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Lentes delgadas
Problema
2025 · Extraordinaria · Suplente
C-b1
Examen
b1) Un objeto de 3 cm3 \text{ cm} de altura se sitúa 25 cm25 \text{ cm} delante de una lente delgada convergente. Si la distancia focal es 20 cm20 \text{ cm}, calcule: i) la posición de la imagen, indicando el criterio de signos utilizado y justificando si la misma es real o virtual. ii) la altura de la imagen y la potencia de la lente.
Lentes convergentesEcuación de GaussPotencia de una lente
Óptica geométrica: Lente delgada convergente

Datos del problema: altura del objeto y=3 cmy = 3 \text{ cm}, distancia del objeto a la lente so=25 cms_o = 25 \text{ cm}, distancia focal f=20 cmf = 20 \text{ cm}.Criterio de signos utilizado (convenio de signos cartesiano): Las distancias se miden desde el centro óptico de la lente. Las distancias en el mismo sentido que la luz incidente (hacia la derecha) son positivas. Por tanto, el objeto está a la izquierda de la lente y su distancia es positiva: so=+25 cms_o = +25 \text{ cm}. La distancia focal de una lente convergente es positiva: f=+20 cmf = +20 \text{ cm}.

FF'ObjetoImagenLente convergente
i) Posición de la imagen

Se aplica la ecuación de conjugación de la lente delgada (ecuación del fabricante de lentes):

1si=1f1so\frac{1}{s_i} = \frac{1}{f} - \frac{1}{s_o}

Sustituyendo los valores:

1si=120125=51004100=1100\frac{1}{s_i} = \frac{1}{20} - \frac{1}{25} = \frac{5}{100} - \frac{4}{100} = \frac{1}{100}
si=100 cms_i = 100 \text{ cm}

La imagen se forma a 100 cm100 \text{ cm} al otro lado de la lente (signo positivo, a la derecha de la lente, en el mismo sentido de propagación de la luz).La imagen es REAL porque si>0s_i > 0, es decir, se forma en el lado opuesto al objeto (el rayo de luz realmente converge en ese punto). Además, al ser so>fs_o > f, el objeto está más allá del foco, condición necesaria para que una lente convergente forme imagen real.

ii) Altura de la imagen y potencia de la lente

La altura de la imagen se obtiene a través del aumento lateral mm:

m=siso=10025=4m = -\frac{s_i}{s_o} = -\frac{100}{25} = -4

La altura de la imagen es:

y=my=4×3 cm=12 cmy' = m \cdot y = -4 \times 3 \text{ cm} = -12 \text{ cm}

El signo negativo indica que la imagen está invertida respecto al objeto. La imagen tiene una altura de 12 cm12 \text{ cm} en valor absoluto, y es 4 veces mayor que el objeto.La potencia de la lente se define como la inversa de la distancia focal expresada en metros:

P=1f(m)=10,20 m=5 D (dioptrıˊas)P = \frac{1}{f(\text{m})} = \frac{1}{0{,}20 \text{ m}} = 5 \text{ D (dioptrías)}

Resultados resumen: la imagen se forma a si=100 cms_i = 100 \text{ cm} al otro lado de la lente, es real e invertida; la altura de la imagen es y=12 cm|y'| = 12 \text{ cm}; y la potencia de la lente es P=5 DP = 5 \text{ D}.