Come misurare la distanza focale di una lente convergente

Le lenti, elementi base di strumenti ottici quali il microscopio e il cannocchiale, o di strumenti atti a potenziare le capacità visive dell'organo della vista, l'occhio, sono costituite da materiali trasparenti (vetro o plastica) e delimitate da superfici sferiche in grado di rifrangere la luce. Se negli specchi le immagini si costruiscono con le leggi della riflessione, nelle lenti si costruiscono sfruttando le leggi della rifrazione. I raggi luminosi, passando attraverso le superfici che costituiscono le lenti, vengono rifratti e danno luogo a immagini reali o virtuali, ingrandite o rimpicciolite, diritte o capovolte a seconda del tipo di lente e della distanza tra la lente e l'oggetto. La finalità di questa prova di laboratorio consiste nel misurare la distanza focale di una lente convergente di cui non siano note le caratteristiche. Dovendo dare una definizione teorica di distanza focale, essa si può definire, facendo riferimento all'asse ottico (che è la retta che congiunge i centri di curvatura delle due facce della lente), come il punto di esso in cui vanno a concentrarsi i raggi che giungono paralleli all'asse: ciò è determinato dalla rifrazione della luce attraverso la lente considerata. Vediamo quindi come procedere.

• sorgente luminosa (lampada o proiettore) (n° 1 in figura)
• lente convergente con supporto (n°4)
• banco ottico (n° 2)
• schermo (n°5)
• diaframma con relativo supporto (n°3)
• asta millimetrata (n°6)

Per prima cosa, disponete il materiale occorrente come indicato nell'immagine principale di questa guida. Scegliete la posizione dell'oggetto rispetto alla lente, e spostate lo schermo in avanti e all'indietro fino a quando non avrete individuato una posizione tale per cui sullo schermo l'immagine dell'oggetto che si forma risulta essere nitida (ovvero a fuoco). Per determinare la distanza focale f, sulla base della misura della distanza p dall'oggetto, dovete ricorrere alla cosiddetta formula delle lenti sottili: (1/p) (1/q) = 1/f.

A questo punto, su uno stesso asse e con l'aiuto del banco ottico, ponete la sorgente luminosa, il diaframma, la lente convergente e, per finire, lo schermo. Proseguite poi effettuando, con l'asta millimetrata posta sulla guida, la misurazione della posizione della lente (xL). Leggete, inoltre, il valore corrispondente alla posizione del diaframma (xp). È il momento di accendere il proiettore. Ora procedete spostando lungo la guida lo schermo, finché su di esso non verrà messa a fuoco l'immagine dell'oggetto.

Non dimenticate di rilevare, con l'asta millimetrata la posizione dello schermo (xq). Dovete poi modificare nuovamente la posizione del diaframma e segnare il valore nuovo (xp). Vi consiglio di ripetere più volte le misurazioni. Per ricavare la distanza dell'oggetto e dell'immagine reale dalla lente, non dovete far altro che effettuare delle semplici sottrazioni: p = xL - xp e q = xq - xL. Per determinare la distanza focale basta applicare la seguente formula: f = (p * q)/(p q). Se effettuate più misure, potete calcolare il valore medio della distanza focale sommando i diversi valori trovati, e dividendo per il numero di misure che avete eseguito.

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