpendicular al plano óptico. Focos principales F y F (foco objeto y foco imagen, respectivamente). Son un par de puntos, correspondientes uno a cada superficie, en donde se cruzan los rayos (o sus prolongaciones) que inciden sobre la lente paralelamente al eje principal. Distancia focal f. Es la distancia entre el centro óptico O y el foco F. Lentes convergentes. Para proceder a la construcción de imágenes debidas a lentes convergentes, se deben tener presente las siguientes reglas: Cuando un rayo incide sobre la lente paralelamente al eje, el rayo emergente pasa por el foco imagen F. Inversamente, cuando un rayo incidente pasa por el foco objeto F, elrayo emergente discurre paralelamente al eje. Finalmente, cualquier rayo que se dirija a la lente pasando por el centro óptico se refracta sin sufrir ninguna desviación.
  11. 11. Construcción gráfica deimágenes en las lentesconvergentes¤ Imágenes reales, son aquellas capacesde ser recibidas sobre una pantallaubicada en tal forma de que entre ella yel objeto quede la lente.¤ Imagen virtual, está dada por laprolongación de los rayos refractados, nose puede recibir la imagen en unapantalla.1º. El objeto está a una distancia doble dela distancia focal. La imagen obtenida es:real, invertida, de igual tamaño, ytambién a distancia doble de la focal.2º. El objeto está a distancia mayor que eldoble de la distancia focal. Resulta unaimagen: real invertida, menor, formada adistancia menor que el objeto.3º. El objeto está entre el foco y el doblede la distancia focal. La imagen obtenidaes: real invertida, mayor, y se forma amayor distancia que el doble de la focal.4º. El objeto está entre el foco y el centroóptico. Se obtiene una imagen: virtual,mayor, derecha, formada del lado dondese coloca el objeto.5º. El objeto está en el foco principal, nose obtiene ninguna imagen.
  12. 12. Potencia de una Lente. Dioptrías. La potencia de una lente es la inversa de su distancia focal, y la unidad de medida es la dioptría. claro que depende de las formulas que veremos.
  13. 13. Diferente tipos de lentes
  14. 14. Tipo de lentes
  15. 15. Ejemplos de lentes

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