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Lentes delgadas
Problema
2021 · Ordinaria · Reserva
C.1-b
Examen
b) La imagen formada por una lente convergente se encuentra a 1,5 m1,5 \text{ m} detrás de la lente, con un aumento lateral de 0,5-0,5. i) Realice el trazado de rayos. Calcule razonadamente: ii) La posición del objeto; iii) La distancia focal de la lente.
Lentes convergentesAumento lateralDistancia focal
b) i) Realice el trazado de rayos.

Dado que la lente es convergente y el aumento lateral (M=0,5M = -0,5) es negativo, la imagen es real e invertida. Además, al ser M<1|M| < 1, la imagen es de menor tamaño que el objeto. Una imagen real, invertida y más pequeña en una lente convergente se forma cuando el objeto se encuentra a una distancia mayor que el doble de la distancia focal (s>2fs > 2f). La imagen se forma entre ff' y 2f2f'.

FF'ObjetoImagenLente convergente
ii) Calcule razonadamente la posición del objeto.

Utilizamos la fórmula del aumento lateral (MM) que relaciona la posición de la imagen (ss') y la posición del objeto (ss).

M=ssM = -\frac{s'}{s}

Sustituimos los valores dados: M=0,5M = -0,5 y s=1,5 ms' = 1,5 \text{ m} (positivo porque la imagen es real y se forma detrás de la lente).

0,5=1,5 ms-0,5 = -\frac{1,5 \text{ m}}{s}

Despejamos ss:

s=1,5 m0,5=3 ms = \frac{1,5 \text{ m}}{0,5} = 3 \text{ m}

La posición del objeto es 3 m3 \text{ m} delante de la lente (el signo positivo indica que es un objeto real).

iii) Calcule razonadamente la distancia focal de la lente.

Utilizamos la ecuación de las lentes delgadas, que relaciona la distancia focal (ff) con la posición del objeto (ss) y la posición de la imagen (ss').

1f=1s+1s\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}

Sustituimos los valores de s=3 ms = 3 \text{ m} y s=1,5 ms' = 1,5 \text{ m}:

1f=13 m+11,5 m\frac{1}{f} = \frac{1}{3 \text{ m}} + \frac{1}{1,5 \text{ m}}

Para sumar las fracciones, expresamos 1,5 m1,5 \text{ m} como 32 m\frac{3}{2} \text{ m}:

1f=13 m+23 m\frac{1}{f} = \frac{1}{3 \text{ m}} + \frac{2}{3 \text{ m}}

Sumamos las fracciones:

1f=1+23 m=33 m=1 m1\frac{1}{f} = \frac{1+2}{3 \text{ m}} = \frac{3}{3 \text{ m}} = 1 \text{ m}^{-1}

Por lo tanto, la distancia focal es:

f=1 mf = 1 \text{ m}

La distancia focal de la lente es 1 m1 \text{ m} (positiva, lo cual es consistente con una lente convergente).