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9 de enero de 2018

Experimento: Tres lentes en un vaso

Los índices de refracción del agua y el aceite son 1,33 y 1,47 respectivamente. Puede parecer una diferencia muy pequeña, pero verás el efecto que produce con tus propios ojos.

En esta ocasión, puedes hacer que los alumnos apliquen lo que saben sobre lentes y que aprendan un truco útil para encontrar la distancia focal.
Objetivos de aprendizaje
La distancia focal de una lente no solo depende de su forma, sino también del índice de refracción del material con que está hecho.

Encontrar la distancia focal de lentes convergentes.

Materiales
Vasos de plástico o de vidrio, de preferencia con paredes lisas
Agua
Aceite
Papel rayado o cuadriculado

Preparación
Por favor, no te olvides de pensar en cómo vas a descartar el aceite después del experimento.
Tarea de los alumnos:
Llena el vaso con agua hasta la mitad y luego agrega un poco de aceite, vertiéndolo lentamente por una de las paredes del vaso. Después mira un papel rayado o cuadriculado a través del vaso.

¿Dónde están las tres lentes? ¿Cuál tiene más aumento?
Preguntas orientadoras (si es necesario):

¿Qué notas cuando sujetas el papel cerca del vaso y luego lo alejas?
› Las líneas de deforman: se agrandan cuando el papel está cerca y se achican cuando el papel se aleja.

¿Dónde ves esas deformaciones?
› En el agua, en el aceite y en la parte de arriba del vaso, que tiene aire.

¿Qué determina el «aumento» de una lente?
› Cuánto desvía los rayos de luz, generalmente medido como distancia focal.

¿Cómo puedes saber la distancia focal de estas lentes?
› Como enfocar luz del sol es difícil en este caso, es mejor confiar en otra propiedad de las lentes convergentes: solo invierten la imagen de los objetos que están a una distancia mayor que la distancia focal. Por ejemplo, si mueves tu mano de izquierda a derecha detrás del vaso se verá un movimiento de izquierda a derecha antes del punto focal y de derecha a izquierda detrás de él. En el punto focal, se ve la mano viniendo de los dos lados al mismo tiempo.
Conclusiones
Es bastante fácil darse cuenta de que el aceite y el agua en el vaso actúan como lentes cilíndricas. Una observación atenta revela que la parte del vaso que está arriba del aceite también deforma las líneas: como las paredes internas y externas del vaso tienen radios un poco diferentes, el vaso en sí mismo es una lente menisco débil. El aumento de las lentes puede medirse con la deformación que cada una provoca. Buscar la distancia focal es, sin duda, una forma más adecuada, pero en este caso solo sirve de pretexto para aprender un «truco» para descubrir la distancia focal.

Aunque el aceite tenga menor densidad que el agua, tiene un índice de refracción mayor que el agua y, de esta manera, se convierte en la lente con más aumento. Por otro lado, la lente formada solo por las paredes del vaso es tan débil que es difícil de determinar su distancia focal.

Fuente:

Cienciasión