Balearic PAU Physics study materials
Balearic PAU Physics study resources

Projectar una diapositiva amb una lent de distància focal limitada

Balearic PAU Physics · Put your knowledge to work in context.

All case studies

Projectar una diapositiva amb una lent de distància focal limitada

En una aula de física es vol projectar una diapositiva de 5,0 cm d'amplada sobre una pantalla situada a 2,00 m de la diapositiva. La imatge ha de tenir 1,00 m d'amplada. Es disposa de dues lents convergents, una de 85 mm i una altra de 100 mm de distància focal, i d'un carril que permet moure la lent entre la diapositiva i la pantalla, però la distància entre diapositiva i pantalla no es pot canviar. La diapositiva està ben il·luminada i centrada a l'eix de la lent. Es vol saber quina lent triar, on cal col·locar-la i quina imatge s'obtindrà realment. També cal tenir en compte que la imatge queda invertida i que la profunditat de camp és petita; si la lent no dona exactament 1,00 m, es pot retallar la diapositiva o acceptar una mida lleugerament diferent.

1. Calcula la distància focal que caldria i la posició de la lent per obtenir exactament 1,00 m d'amplada.

Read the worked answer

L'augment lateral és m = di/do = 1,00/0,050 = 20. Amb la distància objecte-imatge fixa: do + di = 2,00 m i di = 20do, d'on 21do = 2,00 m, do = 0,0952 m i di = 1,905 m. La lent prima dona 1/f = 1/do + 1/di = 1/0,0952 + 1/1,905 = 10,50 + 0,525 = 11,03 m^-1, així que f = 0,0907 m = 90,7 mm. La lent s'hauria de col·locar a 9,5 cm de la diapositiva i a 1,905 m de la pantalla. La imatge seria real, invertida i d'1,00 m d'amplada.

2. Analitza les dues lents disponibles amb la distància diapositiva-pantalla fixa de 2,00 m. Quina imatge dona cadascuna?

Read the worked answer

Per a L = do + di = 2,00 m, 1/f = 1/do + 1/(L−do), que porta a do^2 − Ldo + fL = 0. Per a f = 85 mm = 0,085 m: do = [2,00 − √(4,00 − 4×0,085×2,00)]/2 = (2,00 − 1,822)/2 = 0,0890 m; di = 1,911 m; m = 21,5; amplada = 5,0 cm × 21,5 = 1,07 m. Per a f = 100 mm = 0,100 m: do = (2,00 − √(4,00 − 0,800))/2 = (2,00 − 1,789)/2 = 0,1056 m; di = 1,894 m; m = 17,9; amplada = 0,897 m. Ambdues donen imatge real i invertida. La de 85 mm s'acosta més a 1,00 m, però se supera una mica; la de 100 mm es queda curta.

3. Si es tria la lent de 85 mm, on es col·loca i quina limitació té? Com es pot obtenir exactament 1,00 m?

Read the worked answer

Amb f = 85 mm i L = 2,00 m, la posició útil és do = 8,90 cm i di = 1,91 m, amb m = −21,5. Cal posar la lent a 8,9 cm de la diapositiva. La limitació és que la distància objecte-imatge està fixada: no es pot ajustar la mida movent només la lent sense perdre l'enfocament. Per obtenir exactament 1,00 m d'amplada amb aquesta lent, cal reduir l'objecte a 1,00/21,5 = 4,65 cm, per exemple tapant els marges de la diapositiva, o acceptar una imatge de 1,07 m. Si es mou la lent a l'altra solució de l'equació, la imatge és molt més petita i no serveix per projectar.