Experimento 3 La prueba de la Navaja de Foucault

Transcripción

1 Epeimento 3 La pueba e la Navaja e Foucault Objetivos Entene el moelo e ayos paa la fomación e imágenes. Entene la pueba e la navaja como pueba e un sistema óptico. Demosta el efecto Schlieen. 3.. La pueba e la navaja en lentes. Intoucción La pueba e la navaja es una pueba óptica basaa en la óptica geomética paa sistemas ópticos (Malacaa, 7). La iea es bloquea ayos y así obtene una istibución e luz que a infomación sobe el sistema. En este epeimento van a usa la pueba e la navaja paa investiga la fomación e imágenes en una lente simple y el efecto Schlieen. Figua 3.: La geometía e la pueba e la navaja El pincipio e esta pueba se puee ve en la figua 3.. Colocano la navaja en la posición A en la figua, el obsevao no puee ve ayos que povienen e la pate infeio e la lente; en la posición B, el obsevao no puee ve ningún ayo (si la imagen es pefecta); y en la posición C el obsevao no puee ve ayos que pasan po la pate supeio e la lente. El patón e luz que ve el obsevao epene e la posición e la navaja y también e las abeaciones e la lente que afectan la istibución e ayos. La fómula e los fabicantes e lentes a la istancia focal e la lente en téminos e sus paámetos (Hecht, ): + S S o i f ( n ) R R (3.) 47

2 ambién, es conocio que paa viios nomales ( azul) n( ojo) n > (Hecht, ), entonces f azul < f ojo (3.) y la imagen en el azul ebe apaece más ceca a la lente (con una istancia e la imagen más pequeña) que la imagen oja. Ésta es una meia e la abeación comática e la lente. oceimiento epeimental. Monte el aeglo epeimental mostao en la figua 3.. El iafagma vaiable ebe estalo más ceca posible a la lente. o comoia, aegle que el sistema tenga una magnificación e. Figua 3.: El aeglo epeimental paa la pueba e la navaja con una lente. Ciee el iafagma paa eja pasa la luz sólo po la pate cental e la lente (ente.5cm y cm iámeto). Lentamente mueva la navaja (ese afuea hasta aento el haz; aiba y abajo en la Figua 3.) paa bloquea la luz paa ifeentes posiciones e la navaja (antes e la imagen, en la imagen y espués e la imagen; e izquiea a eecha en la figua 3.). Desciba y eplique sus obsevaciones en téminos e los ayos que foman la imagen. 3. Ahoa, aba eliafagma (o quítelo el sistema) y use toa la abetua e la lente. Repita el paso. Dibuje y eplique los patones que se ven en téminos e los ayos que foman la imagen. 4. Veifique si sus obsevaciones son consistentes con la ecuación (3.). 5. Repita el punto 3, peo utilizano un oblete (una combinación e os lentes). Desciba y eplique sus obsevaciones en téminos e los ayos que foman la imagen. (Las lentes obletes también se conocen como lentes acomáticas. Son una combinación e os lentes e ifeentes viios paa euci la abeación esféica y la abeación comática cuano el objeto está en el eje óptico e las lentes). 3.. La pueba e la navaja en un espejo esféico En este epeimento van a usa la pueba e la navaja paa investiga la efleión e luz en un espejo esféico. oceimiento epeimental. Monte el aeglo epeimental mostao en la figua 3.3. Aegle que el espejo amplifica la imagen po un facto e aleeo e. Reuzca el ángulo e inciencia e la luz sobe el espejo lo más 48

3 posible paa euci la abeación e astigmatismo en la imagen (con astigmatismo la imagen se cambia e una línea hoizontal a un cículo a una línea vetical al move la pantalla).. Cote una abetua cicula con uniámetoe apoimaamente 3cm en una hoja e papel nego y colóquela en fente el espejo e tal foma que sólo se puea ve la efleión e la pate cental el espejo. Lentamente mueva la navaja paa bloquea la luz eflejaa paa ifeentes posiciones e la navaja (antes e la imagen, en la imagen y espués e la imagen en la figua 3.3). Desciba y eplique tus obsevaciones en téminos e los ayos que foman la imagen. 3. Ahoa quite la hoja e papel nego y usa toa la abetua el espejo. Repita el paso. Dibuje y eplique los patones que se ven en téminos e los ayos que foman la imagen. Figua 3.3: El aeglo epeimental paa la pueba e la navaja con un espejo 3.3. Utilizano un espejo y un objeto caliente, emuesta el efecto Schlieen. 3.4 La pueba e la navaja paa mei el ancho e un haz Gaussiano El haz e un láse se enomina un haz Gaussiano, po su pefil tansvesal e intensia. En ecuaciones, se puee escibi el pefil el haz como (Yaiv, 977): I ep (3.3) en one I es la intensia, es la posición aial ento el haz, es la intensia máima en el haz, y es una meia el ancho el haz (cuano la intensia cae a / e e su valo máimo). Cotano el haz como se inica en la figua 3.4, y miieno la intensia como se muesta en la figua 3.5, la señal etectaa es que se puee escibi como ( ) ( ) + y ) y ep (3.4) 49

4 5 y y ep ep ep (3.5) Figua 3.4 Cotano un haz Gaussiano Figua 3.5 El aeglo epeimental paa mei el ancho e un haz e láse Esta epesión puee se escita en téminos e la función e eo (Abamowitz, 97) t t ef ep π Sustituyeno esta epesión en la ecuación (3.5) y espués e ealiza un cambio e vaiables, se obtiene ef (3.6) oceimiento epeimental Utilice el aeglo e la Figua 3.5. Asegue que el etecto eciba toa la luz el láse. Realice un baio e la navaja paa i cotano el haz y mei la intensia e la luz en caa posición e la navaja. Utilizano un pogama e computaoa ajuste la ecuación (3.6) a los atos obtenios paa

5 y su eo. Cambie la istancia ente el láse y el etecto, aseguano ota mei el paámeto vez que el etecto eciba toa la luz el láse, y epita la meición y ajuste paa obtene el ancho el haz en esta nueva posición. Inique si el haz el láse es un haz Gaussiano, y si el haz está colimao, convegieno o ivegieno al sali el láse. Bibliogafía Abamowitz M., Stegun I.A., (97) Hanbook of Mathematical Functions, Dove ublications, Nueva Yok Hecht E.J., (), Óptica, Aison Wesley, Mai Malacaa D., (7), Optical Shop esting, hi Eition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jesey Yaiv A., (977), Intouction to Optical Electonics, Secon Eition, Holt-McDougall, Lonon 5