Guía 4 - Óptica geométrica

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Física 3
Meteorología - UNLC
Guía 4 - Óptica geométrica
Reflexión y refracción
1. Encuentre el ángulo de reflexión total para una interfaz aire-agua (nagua=1,33).
2. Un buceador en un lago mira hacia arriba a 27º de la vertical para ver un salvavidas
anular que flota en la superficie. A través del centro del salvavidas puede verse la punta
de una chimenea que se sabe mide 98 m de altura. ¿Cuán lejos del salvavidas está la
base de la chimenea?
3. Otro buzo ve el Sol bajo el agua en un ángulo aparente de 45°. ¿Cuál es la dirección
real del Sol?
4. Cuando un tanque rectangular de metal se llena con un líquido desconocido, un
observador con los ojos al nivel de la parte superior del tanque puede ver precisamente la
esquina E. Determinar el índice de refracción del líquido.
observador
E
5. Se tienen 3 medios distintos con índices n1, n2 y n3, separados entre sí por superficies
planas paralelas. Un rayo que incide sobre la superficie de separación entre n1 y n2 con un
ángulo de 45° sale rasante luego de refractarse en la superficie de separación entre n2 y
n3. Sabiendo que n2 = 1,5 y n3 = 1,2 calcule n1.
6. Un rayo de luz incide normalmente sobre la cara AB de un prisma de vidrio (índice de
refracción 1,52), como se muestra en la figura. Suponga que el prisma está inmerso en
aire y calcule el valor del ángulo X a partir del cual no existe refracción en la cara BC
(ángulo crítico o ángulo límite). ¿Cómo se modificaría el resultado anterior si el prisma
estuviera sumergido en agua?
Espejos
7. Si se coloca un objeto a 25 cm de un espejo plano, ¿a qué distancia se formará la
imagen y de qué tamaño será?
8. Una mujer ve correctamente a 25cm de distancia. ¿ a qué distancia de un espejo plano
debe colocar un objeto, para ver su imagen correctamente?
9. Suponga que un espejo cóncavo tiene un radio de curvatura de 60cm, y que debe
formar una imagen de un objeto que se encuentra a 2,4m de distancia del vértice: a) cuál
será el aumento resultante b) describa la imagen c) trace un diagrama de rayos
10. Si un objeto que está a 200cm del vértice de un espejo cóncavo esférico tiene su
imagen a 400cm frente al espejo ¿Cuál es la distancia focal de este? Describa la imagen
completamente.
11. Una lámpara tiene un brillante filamento vertical de 5,0cm de longitud; está colocada a
30cm de un espejo cóncavo, el cuál proyecta la imagen de la lámpara en una pared a
9,0m de distancia del vértice. a) ¿Cuál es el radio de curvatura del espejo? b) ¿De qué
tamaño es la imagen?
12. La cornea del ojo humano se comporta como un espejo convexo esférico cuándo se la
ve de cerca. Suponga que usted se ve a sí mismo reflejado en el ojo de alguien que está a
20cm de distancia y que el radio de la curvatura de la cornea es de 8cm. a) cómo se verá
su imagen b) ¿dónde estará?
13. Al conversar con alguien que usa anteojos para el sol, usted se ve reflejado en ellos.
Su cara está a 0,10m de distancia de los anteojos, cuyo radio de curvatura es de 1,00m.
a) ubique y describa la imagen b) trace un diagrama de rayos
Lentes
14. Una lente convergente tiene una longitud focal de 12 cm. Determine la posición, el
aumento, las características de la imagen (virtual/real, invertida/derecha) y realice el
trazado de rayos para un objeto real situado a las siguientes distancias de la lente: a) 20
cm, b) 5 cm y c) 12 cm.
15. El lente de proyección en un cierto proyector de diapositivas es un solo lente delgado.
Una diapositiva de 24 mm de alto se está proyectando de modo que su imagen llena toda
la pantalla de 1.8 m de altura. La distancia de la diapositiva a la pantalla es de 3 m. a)
Determine la longitud focal del lente de proyección. b) ¿A qué distancia de la diapositiva
debería colocarse el lente del proyector para formar la imagen en la pantalla?
16. Un objeto está colocado a 16 cm de una pantalla. a) ¿En cuáles dos puntos entre el
objeto y la pantalla se puede colocar una lente convergente, de 3,50 cm de longitud focal,
para obtener una imagen en la pantalla? b) ¿Cuál es el aumento de la imagen en cada
una de las posiciones de la lente?
17. Un fósforo de 5cm de altura está a 10 cm de una lente cóncava delgada, cuya
distancia focal es -30cm. Calcule el lugar y el tamaño de la imagen, y descríbala.
18. Una ventana de una de las naves espaciales, tiene una cara plana y la otra un poco
cóncava. Como resultado de lo anterior, tiene una distancia focal igual a –10 m. ¿Cómo se
ve el universo a través de ella? La luz de un faro está a 50 m de la ventana ¿a qué
distancia le parecerá que está, a alguien que la vea desde adentro de la nave?
19. Diseñe la lente para un proyector sencillo de transparencias de 35mm, que forme una
imagen en una pantalla a 10m de distancia, aumentada 100 veces.
Combinación de lentes
20. Una persona está de pié a 20,0 m de una lente positiva delgada con 0,50 m de
distancia focal. Tras esta lente, a 2,00 m de distancia y centrada en el mismo eje, está
otra lente positiva cuya distancia focal es de 1,00 m. ¿Dónde aparecerá la imagen de la
persona? Indique además si esta imagen será mayor, menor, derecha o invertida.
21. Dos lentes positivas delgadas, con distancias focales de 25 cm y 40 cm, están en un
eje común, separadas 130 cm. Una pieza de ajedrez de 5,00 cm se coloca a 50 cm frente
a la primera lente. ¿Dónde aparecerá su imagen? Trace un diagrama de rayos.
22. La luz solar que viaja a lo largo del eje central de un sistema de dos lentes, llega
primero a una lente positiva de 0,5 m de distancia focal. La segunda lente positiva tiene 60
cm de distancia focal y está a 170 cm detrás de la primera. ¿Dónde habrá que colocar una
pantalla, para ver una imagen clara del sol?
23. Un sistema óptico está formado por tres lentes con distancias focales + 10 cm, +20
cm, y +5cm. La primera y la segunda lentes están separadas 30 cm; la segunda y la
tercera 5 cm. Si se dirige luz paralela a la primera lente ¿a qué distancia de la tercera la
enfocará el sistema?
24. Una lente costosa, bien corregida contra aberraciones, está formada por tres lentes
simples de distancias focales + 10 cm, -20 cm, y + 5cm, pegadas entre sí. ¿Cuál es la
distancia focal combinada? ¿Puede formar imágenes reales?
25. Un microscopio compuesto está formado por un objetivo de 20x y un ocular de 5x.
¿Cuál es el aumento total del aparato?
26. Se usan dos lentes para formar un microscopio casero; se montan en un tubo,
separadas 10cm. Si el objetivo tiene una distancia focal de 10 mm y la distancia focal del
ocular es 30 mm, ¿Cuál es la longitud del tubo?