Instructivo experimental óptica observaciones Generales



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MANUAL DEL USUARIO

ÓPTICA








INSTRUCTIVO EXPERIMENTAL

ÓPTICA


  1. Observaciones Generales

El equipo de experimentación Óptica 1 contiene todas las partes necesarias para llevar a cabo experimentos básicos en óptica geométrica. Todas las partes se guardan en una charola con un inserto de espuma, asegurando así un fácil manejo del material.



La base para todos los experimentos es el riel diseñado especialmente, el cual puede estabilizarse por medio de las dos piezas que se le unen en los extremos. (Ver ilustración.)



L


os deslizadores pueden instalarse rápidamente en el riel. Las clavijas de los elementos ópticos se ponen de manera vertical en los agujeros de los deslizadores. Cuando la clavija de los elementos ópticos se introduce en alguno de los orificios externos de los deslizadores, estos se pueden seguir moviendo por el riel. Sin embargo, si la clavija se introduce en el orificio del centro, el deslizador queda fijo en la posición en la que está. De esta manera se asegura una alineación exacta de los elementos en el eje óptico. (Ver ilustración.)

Con la ayuda de señalamientos en el deslizador, la posición del elemento óptico puede ser leída de la escala en el riel. (Ver ilustración.)


Se usa una superficie especial a la que llamaremos mesita de proyección, para la proyección de los rayos de luz después de pasar por los cuerpos ópticos. La pantalla se coloca en dos deslizadores usando sus clavijas. Una escala circular en la pantalla permite la lectura de ángulos de refracción. (Ver ilustración.)



La escala a un lado del riel permite ajustar las distancias entre los elementos. Las distancias proporcionadas en el instructivo experimental son valores aproximados debido a ligeras desviaciones de los componentes ópticos. Especialmente el condensador debe ser ajustado con mucha precisión para obtener un rayo de luz paralelo.


Observaciones especiales para el manejo de la lámpara óptica:

La lámpara óptica está equipada con una tapa protectora. Si la tapa está fría, puede jalarse hacia adelante.


Cuando sea necesario reemplazar la lámpara, la tapa protectora debe ponerse nuevamente. Sólo debe conectarse la lámpara a la fuente de poder cuando ya esté montada en su posición final en el riel. Después de un tiempo de operación, el cilindro de metal de la lámpara se calienta; por lo tanto, solo se debe tocar el marco de plástico al volver a montarla y esperar a que se enfríe para poder guardarla en el inserto de espuma.
La lámpara óptica sólo debe conectarse a un voltaje no mayor de 12 V AC/DC y la lámpara incandescente no debe ser reemplazada por una lámpara de una potencia más alta de 20 vatios.



  1. Lista de Experimentos




  1. Óptica Geométrica

  1. Expansión de la luz 12. El ojo miope y su corrección

  2. Siluetas 13. El ojo hipermétrope y su

  3. La cámara fotográfica corrección

  4. Reflexión en el espejo plano 14. La lupa

5. Reflexión en el espejo curvo 15. El telescopio astronómico

6. Refracción de la luz 16. El telescopio terrestre

7. Refracción en agua 17. El proyector de diapositivas

8. El lente convergente 18. El microscopio

9. El lente divergente 19. Descomposición de la luz en

10. Distancia focal de lentes convergentes colores, dispersión

11. El modelo del ojo humano 20. Absorción de los colores del

espectro
3. Lista de piezas incluidas






No. Descripción No. Descripción

01 Riel, 50 cm de largo 09 Portapantalla y portaespejo

02 Soporte del riel (2x) 010 Soporte para diafragmas o diapositivas

03 Deslizador (5x) 011 Espejo universal

04 Mesita objetiva 012 Lente biconvexo enmarcado

05 Mesita de proyección f = +50 mm

06 Lámpara óptica 12 V / 20 W 013 Lente biconvexo enmarcado

07 Condensador f = +100 mm

08 Diafragma con 1 y 3 aberturas 014 Lente biconvexo enmarcado

f = +200 mm



No. Descripción No. Descripción

015 Lente bicóncavo enmarcado 025 Espejo plano 90 X 90 mm

f = -100 mm 026 Pantalla, blanca 90 X 90 mm

016 Prisma equilátero 027 Pantalla, transparente 90 X 90 mm

017 Cubeta 028 Cables conectores, 50 cm (2x)

018 Conjunto de 5 cuerpos ópticos 029 Vela

019 Conjunto de 3 filtros de colores Caja de plástico 64 X 64 X 15 mm

rojo, azul y verde Instructivo experimental

020 Diafragma circular de 2 mm Charola de almacenamiento

021 Diafragma circular de 4 mm Tapa de la charola

022 Diafragma en forma de flecha Inserto de espuma

023 Clavija de sombra

(cilindro de madera)

024 Diapositiva de color


Del No. 030 al 038 no están incluidos en este equipo. Forman parte del equipo Óptica 2.


  1. Iconos de los elementos ópticos mostrados en las ilustraciones de los experimentos:





lámpara óptica mesita de proyección







condensador pantalla







polarizador/analizador mesita para objetos







portapantalla o portaespejo lente



porta diapositiva abertura ajustable



1. Expansión de la luz




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica y la mesita de proyección como se muestra en la ilustración.

  • Ten a la mano el condensador y el diafragma con 1 y 3 aberturas.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder y observa el rayo de luz en la mesita.

  • Pon el condensador entre la pantalla y la lámpara y observa el cambio en el rayo de luz.

  • Pon el diafragma con 3 aberturas en la base del condensador.


Resultado de la Prueba:

La fuente de luz emite rayos de luz que se separan linealmente.

Con la ayuda del diafragma se pueden producir rayos de luz delgados y paralelos.

2. Siluetas



Ensamble:


  • Pon la lámpara y la mesita de proyección sobre el banco óptico como se muestra en la ilustración.

  • Pon la clavija de sombra sobre la mesita, de manera que quede en la mitad del extremo, hacia la lámpara.


El experimento:

  • Conecta la lámpara a la fuente de poder y observa la expansión de la luz.

  • Mueve la clavija de sombra sobre el eje óptico hacia la mitad de la pantalla y observa el efecto.

  • Pon el condensador entre la lámpara y la pantalla y repite el experimento.


Resultado de la prueba:

Si se ilumina un objeto opaco, queda un área sin luz detrás de éste - la sombra. El tamaño de la sombra depende de la distancia entre el cuerpo y la fuente de luz.



3. La cámara fotográfica




Ensamble:

  • Pon el soporte de diafragma y la pantalla transparente sobre el banco óptico como se muestra en la ilustración.

  • Pon la vela en el deslizador; pon el deslizador sobre el banco óptico.

  • Ten a la mano los diafragmas de 2 y 4 mm.


El experimento:

  • Apaga las luces cercanas a tu área de trabajo. Pon el diafragma circular de 4 mm.

  • Prende la vela y obsérvala a través de la pantalla transparente en la dirección del eje óptico.

  • Repite el experimento con el diafragma de 2 mm.


Resultado de la prueba:

Los rayos de luz de la vela producen una imagen invertida vertical y horizontalmente en la pantalla.

El tamaño y la nitidez de la imagen dependen de los diafragmas y de las distancias entre el objeto y el diafragma y entre el diafragma y la pantalla respectivamente.

4. Reflexión en el espejo plano




Ensamble:


  • Pon la lámpara óptica, el condensador y la mesita de proyección como se muestra en la ilustración. Pon el diafragma con 1 abertura verticalmente.

  • Ten a la mano el espejo universal.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder.

  • Ajusta el condensador deslizándolo de manera que el rayo de luz se vea sobre la mesita.

  • Pon el espejo universal en la mitad de la mesita de manera que su lado plano quede perpendicular al rayo de luz.

  • Rota el espejo lentamente unos 45º en ambas direcciones y observa el efecto.


Resultado de la prueba:

El rayo de luz se refleja en el espejo. Si la perpendicular en el espejo y el rayo de luz son paralelos, el reflejo también es paralelo al rayo incidente. Si el rayo es incidente con cierto ángulo de acuerdo con la perpendicular se refleja con el mismo ángulo al otro lado de la perpendicular.



5. Reflexión en el espejo curvo




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador y la mesita de proyección como se muestra en la ilustración. Pon el diafragma de 3 aberturas verticalmente.

  • Ten a la mano el espejo universal.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder.

  • Ajusta el condensador deslizándolo de manera que los tres rayos de luz paralelos puedan verse en la mesita.

  • Pon el espejo universal como un espejo cóncavo en forma perpendicular al eje óptico en la mitad de la mesita.

  • Repite el experimento, usando el espejo universal como espejo convexo.


Resultado de la prueba:

Los tres rayos de luz paralelos se reflejan en el espejo cóncavo de manera que se encuentran en un punto (en el foco).

El espejo convexo separa los rayos. Si se alargan imaginariamente hacia el espejo se encuentran en un punto.

6. Refracción de la luz




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador y la mesita de proyección en el banco óptico como se muestra en la ilustración.

  • Coloca el diafragma con 1 abertura verticalmente en el soporte del condensador.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder y ajusta el condensador de manera que un rayo de luz fino se pueda ver sobre la mesita.

  • Pon el cuerpo óptico plano en la mesita. El centro de su lado plano debe estar sobre el eje óptico del diafragma. Trata las posiciones que se presentan en la ilustración y observa el rayo de luz resultante.

  • Lleva a cabo el experimento con el cuerpo de lados paralelos y el prisma.


Resultado de la prueba:

Si el rayo de luz es incidente con cierto ángulo de acuerdo con la normal en el punto de incidencia, el rayo se refracta. También parte de la luz se refleja. Si el rayo de luz se refracta hacia la normal en el punto de incidencia, la materia que refracta la luz es ópticamente más densa.



7. Refracción en agua




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador y la mesita como se ve en la ilustración.

  • Coloca el diafragma con 1 abertura en el soporte del condensador.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder y ajusta el condensador, de manera que un rayo de luz fino pueda verse sobre la mesita.

  • Vierte un poco de agua en la cubeta y ponla sobre la mesita con un lado perpendicular al eje óptico.

  • Mira desde arriba adentro de la cubeta y sigue el rayo de luz.

  • Lentamente, rota la cubeta y observa el efecto.


Resultado de la prueba:

En el paso de la luz del aire al agua, el rayo de luz se refracta si toca la superficie de separación de manera oblicua. El agua es ópticamente más densa que el aire.



8. El lente convergente





Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador y la mesita sobre el banco óptico como se ve en la ilustración.

  • Conecta el diafragma con tres aberturas en el soporte del condensador.

  • Ten a la mano el conjunto de cuerpos ópticos.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder y ajusta el condensador, de manera que se vean tres finos rayos de luz sobre la mesita.

  • Coloca el cuerpo óptico biconvexo sobre la mesita. Debe quedar perpendicular a los rayos de luz y su centro debe estar en el eje óptico.

  • Coloca el cuerpo óptico cóncavo directamente atrás del lente biconvexo y observa el resultado.


Resultado de la prueba:

Lentes convergentes refractan rayos de luz paralelos e incidentes hacia el eje óptico. Se encuentran en el centro del lente. La distancia del centro depende de la curvatura de los lentes. El efecto de un lente divergente puede compensarse con un lente convergente.


9. El lente divergente





Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador y la mesita sobre el banco óptico como se muestra en la ilustración.

  • Pon el diafragma de 3 aberturas al soporte del condensador.

  • Ten a la mano el conjunto de cuerpos ópticos.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder y ajusta el condensador de manera que tres finos rayos de luz puedan verse sobre la mesita.

  • Pon el cuerpo óptico cóncavo sobre la mesita. Debe estar perpendicular a los rayos de luz y su centro debe estar sobre el eje óptico.


Resultado de la prueba:

Los lentes divergentes refractan rayos de luz paralelos incidentes lejos del eje óptico. Si los rayos refractados se alargan hacia el eje óptico, estos se encuentran en un foco virtual. Así se determina la longitud focal del lente. Contrario a la longitud focal de un lente convergente, éste tiene signo negativo.



10. Focos de lentes convergentes




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador, la pantalla transparente y el lente f = +50 mm sobre el banco óptico como se ve en la ilustración.

  • Ten a la mano los lentes f = +50 mm, f = +100 mm y f = +200 mm.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder y ajusta el condensador (sin el diafragma), de manera que se obtenga un rayo de luz paralelo.

  • Pon el lente f = +50 mm en el rayo de luz y ajústalo de manera que haya un punto de luz en la pantalla.

  • Repite el experimento con los lentes f = +100 mm y f = +200 mm. Realiza el cambio necesario de la pantalla transparente para obtener un punto lo mejor definido posible.


Resultado de la prueba:

La trayectoria de rayos de un lente convergente depende de su distancia focal (curvatura de los lentes). Mientras más se refractan los rayos de luz menor será la distancia focal.



11. El modelo del ojo humano




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, la pantalla transparente y el lente f = +100 mm sobre el banco óptico como se muestra en la ilustración.

  • Quita la tapa protectora de la lámpara jalándola hacia adelante.

  • Ten a la mano el lente f = +50 mm.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder. El filamento enrollado de la lámpara se proyecta como una imagen del objeto en la pantalla transparente.

  • Cambia la lámpara a la posición marcada con segmentos en el dibujo. Observa el efecto.

  • Reemplaza el lente f = +100 mm por el lente f = +50 mm y observa el efecto.


Resultado de la prueba:

Al acercar el objeto a la retina del ojo (pantalla transparente) la imagen se hace borrosa. Al usar un lente con un índice de refracción más alto la imagen se ve nítida nuevamente.

El ojo se acomoda a diferentes distancias contrayendo músculos.

El experimento también puede llevarse a cabo con la pantalla blanca.



12. El ojo miope y su corrección




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, la pantalla transparente y el lente f = +100 mm sobre el banco óptico como se ve en la ilustración.

  • Ten a la mano los lentes f = +50 mm y f = -100 mm.

  • Quita la tapa protectora de la lámpara jalándola hacia adelante.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder. El filamento enrollado de la lámpara se proyecta como una imagen del objeto en la pantalla transparente.

  • Enfoca la imagen. Luego, reemplaza el lente f = +100 mm por el lente f = +50 mm, la imagen se verá borrosa. Ahora acerca la pantalla transparente al lente hasta que la imagen se vea nítida otra vez y regrésalo a la posición inicial.

  • Sostén el lente f = -100 mm con tus manos justo en frente del lente f = +50 mm y observa la imagen.


Resultado de la prueba:

En un ojo miope, la pupila es demasiado larga. La imagen se localiza en frente de la retina. Al poner un lente divergente en frente del lente del ojo, la aberración óptica puede corregirse.



13. El ojo hipermétrope y su corrección




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, la pantalla transparente y el lente f = +100 mm sobre el banco óptico como se ve en la ilustración.

  • Ten a la mano el lente f = +200 mm.

  • Quítale la tapa protectora a la lámpara jalándola hacia adelante.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder. El filamento enrollado de la lámpara se proyecta como una imagen del objeto en la pantalla transparente.

  • Observa la imagen del objeto (el filamento enrollado) en la pantalla transparente y cambia la pantalla a la posición que se ve segmentada en el dibujo. La imagen se verá borrosa.

  • Sostén el lente f = +200 mm con tus manos justo en frente del lente f = +100 mm y observa el efecto.


Resultado de la prueba:

En un ojo hipermétrope la pupila es muy corta. La imagen se encuentra detrás de la retina. Poniendo un lente convergente en frente del lente del ojo puede corregirse la aberración óptica.



14. La lupa





Ensamble:

  • Ten a la mano los lentes f = +200, f = +100 mm y f = +50 mm.

  • Señala un campo de 3 x 3 cm2 sobre una hoja de papel cuadriculado.


El experimento:

  • Observa el campo marcado a través de los distintos lentes.

  • Encuentra cuanto debes acercar el lente al objeto para obtener una imagen magnificada.

  • Con la ayuda de la imagen encuentra la magnificación (cuenta los milímetros).


Resultado de la prueba:

La lupa muestra una imagen virtual derecha y magnificada, si el objeto se encuentra dentro de la distancia focal del lente convergente. Mientras menor sea la distancia focal mayor será la magnificación.



15. El telescopio astronómico




Ensamble:

  • Pon los deslizadores con los lentes como se ve en la ilustración.


El experimento:

  • Alinea el banco óptico con un objeto distante (como por ejemplo, una casa o una chimenea) de manera que el ojo esté en el eje óptico.

  • Corrige la distancia del lente f = +200 mm moviéndolo hasta obtener una imagen nítida.

  • Repite el experimento después de reemplazar el lente f = +50 mm por el lente f = +100 mm.


Resultado de la prueba:

El objetivo (lente f = +200 mm) genera una imagen intermedia del objeto, la cual se ve con el ocular (lente f = +50 mm) como una lupa. La imagen se agranda y se ve al revés. Por una combinación de los lentes se obtiene un agrandamiento del ángulo de observación.



16. El telescopio terrestre




Ensamble:

  • Pon los deslizadores con los lentes como se muestra en la ilustración.


El experimento:

  • Alinea el banco óptico con un objeto distante (como un árbol o un coche) de manera que el ojo esté en el eje óptico.

  • Corrige la distancia del lente f = +200 mm moviéndolo hasta obtener una imagen nítida.


Resultado de la prueba:

La combinación de los lentes del telescopio terrestre produce una imagen agrandada, derecha y nítida. A diferencia del telescopio astronómico un lente divergente sirve de ocular.



17. El proyector de diapositivas




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador, el lente f = +50 mm y la pantalla blanca como se ve en la ilustración.

  • Ten a la mano la diapositiva con la flecha, la diapositiva a color y el lente f = +100 mm.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder.

  • Pon la diapositiva con la flecha en el soporte del condensador y ajusta el deslizador con el lente f = +50 mm de manera que en la pantalla se vea una imagen nítida.

  • Reemplaza la diapositiva con la flecha por la diapositiva a color.

  • Usa el lente f = +100 mm en lugar del lente f = +50 mm y observa la diferencia.


Resultado de la prueba:

El proyector de diapositivas produce una imagen real, agrandada de la diapositiva puesta al revés. El condensador crea una iluminación completa de la diapositiva. El tamaño y la nitidez de la imagen dependen de los lentes y las distancias usadas.



18. El microscopio




Ensamble:

  • Pon los deslizadores con los lentes como se ve en la ilustración.

  • Usa un pedazo de cartón (50 x 50 mm2) como portaobjetos. Corta un agujero de 10 mm de diámetro en el centro del cartón y pégale una hoja delgada de una planta, parte de un insecto o algo parecido.


El experimento:

  • Pon el objeto en el portadiapositivas.

  • Alinea el banco óptico con una fuente de luz o una ventana por la que entre luz de manera que el ojo esté en el eje óptico.

  • Ajusta la distancia del ojo al ocular y las posiciones de los lentes respectivamente hasta que se pueda ver una imagen nítida del objeto.


Resultado de la prueba:

El objetivo del microscopio produce una imagen agrandada intermedia del objeto. Se vuelve a magnificar por un segundo lente convergente y tu lo puedes observar a través del ocular.



19. Descomposición de la luz en colores




Ensamble:

  • Pon la lámpara óptica, el condensador, el diafragma con una abertura, el lente f = +100 mm y la mesita sobre el banco óptico como se muestra en el primer dibujo.

  • Coloca el prisma sobre la mesita.

  • La mesa de proyección se usa como pantalla como se ve en el segundo dibujo.

  • Ten a la mano el lente f = +200 mm.


El experimento:

  • Conecta la lámpara óptica a la fuente de poder y une el diafragma con una abertura verticalmente al soporte del condensador.

  • Pon el prisma de tal manera que el rayo de luz que sale de la abertura del diafragma toque una superficie del prisma. Observa la pantalla.

  • Pon el lente f = +200 mm entre la pantalla y el prisma y observa el efecto.


Resultado de la prueba:

Debido a la refracción diferente de la luz de diferentes colores el prisma descompone la luz blanca en los colores del espectro. Un lente convergente une el espectro nuevamente en luz blanca.



20. Absorción de los colores del espectro





Ensamble:

  • Pon las partes como en el experimento No. 19.

  • Ten a la mano los filtros de colores rojo, verde y azul.


El experimento:

  • Produce un espectro como en el experimento No. 19.

  • Reemplaza el lente f = +200 mm con los filtros de color (uno por uno) y observa los cambios en la pantalla.

  • Vuelve a poner el lente F = +200 mm y sostén los filtros de color (uno por uno) en el rayo de luz.


Resultado de la prueba:

Los filtros de color pueden extraer colores individuales de un espectro. Al unir los colores que quedan no se obtiene luz blanca otra vez.




Instructivo Experimental - Óptica


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