SISTEMAS

Laboratorio de Física de Procesos Biológicos

FORMACIÓN DE IMÁGENES CON LENTES
Fecha: 19/12/2005

1.

Objetivo de la práctica
Estudio de la posición y el tamaño de la imagen de un objeto formada por una
lente delgada. Determinación de la distancia focal de la misma.

2.

Material
• Banco óptico con regla graduada
• Lámpara de iluminación con vidrio difusor de luz y objetotransparente
• Lentes cuyas distancia focales son desconocidas
• Pantalla para la observación de la imagen
Objeto

Lentes

Pantalla

Foco de luz
Banco óptico

Lentes,

1 de 5

3.

Teoría
Dado un cierto objeto, una lente puede formar una imagen del mismo gracias al

proceso físico de la refracción de la luz que ocurre en la superficie que separa el vidrio del aire. Como se ilustra enla Fig. 1, el ángulo que forma el rayo refractado con
la normal a la superficie es menor dentro del vidrio que fuera en el aire, cumpliéndose la ley de Snell para la refracción dada por:
1ª cara:

naire sen θaire = nvidrio sen θvidrio

2ª cara:

nvidrio sen θ'vidrio = naire sen θ’aire

donde naire ≅ 1 y nvidrio son los índices de refracción del aire y del vidrio respectivamente. (Elíndice de refracción es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío
y en el medio considerado; por tanto, siempre es mayor que 1 excepto para el vacío
donde vale 1, y para el aire donde es muy aproximadamente igual a 1).

θa

θv θ'v

θ'a

Fig. 1. Trayectoria de los rayos refractados en las dos caras de una lente.

Si consideramos el cono de infinitos rayos que, saliendo de un puntodel objeto,
están delimitados por los bordes de la lente (Fig. 2), se puede demostrar teórica y
experimentalmente que todos ellos van a confluir muy aproximadamente en un punto
al otro lado de la lente, lo cual hace que se forme una imagen de características similares al objeto. Para que la aproximación sea buena, el ángulo del cono de rayos
no debe ser grande (δ 10º) y se suele hablar deaproximación paraxial, aunque un
cono mayor produzca una imagen más brillante. La imagen en el caso de la Fig. 2 es
de mayor tamaño, invertida y de menor luminosidad que el objeto; en otras configuraciones geométricas puede ser menor y derecha. También se puede demostrar que
la posición y el tamaño de la imagen vienen dados por las siguientes fórmulas:

Lentes,

2 de 5

Lente

Objeto
yPantalla

y’

a
Fig. 2.

a’

Conos de rayos que forman una imagen cuando se usa una lente convergente (más gruesa
por el centro que por los bordes).

1 1 1
+ = ;
a' a f '

y ' a'
=
y a

(1)

donde a’ y a son respectivamente las distancias desde la imagen y desde el objeto
hasta la lente, mientras que y’ e y son los tamaños de la imagen y del objeto. En
cuanto a f’, es lallamada distancia focal de la lente (distancia a la que se forma la
imagen de un punto objeto situado en el infinito), y su inversa 1/f’ es la potencia de la
lente (la cual se mide en unidades de m−1 denominadas dioptrías). Con las fórmulas
anteriores, por tanto, se puede determinar la posición y el tamaño de la imagen si se
conoce la distancia focal; o bien se puede determinar la distanciafocal desconocida
de una lente midiendo las posiciones del objeto y de la imagen.

4.

Montaje experimental

a) En un extremo del banco óptico se coloca la fuente luminosa que, según el tipo
de banco, contiene o no contiene al objeto y al difusor. Si no los contiene, a
continuación se coloca el objeto tan cerca de la fuente como sea posible para
que la luminosidad del objeto sea la mayorposible; el difusor de luz debe colocarse entre la fuente y el objeto y su misión es la de distribuir la luz de modo
homogéneo por todo el objeto. A continuación se colocan, por este orden, la
lente A y la pantalla, y se varían sus posiciones hasta que se observe una imagen nítida del objeto sobre la pantalla.
b) Como tanto el tamaño del objeto y (su altura), como la distancia focal de la...