Formación de imágenes en una lente convergente

PROCEDIMIENTO:

Se trata de utilizar una lente para formar una imagen a partir de un objeto cualquiera. Para simplificar, cogeremos un objeto pequeño, lentes y demás materiales de un equipo de óptica (en general, son difíciles de encontrar lentes sueltas apropiadas).

El montaje típico es como se representa en la figura, donde A es un foco luminoso, B es una lente convergente situada de tal modo que los rayos que recibe de A sean paralelos, C es un objeto a reproducir, D es la lente convergente a estudio y E es una pantalla donde se forma la imagen, que se busca que sea real e invertida.

Dichos objetos deben estar alineados (con el plano de simetría de lentes y pantallas perpendiculares a la línea central de unión de los mismos) al eje óptico.

Las fórmulas vistas anteriormente nos indican que cuanto más cerca esté del origen la lente, más alejada estará la imagen de esta. La última de las tres presentadas, nos dice, que cuanto más cerca esté el origen del foco imagen, más grande será ésta. Dichas expresiones matemáticas son deducibles en el marco de la óptica geométrica.

Para asegurar el montaje, los elementos deben ir colocados, por ejemplo, en bastidores, siendo ésta la solución que encuentran las cajas de los equipos didácticos de óptica. Además, son convenientes barreras que limiten el paso de la luz por los laterales (“pupilas” de entrada de luz y/o de salida) para evitar excesiva luminosidad y otras interferencias de tipo luminoso, al igual que es buena una limitación importante de luz externa a la experiencia, lo que facilita la claridad de la imagen.

Para asegurar una claridad uniforme en la imagen, debemos encontrar también un origen plano (por ejemplo, una diapositiva), ya que como se puede observar en las expresiones teóricas, las imágenes de un punto a una determinada distancia del plano focal serán formadas en un determinado plano, y, si el origen no es plano, las imágenes de puntos diferentes se formarían en planos también diferentes, y no todas en el plano de la pantalla.

Como precaución, debemos acordarnos de que las superficies ópticamente activas, como las de las lentes, deben estar limpias, sin marcas de dedos, por ejemplo, lo que siempre hace que la imagen empeore su calidad. Y, en cuanto a la seguridad, al necesitar luz, tener precaución con las normas de uso de aparatos eléctricos.

Una vez colocada la lámpara, es necesario lograr que los rayos sigan caminos paralelos, lo que se obtiene intercalando una lente convergente a una distancia de ella igual a su distancia focal (por definición, un objeto colocado a la distancia focal de una lente forma su imagen en el infinito).

Una vez recogidos los rayos paralelos, hacemos que estos incidan sobre el objeto origen y luego sobre la lente que da base a la experiencia.

Al otro lado de la lente, colocaremos una pantalla para formar la imagen.

Manteniendo la situación del origen, y variando la posición de la lente y de la pantalla, podemos observar las posibilidades de formación de imágenes, su claridad, y su tamaño relativo, su realidad o virtualidad, etc., lo que es la base de la experiencia. Las posibilidades que se pueden dar con una lente convergente serían:

·      Si :

·      Si s = 2f:

·      Si :

·      Si :

·      Si :

Debemos tener en cuenta que la imagen dada por una lente convergente de objetos situados a una distancia menor que la focal es virtual, es decir, se forma en el mismo lado de la lente que el objeto, con lo que no puede ser recogida por una pantalla tal y como está indicado arriba en el esquema del montaje. Además, otro punto a investigar es la misma distancia focal (por definición, la imagen debe formarse en el infinito) o el doble de ésta.

En cualquier caso, debemos acompañar algunos montajes con distancias que consideremos más representativas por un gráfico que explique la formación de la imagen.

Preguntas diversas a formular, así como sus respuestas, para mejorar la experiencia serían, por ejemplo:

·      ¿Se debe usar una pantalla opaca o una traslúcida?

Una pantalla opaca permite una imagen más clara, pero una traslúcida permite observar la imagen por detrás de ella, pudiendo usar un mayor ángulo para la observación, lo que es conveniente si el equipo que hace la experiencia es numeroso, por ejemplo.

·      ¿Se debe emplear una lente de distancia focal grande o pequeña?

La utilización de una lente de distancia focal grande o pequeña es indiferente. Sin embargo, las lentes de distancia focal grande suelen tener menos imperfecciones y además, dan distancias mayores en las experiencias, por lo que el error siempre será menor.

·      ¿Qué significa por ejemplo el “f = +50” que aparece en las lentes?

En el caso en que en la montura de la lente aparezca f = +50 indica la distancia focal, el signo + indica que la lente es convergente, formando la imagen de un objeto del que recibe los rayos paralelos y un punto posterior a la lente. El 50 indicaría que se forma a una distancia de 50 unidades  (normalmente en mm), es decir, que la distancia focal es de 50 unidades.

·      ¿Por qué debemos lograr en el montaje que los rayos entren paralelos?

Que los rayos entren paralelos (o salgan) indica que la distancia a la que se cortan es la focal de la lente, lo que puede evitar problemas a la hora de las mediciones.

·   ¿Tiene alguna importancia el hecho de que, si tenemos una buena imagen, e intercambiamos los valores entre s y s’, también obtengamos una buena imagen?

Si intercambiamos los valores de s y s’ estamos construyendo un montaje inverso en el sentido de que la imagen tendrá un aumento inverso.