Física - Optica

Contenido

La lupa. Microscopio compuesto. Telescopio. La cámara fotográfica.

Instrumentos ópticos

La lupa

La lupa, también llamada microscopio simple o lente de aumento es una lente convergente que permite ver los objetos de mayor tamaño que el natural. Si queremos observar con detalle un objeto de pequeño tamaño, solemos acercarlo al ojo para que sea mayor la imagen sobre la retina. La existencia del punto próximo limita nuestras posibilidades de ver el objeto con nitidez. La lupa nos permite colocar el objeto a menor distancia que el punto próximo.

Si el objeto A1B1 se coloca entre el foco F1 y la lente se obtiene una imagen A2B2 virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto. Podemos observarlo colocando el ojo cerca de la cara posterior de la lente.

El aumento angular o poder amplificador de la lupa es la relación entre el ángulo visual j cuando se observa el objeto con lupa y el ángulo visual j_o cuando se observa sin lupa colocando el objeto en el punto próximo.

Si se coloca el objeto en el foco F1 la imgen se forma en el infinito y el ojo esté relajado. Así: φ ≈ tg φ = y/f φo ≈ tg φo = y/xρ Dividiendo: AA = φ/φo = xρ/f

OJO: La imagen que forma la lente estará en el infinito, sin embargo en la retina se forma una imagen real: La lupa y el ojo forman un sistema óptico de forma que a cada punto del objeto le corresponde un punto imagen

Microscopio compuesto

Se le suele llamar simplemente microscopio. Sirve para observar objetos cercanos de muy poco tamaño con un aumento considerablemente mayor que el proporcionado por una lupa. Está constituido por: Objetivo. Es el sistema de lentes más cercano al objeto que se va a observar Ocular. Es el sistema de lentes a través del que observamos la imagen ampliada del objeto. Platina. Superficie que sirve de soporte del objeto. Este se coloca sobre un vidrio llamado portaobjetos y se tapa con otro vidrio muy fino llamado cubreobjetos. El objeto a observar se sitúa en la platina. Foco luminoso y condensador. Constituyen el sistema de iluminación. La luz procedente del foco es concentrada por el condensador que es una lente convergente sobre el objeto y se logra una iluminación suficiente de este.

Su funcionamiento es sencillo. El tubo que contiene el objetivo y el ocular se acerca o se aleja hasta ver el objeto con la nitidez deseada.

El objeto A1B1 se coloca a una distancia del objetivo algo mayor que la focal, produciéndose la imagen A’B’ real, invertida y amplificada entre el ocular y su foco anterior. El ocular, que actúa como una lupa observa esta imagen y produce otra A2B2, virtual, invertida y aún más ampliada. Para observar la imagen sin acomodación del ojo, los rayos del ocular deben salir paralelos, es decir, la imagen del objetivo debe formarse en el foco anterior del ocular.

El aumento lateral del objetivo será m = h´/h. Según la figura se puede deducir que:

α ≈ -h´/l ≈ h/f _objetivo y por tanto h´/h = -l/f _objetivo

Como el ocular es una lupa, el aumento Angular de la lupa será M= x_p/f _ocular.

El aumento total es el producto de ambos -l/f _objetivo.x_ρ/f _ocular

OJO: Es importante distinguir entre aumento lateral (aumenta el tamaño del objeto) y aumento angular (lo acerca)

Telescopio

Los elementos fundamentales son el objetivo y el ocular: La imagen del objeto se forma en el punto focal del objetivo. Esta imagen es ahora el objetivo para el ocular. Si la imagen coincide con el primer foco del ocular, la imagen será invertida, aumentada y se formará en el infinito.

Con la aproximación paraxial vemos que:

θ = -h´/f _objetivo

θ´ = h´/f _ocular

y por tanto el aumento angular vendrá dado por:

M = θ/θ´ = f _objetivo/f _ocular.

El signo menos indica que la imagen es invertida.

Existen telescopios refractores, basados en la refracción, reflectores, en la reflexión y catadióptricos, que combina ambos sistemas.

La cámara fotográfica

Los elementos esenciales de la cámara fotográfica son:

• Cuerpo: es en esencia una cámara oscura. En su parte posterior se coloca una placa o película fotográfica sensible a la luz donde se forma la imagen real e invertida del objeto, que queda impresionada en ella mediante un proceso fotoquímico.

• Objetivo: es un sistema convergente que recoge la luz reflejada por los objetos. El más sencillo se compone de una única lente convergente.

Un buen objetivo debe producir una imagen libre de defectos y disponer de una gran profundidad de foco. Esta se define como la distancia que separa al punto más próximo del más alejado que el objetivo es capaz de enfocar al mismo tiempo. Todos los objetos dentro de este campo quedan enfocados simultáneamente en la película, es decir, su imagen se forma sobre la película fotográfica.

• Visor: permite al usuario encuadrar la imagen que después ha de quedar impresionada en la película.

• Obturador: es un dispositivo que hace posible controlar el tiempo de entrada de la luz hasta la película o tiempo de exposición.

• Diafragma: está formado por un anillo de laminillas metálicas superpuestas y permite regular el diámetro efectivo del objetivo y, por lo tanto, la cantidad de luz que llega a la película.

• Disparador: al accionarlo, tomamos una fotografía. Abre el obturador durante un tiempo determinado para que la luz pueda impresionar la película.

El funcionamiento de la cámara es semejante al del ojo humano. El objetivo equivale a nuestro cristalino y la película sensible equivale a la retina. Pero la cámara fotográfica tiene un gran ángulo de abertura, mucho más amplio que el ojo, lo que le permite cubrir un campo visual mucho mayor.

El enfoque de los objetos se logra ajustando la distancia entre el lente y la película, de modo que la imagen del objeto que se va a fotografiar se forme sobre la película sensible.

La cantidad de luz que penetra en la cámara se regula mediante el tiempo de exposición y la abertura del diafragma. Ambos parámetros se gradúan según el tipo de película que se utiliza, más o menos sensible, la luz ambiente disponible...