Galicia. Examen PAU resuelto de Física. Junio 2014

C3.  En una onda de luz: a) los campos eléctrico E y magnético B vibran en planos paralelos;  b) los campos E y B vibran en campos perpendiculares entre sí; c) la dirección de propagación es la de vibración del campo eléctrico.

(Dibuja la onda de luz)

La respuesta correcta es la b. En el interior de un "chorro de luz", discurren un campo eléctrico y un campo magnético que fluctúan. Como los campos eléctricos variables generan campos magnéticos, y los campos magnéticos variables generan campos electricos, el resultado es una sucesión infinita de campos que se generan mutuamente de forma indefinida, hasta el infinito.

Esta sucesión infinita de campos eléctricos y magnéticos discurre hacia adelante, aljejándose de la fuente que los crea. Sin embargo, las oscilaciones de los campos eléctricos son perpendiculares entre sí. Es decir, que si el campo eléctrico fluctúa de arriba hacia abajo, el campo magnético generado, fluctúa de derecha a izquierda, y ambos campos fluctúan en perpendicular a su trayectoria de avance. Por esta razón, se suele representar a las ondas electromagnéticas de la siguiente forma:

C4.    Describe brevemente cómo se puede medir en el laboratorio la focal de una lente convergente.

Para medir en el laboratorio la distancia focal de una lente convergente haremos un  montaje como el de la figura, donde A es un foco luminoso, B es una lente convergente situada de tal modo que los rayos que recibe de A sean paralelos, C es un objeto a reproducir, D es la lente convergente a estudio y E es una pantalla donde se forma la imagen, que se busca que sea real e invertida.

El objeto debe estar alineado (con el plano de simetría de lentes y pantallas perpendiculares a la línea central de unión de los mismos) al eje óptico. Para asegurar el montaje, los elementos deben ir colocados, por ejemplo, en bastidores, siendo ésta la solución que encuentran las cajas de los equipos didácticos de óptica. Además, son convenientes barreras que limiten el paso de la luz por los laterales (“pupilas” de entrada de luz y/o de salida) para evitar excesiva luminosidad y otras interferencias de tipo luminoso, al igual que es buena una limitación importante de luz externa a la experiencia, lo que facilita la claridad de la imagen.

Para asegurar una claridad uniforme en la imagen, debemos encontrar también un origen plano (por ejemplo, una diapositiva), ya que como se puede observar en las expresiones teóricas, las imágenes de un punto a una determinada distancia del plano focal serán formadas en un determinado plano, y, si el origen no es plano, las imágenes de puntos diferentes se formarían en planos también diferentes, y no todas en el plano de la pantalla.

Como precaución, debemos acordarnos de que las superficies ópticamente activas, como las de las lentes, deben estar limpias, sin marcas de dedos, por ejemplo, lo que siempre hace que la imagen empeore su calidad. Y, en cuanto a la seguridad, al necesitar luz, tener precaución con las normas de uso de aparatos eléctricos.

Una vez colocada la lámpara, es necesario lograr que los rayos sigan caminos paralelos, lo que se obtiene intercalando una lente convergente a una distancia de ella igual a su distancia focal (por definición, un objeto colocado a la distancia focal de una lente forma su imagen en el infinito). Una vez recogidos los rayos paralelos, hacemos que estos incidan sobre el objeto origen y luego sobre la lente que da base a la experiencia. Al otro lado de la lente, colocaremos una pantalla para formar la imagen. Manteniendo la situación del origen, y variando la posición de la lente y de la pantalla, podemos observar las posibilidades de formación de imágenes, su claridad, y su tamaño relativo, su realidad o virtualidad, etc. Debemos tener en cuenta que la imagen dada por una lente convergente de objetos situados a una distancia menor que la focal es virtual, es decir, se forma en el mismo lado de la lente que el objeto, con lo que no puede ser recogida por una pantalla.

Como sabemos que cuando se forma una imagen de un objeto en una pantalla a través de una lente, la suma de las inversas de la distancia objeto, s, y de la distancia imagen, s’, es una cantidad constante, característica de dicha lente y a la que llamamos distancia focal. Es decir:

Lo que haremos, por lo tanto, es variar la posición de la lente y de la pantalla y anotaremos, para cada caso, la distancia a la que se encuentra el objeto y la imagen. Después completaremos una tabla como la siguiente, que nos permitirá calcular la distancia focal: