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Óptica geométrica: lentes y espejos

Extremadura · 2022 · Junio
Enunciado
Un objeto de 6 cm de altura está a una distancia de 8 cm de una lente divergente, cuya distancia focal es 4 cm. Determina:

a) la posición de la imagen; y

b) el tamaño de la imagen y las características de dicha imagen.

(Calificación de cada apartado, 1 punto).
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Resultado
  s′=−2,67 cm (a la izquierda de la lente)  \boxed{\;s' = -2{,}67\ \text{cm}\ \text{(a la izquierda de la lente)}\;}  y′=2 cm: virtual, derecha y menor  \boxed{\;y' = 2\ \text{cm}:\ \text{virtual, derecha y menor}\;}
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Estrategia

Usamos la ecuación de las lentes delgadas, 1s′−1s=1f′\dfrac{1}{s'} - \dfrac{1}{s} = \dfrac{1}{f'}, con el convenio de signos habitual (luz de izquierda a derecha, objeto a la izquierda: s<0s < 0). En una lente divergente la distancia focal imagen es negativa: f′=−4 cmf' = -4\ \text{cm}. Con s′s' sale el aumento lateral M=y′/y=s′/sM = y'/y = s'/s, y de ahí el tamaño y las características.
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Desarrollo

Datos con signo: s=−8 cms = -8\ \text{cm}, y=6 cmy = 6\ \text{cm}, f′=−4 cmf' = -4\ \text{cm} (divergente).

a) Despejamos 1/s′1/s' de la ecuación de las lentes:1s′=1f′+1s=1−4+1−8=−38 cm−1\frac{1}{s'} = \frac{1}{f'} + \frac{1}{s} = \frac{1}{-4} + \frac{1}{-8} = -\frac{3}{8}\ \text{cm}^{-1}s′=−83 cm=−2,67 cms' = -\frac{8}{3}\ \text{cm} = -2{,}67\ \text{cm}La imagen está a 2,67 cm2{,}67\ \text{cm} de la lente, a la izquierda (del mismo lado que el objeto), entre el foco y la lente.

b) Aumento lateral:M=y′y=s′s=−8/3−8=13=0,333M = \frac{y'}{y} = \frac{s'}{s} = \frac{-8/3}{-8} = \frac{1}{3} = 0{,}333y′=M y=13⋅6=2 cmy' = M\,y = \frac{1}{3}\cdot 6 = 2\ \text{cm}Características de la imagen:
  • Virtual: s′<0s' < 0, se forma con las prolongaciones de los rayos y no se puede recoger en una pantalla.
  • Derecha: M>0M > 0, tiene la misma orientación que el objeto.
  • Menor: ∣M∣<1|M| < 1, mide la tercera parte del objeto.
Trazado de rayos. El rayo que llega paralelo al eje sale divergiendo como si viniera del foco imagen F′F' (a 4 cm a la izquierda de la lente); el que pasa por el centro óptico no se desvía. Sus prolongaciones hacia atrás se cortan a 2,67 cm de la lente, en una imagen derecha de 2 cm. Es lo que hace siempre una lente divergente con un objeto real: imagen virtual, derecha y menor.
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Consejo

El dato «distancia focal 4 cm» viene sin signo: en una lente divergente toma f′=−4f' = -4 cm. Si lo pones positivo, la imagen te saldrá real y eso ya te avisa del error.

Una lente divergente con un objeto real da siempre la misma imagen: virtual, derecha y menor.
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