ÓPTICA GEOMÉTRICA DEFECTOS OJO

ÓPTICA GEOMÉTRICA Y LUZ. DEFECTOS DEL OJO:ÓPTICA GEOMÉTRICA DEFECTOS OJO

La ÓPTICA GEOMÉTRICA se ocupa de los fenómenos ópticos que pueden ser interpretados considerando únicamente que la luz está constituida por rayos rectilíneos que proceden de un foco emisor. Con esta idea se pueden explicar los fundamentos de los dispositivos ópticos como espejos, lentes y aparatos más complicados como microscopios y telescopios.

EJERCICIO F2BE1292:

Calcula el índice de refracción de una sustancia respecto del aire sabiendo que su ángulo límite es de 30º.

DATO: naire=1

Vídeo donde se resuelve este ejercicio y se añaden breves explicaciones teóricas:  https://youtu.be/N6Ia2kTJPVc

EJERCICIO F2BE1293:

Un rayo de luz monocromática que se propaga en un medio de índice d refracción 1,58 penetra en otro medio de índice de refracción 1,23 formando un ángulo de incidencia de 15º (respecto a la normal) en la superficie de discontinuidad entre ambos medios.

a.- Determinar el valor de ángulo de refracción correspondiente al ángulo de incidencia anterior.

b.- Definir ángulo límite y calcular el valor para los dos medios anteriores.

Enlace al vídeo donde se resuelve este ejercicio: https://youtu.be/p2cPi_guzAg

EJERCICIO F2BE2427:

Un rayo de luz que se propaga en un cristal de cuarzo tiene un ángulo límite de 39o respecto del vacío. Hallar la velocidad de la luz en el cristal de cuarzo.

DATO: vluz en el vacío=3·108 m/s

IR AL ARTÍCULO CON LA SOLUCIÓN DEL EJERCICIO: PRUEBA DE EXAMEN DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO

EJERCICIO F2BE2047

El robot Fénix-1 utiliza una cámara para fotografiar el suelo del planeta Hermione. La focal de la lente es 20 cm:

a.- Indicar el tipo de lente.

b.- Hallar la potencia de la lente.

c.- Hallar la posición de la imagen de un objeto situado a 35 cm de la cámara.

d.- Hallar la altura de la imagen de un objeto situado a 35 cm de la cámara que tiene una altura de 25 cm.

e.- Indicar las características de la imagen del objeto que se menciona  en el apartado anterior.

f.- Para la situación descrita dibujar el trazado de rayos correspondiente.

Enlace al vídeo donde se resuelve este ejercicio: https://youtu.be/bm3wYmTnc0g

EJERCICIO F2BE2431: Ejercicio de lente desconocida

Dentro de un telescopio antiguo nos hemos encontrado con una lente. Haciendo pruebas hemos visto que forma la imagen de un objeto de 10 cm de alto, que se encuentra a 30 cm de la lente, a una distancia de 7,5 cm de la lente. La imagen que se forma está derecha.

a.- Hallar la altura de la imagen.

b.- El tipo de lente y su potencia.

c.- Las distancias focales.

d.- Las características de la imagen

e.- Realizar el trazado de rayos correspondiente.

SOLUCIÓN: 0,025 m; Divergente, -10 D; -0,1 m, 0,1 m; menor, virtual, derecha

VÍDEO CON LA SOLUCIÓN DEL EJERCICIO: https://youtu.be/pkOJqB4rO1w

EJERCICIO F2BE2432:

Un objeto de 40 cm de altura se encuentra a 1,80 m de una lente de +1 dioptría. Hallar:

a.- La posición donde se forma la imagen.

b.- La altura de la imagen.

c.- Las características de la imagen.

d.- La posición del foco objeto y del foco imagen.

e.- Realizar el trazado de rayos correspondiente para la situación descrita.

f.- Indicar el tipo de lente, la potencia de la misma y su aumento lateral.

SOLUCIÓN: 2,25 m; -0,5 m; Mayor, real, invertida; -1 m, 1 m; Convergente, 1 D, -1,25

EJERCICIO F2BE2433:

Para una lente de distancia focal +10 cm, indicar las características de la imagen cuando el objeto se encuentra a una distancia de 15 cm de la lente. Obtener el aumento lateral y la distancia donde se forma la imagen.

SOLUCIÓN: Mayor, real, invertida; -2; 0,3 m

EJERCICIO F2BE2434:

Para una lente de distancia focal +10 cm, indicar las características de la imagen cuando el objeto se encuentra a una distancia de 7,5 cm de la lente. Obtener el aumento lateral y la distancia donde se forma la imagen.

SOLUCIÓN: Mayor, virtual, derecha; 4; -0,3 m

EJERCICIO F2BE2435: Ebau Canarias 2021

Un objeto de 2,5 cm de alto está situado a 0,75 cm de una lente. La imagen formada es de 4 cm de alto.

a.- ¿A qué distancia de la lente se forma la imagen del objeto?

b.- ¿Cuánto valen la distancia focal y la potencia de la lente? ¿Se trata de una lente convergente o divergente? Razone su respuesta.

c.- Dibuje el trazado de rayos y determine la posición a la que debe situarse el objeto, respecto de la lente, para que su imagen se forme en el infinito.

EJERCICIO F2BE2436: Ebau Canarias 2021

Una lente convergente de distancia focal +16 cm proyecta la imagen nítida de un objeto, de 3 cm de alto, sobre una pantalla que se encuentra a 4 m de la lente.

a.- Dibuje el diagrama de rayos de la situación planteada.

b.- ¿A qué distancia de la lente está colocado el objeto?

c.- ¿Cuál es el aumento lateral de la imagen y la potencia de la lente?

EJERCICIO F2BE2437:

Un proyector de diapositivas, con una distancia focal de +15 cm, proyecta la imagen nítida de una diapositiva de 3,5 cm de alto, sobre una pantalla que se encuentra a 4 metros de la lente.

a.- Indicar la distancia a la que está colocada la diapositiva de la lente.

b.- Hallar el tamaño de la imagen.

c.- Obtener el aumento de la lente en esta situación.

SOLUCIÓN: -0,156 m; -0,9 ;-25,6

EJERCICIO F2BE2446:

Una lente de un microscopio aumenta el tamaño del objeto 5 veces. Se sabe que un objeto de 5 cm de alto colocado a 20 cm de la lente forma la imagen invertida.

a.- La altura de la imagen.

b.- La posición de la imagen.

c.- El tipo de lente y su potencia.

d.- Las distancias focales.

e.- Las características de la imagen.

f.- Realizar el trazado de rayos para la situación descrita.

SOLUCIONES: 0,25 m; 1 m; +6 D; ±0,167 m; Real, mayor tamaño, invertida

EJERCICIO F2BE2447:

Una lente forma la imagen invertida de un objeto de 5 cm de alto, que se encuentra a 20 cm de la lente, a una distancia de 5 cm de la lente. Obtener:

a.- La altura de la imagen.

b.- La posición de la imagen.

c.- El tipo de lente y su potencia.

d.- Las distancias focales.

e.- Las características de la imagen.

f.- Realizar el trazado de rayos para la situación descrita.

SOLUCIONES: 0,0125 m; +0,05 m; +25 D; ±0,04 m; Real, menor tamaño, invertida

IR A LA RESOLUCIÓN PASO A PASO DEL EJERCICIO: EJERCICIO DE ÓPTICA, DE LENTES, PARA FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO

EJERCICIO F2BE2048:

La miopía dificulta la visión de objetos lejanos y se corrige con una lente divergente que hace que el conjunto de lente y cristalino forma la imagen de un objeto lejano sobre la retina.

Disponemos de una lente divergente de una persona miope que tiene una potencia de -5 dioptrías.

a.- Hallar la distancia focal imagen de la lente.

b.- Hallar la posición de la imagen vista a través de la lente de un objeto situado a 1,5 m de la lente.

c.- Indicar las características de la imagen.

d.- Dibujar el trazado de rayos correspondiente.

Enlace al vídeo donde se resuelve este ejercicio: https://youtu.be/qWZ25_7bA34

EJERCICIO F2BE2438:

Hemos visto que una de las lentes de un microscopio aumenta el tamaño del objeto 5 veces. La lente forma la imagen invertida de un objeto de 5 cm de alto, que se encuentra a 20 cm de la lente a una distancia de 5 cm de la lente.

a.- La altura de la imagen.

b.- La posición de la imagen.

c.- El tipo de lente y su potencia.

d.- Las distancias focales.

e.- Las características de la imagen.

f.- Realizar el trazado de rayos para la situación descrita.

EJERCICIO PARA PENSAR, YA QUE EL DATO DEL AUMENTO CONTRADICE EL RESTO DE LOS DATOS. SE VALORARÁ CAER EN LA CUENTA DE ELLO. NO OBSTANTE EN LOS CASOS EN QUE NO SE CAIGA EN LA CUENTA DE LA FALTA DE COHERENCIA DE LOS DATOS, SE VALORARÁ EN FUNCIÓN DEL DATO DE PARTIDA ELEGIDO. INTERESANTE LA CONSULTA DE LAS SOLUCIONES.

SOLUCIÓN DEL EJERCICIO EN: PRUEBA DE EXAMEN DE FÍSICA DE 2º BACHILLERATO (X883)

EJERCICIO F2BE2444: X806

El satélite Suspendidus II, cuya principal función es el estudio de la evolución de la calima sobre Tenteniguada, dispone de una cámara que dispone de una lente de +5 D.

TAREA 1:

a.- Hallar la posición de la imagen de un objeto de 9 cm de alto colocado a una distancia de 30 cm de la lente.

b.- Hallar la altura de la imagen que se forma.

c.- Hallar el aumento lateral, indicando el significado del signo que resulta.

c.- Indicar las características de la imagen.

TAREA 2:

a.- Hallar la posición de la imagen de un objeto de 9 cm de alto colocado a una distancia de 40 cm de la lente. (1 punto)

b.- Hallar la altura de la imagen que se forma.

c.- Hallar el aumento lateral en este caso, indicando el significado del signo que resulta para el mismo.

d.- Indicar las características de la imagen.

TAREA 3:

Contrastar, representando a escala 1:10 las situaciónes de las dos tareas anteriores y realizando el trazado de rayos correcto.

TAREA 4:

Si la lente mencionada fuera biconvexa, de vidrio con n=1.33, con los radios de curvatura iguales en valor absoluto, hallar el valor de cada uno de los radios de la lente.

La puntuación se distribuye por igual entre las 4 tareas.

EN EL VACÍO, LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (ONDAS DE RADIO, LUZ…) VIAJAN A LA VELOCIDAD DE LA LUZ. CUANDO SE PROPAGAN EN UN MEDIO MATERIAL, SE FRENAN DEPENDIENDO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO. EN EL AIRE APENAS SUFREN VARIACIÓN, CON LO QUE SE CONSIDERA QUE EN EL AIRE LA VELOCIDAD DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ES LA MISMA QUE EN EL VACÍO.

CUANDO UNA ONDA PASA DE UN MEDIO A OTRO DE ÍNDICE DE REFRACCIÓN DIFERENTE, CAMBIA SU VELOCIDAD, PERO SU FRECUENCIA NO CAMBIA, YA QUE EL FRENTE DE ONDA REFRACTADO SUSTITUYE INMEDIATAMENTE AL FRENTE DE ONDA INCIDENTE. COMO  c=λ·f ; CAMBIARÁ SU LONGITUD DE ONDA.

EJERCICIO F2BE2092:

Por 5G se entiende en telecomunicaciones la quinta generación en tecnología de teléfonos móviles, que se pretende que para 2025 sustituya a la 4G. Las bandas más altas de la tecnología 5G se encuentran entre los 25 y 39 GHz, para alcanzar velocidades de descarga en el rango de los Gbit/s, similar a la que se alcanza con Internet por cable.

Suponiendo que un teléfono móvil funciona con ondas electromagnéticas de frecuencia 30 GHz:

  1. Hallar el periodo, la longitud de onda y el número de onda en el aire.
  2. Si resulta que la onda entra en un medio en el que su velocidad sufre una disminución, reduciéndose al 85% de su velocidad, obtener los valores de la frecuencia y la longitud de onda en ese nuevo medio.
  3. Hallar el índice de refracción del nuevo medio.

DATOS: 1 GHz=109 Hz; c=3·108 m/s; naire=1

Enlace al vídeo donde se resuelve el ejercicio: https://youtu.be/H9bZIYmmSW8

EJERCICIO F2BE2093:

Un rayo láser es radiación electromagnética, que con un sistema de amplificación de la luz produce rayos de enorme intensidad. El rayo láser visible tiene longitudes de onda de 400 a 700 nm. No es un juguete y puede producir daños en el ojo irreversibles, así como en la piel.

Se hace incidir un rayo láser cuya longitud de onda en el aire es de 520 nm sobre un trozo de vidrio. Los rayos reflejados y refractados forman ángulos de  40o y de 30o respectivamente.

Hallar el índice de refracción del cristal y la longitud de onda de la luz láser en el interior del vidrio.

DATOS: 1 nm=10-9 m; naire=1

Enlace al vídeo donde se resuelve el ejercicio: https://youtu.be/jNE-nPQq13c

DEFECTOS DEL OJO HABITUALES: MIOPÍA E HIPERMETROPÍA:

OJO NORMAL:

El ojo normal es una estructura casi esférica de unos 2,5 cm de diámetro.

EL PUNTO REMOTO ES EL PUNTO MÁS LEJANO QUE SE PUEDE VER CON NITIDEZ. En un ojo normal a partir de 5 o 6 metros todo te aparece enfocado, incluso objetos muy lejanos como las estrellas, con lo que en ojos normales el punto remoto está en el infinito.

EL PUNTO PRÓXIMO ES EL PUNTO MÁS CERCANO AL OJO QUE PUEDE VERSE CON NITIDEZ. EN UN OJO NORMAL ESTÁ ENTRE 15 Y 20 CM. (no ves bien más cerca de esa distancia)

EL OJO DE UNA PERSONA CON VISTA NORMAL (EMÉTROPE) PUEDE VER CON NITIDEZ LOS OBJETOS ENTRE ESOS DOS PUNTOS.

CRISTALINO Y MÚSCULOS CILIARES:

LA LENTE DEL INTERIOR DEL OJO ES EL CRISTALINO, QUE ES UNA LENTE BICONVEXA QUE PUEDE MODIFICAR SU CURVATURA CON LOS MÚSCULOS CILIARES. Cuando el objeto que pretendemos ver se acercan al ojo los músculos ciliares se tensan y contraen el cristalino, lo que aumenta su curvatura y reduce su distancia focal, para que la imagen se forma nítidamente en la retina. Este proceso se llama acomodación.

OJO MIOPE:

EL OJO MIOPE TIENE EL PUNTO REMOTO MUY CERCANO (ESTÁ A UNA DISTANCIA FINITA). NO VÉ BIEN LOS OBJETOS ALEJADOS. FORMA LA IMAGEN DELANTE DE LA RETINA.

PUEDE SER DEBIDO A QUE EL OJO ES DEMASIADO PROFUNDO O PORQUE EL CRISTALINO TIENE DEMASIADA CURVATURA.

PARA CORREGIR LA MIOPÍA LA LENTE DEBE FUNCIONAR DE MODO QUE EL INFINITO TE LO ACERQUE AL PUNTO REMOTO, QUE ES EL PUNTO MÁS ALEJADO QUE VE CON NITIDEZ. SE CORRIGE CON UNA LENTE DIVERGENTE.

ES CONVERTIR EL PUNTO REMOTO EN EL FOCO DE LA LENTE.

POR ELLO f´= – Punto remoto , (lente divergente, foco negativo) y sus dioptrías P=1/f´

OJO HIPERMÉTROPE:

EL OJO CON HIPERMETROPÍA TIENE EL PUNTO PRÓXIMO MÁS ALEJADO DE LO NORMAL. FORMA LA IMAGEN DETRÁS DE LA RETINA.

PUEDE SER PORQUE EL OJO ES POCO PROFUNDO O A QUE LA CÓRNEA O EL CRISTALINO TIENEN UNA POTENCIA ÓPTICA DISMINUIDA.

PARA CORREGIR LA HIPERMETROPÍA LA LENTE DEBE FUNCIONAR DE MODO QUE LA IMAGEN TE LA COLOQUE EN EL PUNTO PRÓXIMO DEL OJO, QUE ES EL PUNTO MÁS CERCANO QUE VÉ CON NITIDEZ. SE CORRIGE CON UNA LENTE CONVERGENTE.

ES CONVERTIR LA IMAGEN DE UN OBJETO CERCANO EN SU PUNTO PRÓXIMO.

OJO PRÉSBITA (PRESBICIA):

ES LA PÉRDIDA DE CAPACIDAD DE ACOMODACIÓN QUE SUFREN LAS PERSONAS CON LA EDAD, POR RIGIDEZ DEL CRISTALINO (PÉRDIDA DE FLEXIBILIDAD), SE CONOCE COMO VISTA CANSADA.

EL PUNTO PRÓXIMO SE ALEJA Y SE DIFICULTA LA VISIÓN A DISTANCIAS CORTAS.

SE CORRIGE CON LENTES CONVERGENTES QUE LLEVAN LA IMAGEN DEL OBJETO AL PUNTO PRÓXIMO DE LA PERSONA.

ASTIGMATISMO:

Las personas que lo presentan tienen habitualmente la córnea deformada, con una curvatura vertical diferente de la horizontal, como un balón de rugby, frente a la situación normal esférica, lo que produce que no se enfoquen correctamente ni los objetos cercanos ni los lejanos. Se corrige con lentes cilíndricas.

EJERCICIO F2BE2526, DEL COMPORTAMIENTO DEL CRISTALINO COMO LENTE Y SU TRATAMIENTO DESDE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA:

El ojo humano se puede considerar como un sistema óptico con una lente, el cristalino, en un extremo del globo ocular (para este estudio de 15 mm de diámetro) y en el otro extremo la retina (donde deben formarse las imágenes de objetos lejanos para ser percibidas con nitidez). Hallar:

a.- La potencia del cristalino que estamos considerando y confirmar el tipo de lente que es.

b.- Suponiendo que este cristalino se mantiene sin acomodación, hallar la posición de la imagen de un objeto situado a 60 m del cristalino e indicar si se va a percibir con nitidez.

c.- Hallar el tamaño de la imagen de una farola de 8 m de altura que se encuentra a 80 m del ojo, e indicar si se va a percibir con nitidez.

d.- Hacer comentarios sobre los valores de la distancia imagen de los apartados b y c.

NOTA: La exactitud, en virtud de los datos, debe ser al milímetro.

IR AL ARTÍCULO CON LA RESOLUCIÓN PASO A PASO DE ESTE EJERCICIO Y OTROS DE INTERÉS PARA FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: EXAMEN RESUELTO DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: CAMPO ELECTROSTÁTICO, MAGNÉTICO, ONDAS, RELATIVIDAD, CUÁNTICA, ÓPTICA Y DEFECTOS DEL OJO.

EJERCICIOS F2BE2094 Y F2BE2095, LA MIOPÍA Y LA HIPERMETROPÍA ENFRENTADAS:

EJERCICIO F2BE2094:

Un ojo miope se comporta de modo que el punto remoto está a 50 cm. ¿Qué lente se necesita para corregir esto?.

INDICACIÓN: La lente para corregir el defecto debe formar la imagen del infinito (punto remoto normal) en el punto remoto de la persona con miopía.

EJERCICIO F2BE2095:

El punto próximo de una persona se encuentra a 1,20 metros de distancia. Indicar la alteración que presenta su ojo, la lente que la puede corregir y las dioptrias de las gafas que le permitirían poder leer a 25 cm de distancia.

INDICACIÓN: La lente debería colocar la imagen del libro en el punto próximo del ojo.

IR AL VÍDEO QUE RESUELVE LOS DOS EJERCICIOS: https://youtu.be/BLtL3ESsc5c

EJERCICIO F2BE2519:

Una persona de 57 años con presbicia ha comprobado que su punto próximo está a 80 cm.

a.- ¿Podrá leer con comodidad a 25 cm?

b.- Indicar el tipo de lentes y la potencia de las gafas que necesita para poder leer a esos 25 cm del apartado anterior.

SOLUCIÓN: P=2,75 D

CUESTIONES CORTAS F2BE2520:

A.- ¿Por qué las personas mayores llevan gafas para leer?.

B.- ¿Por qué vemos a personas mayores que para leer en el supermercado las calorías del yogur se lo alejan estirando la mano?.

C.- ¿Por qué se dice que un miope es «corto de vista»?

D.- ¿Por qué se le dice a la presbicia «vista cansada»?

E.- ¿Qué sufren los alumnos que no ven bien la pizarra en clase?, ¿cómo puede corregir este defecto de la vista?.

F.- ¿Por qué un hipermétrope y un presbita utilizan lentes convergentes y un miope divergentes?

EJERCICIO F2BE2521:

Un individuo con miopía constata que tiene su punto remoto a 16,7 cm. Hallar la potencia e indicar el tipo de las lentes que necesita para poder ver objetos situados en el infinito.

SOLUCIÓN: -6 D

EJERCICIO F2BE2522:

El punto remoto de cierta persona está a 6 m. Hallar:

a.- La lente que necesita para ver el infinito sin acomodación y la potencia de la lente.

b.- ¿Qué defecto óptico puede presentar la persona?

EJERCICIO F2BE2523:

Un alumno no ve claramente los objetos situados más alejados de 2,5 m, su punto remoto. Hallar:

a.- La dolencia de su vista.

b.- La distancia focal de las lentes que debe utilizar para corregir ese defecto óptico.

c.- El tipo de lentes.

d.- La potencia de las lentes.

SOLUCIÓN: -0,4 D

EJERCICIO F2BE2524:

El cristalino del ojo humano se puede considerar una lente. Si el diámetro del globo ocular de un determinado ojo es de 25 mm, hallar la potencia y la distancia focal del cristalino cuando lees las calorías de una lata de atún desde 55 cm de distancia; indicar además el tipo de lente que es el cristalino.

EJERCICIO F2BE2527:

Sabemos que el ojo de una persona se comporta de modo que tiene el punto remoto a 75 cm.

a.- Indicar el tipo de defecto que tiene, el tipo de lentes que debe usar y la potencia de la lente que corregiría el problema (explicando el proceso).

b.- Con la lente que corrige su problema, hallar la posición de la imagen de un objeto de 25 cm de alto que se coloca a 1 m de la lente, realizando el trazado de rayos correspondiente, e indicando las características de la imagen.

IR AL ARTÍCULO CON LA RESOLUCIÓN PASO A PASO DE ESTE EJERCICIO Y OTROS DE INTERÉS PARA FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: EXAMEN RESUELTO DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: CAMPO ELECTROSTÁTICO, MAGNÉTICO, ONDAS, RELATIVIDAD, CUÁNTICA, ÓPTICA Y DEFECTOS DEL OJO.

PODRÍA INTERESAR LA VISITA AL SIGUIENTE ARTÍCULO DEL PROYECTO, DONDE SE DESARROLLAN LAS ASIGNATURAS DE FÍSICA Y QUÍMICA DE SECUNDARIA Y BACHILLERATO:

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