Teoría

¿Qué es la refracción? 

La refracción es un fenómeno en el cual la luz se dobla al pasar a una sustancia transparente a otra, al igual que el agua y el sonido. La refracción de la luz consiste en la desviación de los rayos luminosos cuando ellos pasan de un medio a otro de distinta densidad óptica. Sin ella no podríamos ver, debido a que causa el enfoque de la luz en nuestra retina. Además, es la base para los lentes y el arco iris. Este proceso es sumamente importante, ya que, permite el aumento de los lentes; además, el cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.

¿Qué es la difracción?

La difracción es un fenómeno que ocurre al momento en el que las ondas que forman luz atraviesan un orificio estrecho, ya que, este se deforma y desde ese punto no avanza en forma de haz; sin embargo, estos se abrirán debido a que el orificio actúa como un nuevo emisor. Por lo tanto, la difracción hace que la luz ya no se concentre en un solo punto, si no que, se va a dispersar y va a representar  esa deformación de la onda.

·        

William Snell  (1591-1626)

Matemático y astrónomo holandés, que además de descubrir la ley de refracción, ideó un método para medir el radio de la tierra. La ley de Snell de la refracción, a pesar de haberse descubierto en 1620, se divulgó ampliamente a través de la obra Dióptrica, publicada en 1703 por el físico holandés C. Huyghens.

Leyes de la refracción

•       El índice de refracción, n, de un medio material es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad de la luz  v, en este medio, es decir:

 

•       “Cuando la luz pasa de un medio, cuyo índice de refracción es n₁, cuyo índice de refracciones n₂, tendremos siempre que

                                                                                            Donde θ₁ es el ángulo de incidencia y θ₂ es el ángulo de refracción”Tabla de índices de refraccón del material

La velocidad de la luz en el vacío

C=3X10^8 m/s

Tabla del índice de refracción dependiendo del medio

Sustancia	n
Hielo	1.31
Sal de Cocina	1.54
Cuarzo	1.54
Circonio	1.92
Diamante	2.42
Rutilo	2.80
Vidrio	1.50
Alcohol Etílico	1.36
Agua	1.33
Glicerina	1.47
Di sulfuro de Carbono	1.63
Vacío	1
Aire	1.0002926
Acetaldehído	1.35
Solución de Azúcar (30%)	1.38
1-Butanol (20ºC)	1.399
Heptanol (25ºC)	1.423
Solución de Azúcar (80%)	1.52
Benceno (20ºC)	1.501
Metanol (20ºC)	1.329

Lentes esféricos

¿Qué son las lentes?

Las lentes son objetos transparentes, principalmente de vidrio, y tienen una curvatura que
ayuda a que los rayos de luz se refracten.
Existen dos tipos de lentes, los convergentes o cóncavos, sus extremos tienen menos grosor que
su centro, y los divergentes o convexos, sus extremos son más anchos que su centro.
Las lentes convergentes son positivas y las divergentes son negativas, en cuanto a la corrección
de las enfermedades visuales.
Al contrario de los espejos, si la imagen transmitida se encuentra delante de la lente, se la
denomina imagen virtual; si la imagen transmitida se encuentra detrás de la lente, se la denomina
imagen real.

Lentes convergentes

De cada uno de los puntos del objeto salen miles de rayos que llevan la información del objeto y se concentran en un punto donde se forma su imagen. Aquí estudiamos la imagen que dan rayos paraxiales. Si los rayos son paraxiales la imagen es única, en caso contrario se forma una imagen difusa.

Rayo Paraxial:  rayo luminoso que forma un ángulo pequeño con el eje de un sistema óptico centrado.  ("Casos de formación de imagen según la posición delobjeto", 2016)

En los siguientes graficos el objeto se dibuja en negro. Si la imagen  es real se ve de color azul y si es virtual en verde.

1.- Si el objeto está situado entre 2F y el infinito (menos infinito), la imagen estará entre F' y 2F' y será invertida, real y más pequeña.

Recuerda que la distancia del objeto a la lente es s, y la de la imagen a la lente es s'. Las distancias focales son: f para la distancia objeto y f ' para la distancia imagen.

s > 2f  f '< s' <2f '

2.- Si el objeto está situado en 2f, la imagen estará en 2 F', y será igual, invertida y real.

s = 2f s' = 2f '

3.- Si el objeto está situado entre 2F y F, la imagen estará situada más allá de 2 F' y será mayor, invertida y real.

2f > s > f s' > 2f '

4.- Si el objeto está situado en F la imagen no se forma (se formaría en el infinito)

s = f s' = infinito

5.- Si el objeto está situado entre F y la lente, la imagen estará entre F y el infinito y será virtual (la forman las prolongaciones de los rayos), mayor y derecha.

s < f s' < f (virtual)

Lentes divergentes

En las lentes divergentes, los rayos de luz se divergen, es decir, se separan al atravesar el vidrio.
Su foco siempre se encontrará antes de la lente por el cual atraviesan las prolongaciones de cada rayo;
es por esto que se considera como una lente negativa. Al momento de la dispersión de los rayos, las
imágenes son virtuales.

Sea cual sea la posición del objeto frente a la lente la imagen siempre será virtual, menor y derecha.

Trayectoria de los rayos en las lentes divergentes:
a) Todo rayo paralelo al eje se refracta de forma que sus prolongaciones pasan por el foco.
b) Todo rayo que pase por el foco se refracta en forma paralela al eje.
c) Todo rayo que pase por el punto ciego o centro de la lente no sufre ninguna desviación.

Para cualquier s, s' menor y virtual

Las imágenes virtuales no se pueden recogen sobre una pantalla. Los rayos que proceden de un punto objeto no se cortan en ningún lugar al otro lado de la lente, por lo tanto no podemos recogerlos sobre una pantalla para obtener una imagen de ese punto. El sistema óptico del ojo si puede recoger esos rayos divergentes y obtener una imagen del objeto en la retina. El objeto nos parece que está en un punto virtual.

Ecuación de las lentes

Un objeto AB está situado a una distancian d1 de una lente y su imagen de tamaño ab se forma a

una distancia d2 de la lente

ab/AB = d2/d1

De la misma manera d1, d2 y f se relacionan con la siguiente ecuación

1/f = 1/d1 + 1/d2

Esta fórmula se aplica a lentes convergentes y divergentes para imágenes reales y virtuales

1) La distancia d1 siempre será positiva.

2) La distancia d2 será + si la imagen es real y – si la imagen es virtual.

3) F será + cuando la lente sea convergente y - cuando la lente de divergente.

En el proceso de formación consideramos que la imagen que forma el primer dioptrio sirve de objeto para el segundo.

Partiendo de la fórmula del dioptrio:

La distancia imagen del primer dioptrio, s₁', es la distancia objeto para el segundo, s', y sabiendo que en el primer paso n=1 ,,, n'= n

En el segundo paso

Sumando miembro a miembro las expresiones tenemos:

A partir de la fórmula anterior podemos calcular las distancias focales objeto e imagen.

El foco imagen F' está a la derecha de la lente y es el punto donde se concentran los rayos que vienen del infinito (s = infinito) y entran paraxiales a la lente. Por lo tanto f '= s'. Aplicando la fórmula en el primer dioptrio obtenemos:

Funcionamiento del ojo

La visión humana depende directamente de la conexión del ojo con el cerebro, es decir que trabajan juntos para poder reconocer e interpretar las imágenes. La luz entra a través de la córnea; esta la refracta y permite que los rayos pasen por medio de la pupila al ojo. El iris se contrae o se expande dependiendo de la cantidad de luz presente en el momento. Cuando hay mucha luz, la pupila será más pequeña mientras que si hay poca luz esta aumentará su tamaño.  Los rayos luminosos luego atraviesan el cristalino que proyecta las imágenes enfocadas en la retina. Esta puede aplanarse o abombarse según lo cerca o lejos que esté el objeto que veamos. ("¿Cómo funciona el ojo humano?", 2016)
La imagen llega a las paredes de la retina en la cual los conos y los bastones, estimulados por la luz, transforman la información recibida en electricidad. Estos impulsos nerviosos viajan a través del nervio óptico hacia el cerebro, que endereza la imagen invertida de la retina e interpreta la información de color, tamaño, posición, etc. ("¿Cómo funciona el ojo humano?", 2016)

Errores de refracción en la vista

Cuando la córnea no es tan transparente, suave o redonda, cómo en un ojo normal y saludable y/o cuando el globo ocular es más largo o corto de lo que debería ser, las imágenes se tornan borrosas o distorsionadas porque los rayos de luz se refractaron en ángulos extraños.

Dicha incapacidad para lograr un enfoque nítido se llama error de refracción, y es el problema más común del ojo. ("Anteojos y Lentes de Contacto", 2015)

Miopía

Video

La miopía es una condición común en la que “los objetos cercanos se ven claramente, pero los distantes se ven borrosos.” ("Visión Corta: ¿Qué Es la Miopía?", 2013)

Esta condición sucede debido a que el ojo es más largo de lo normal o a que la curvatura de la córnea es demasiado pronunciada; esto causa que la luz que ingresa al ojo no se enfoque sobre la retina sino delante de ella.

Hipermetropía

Según The American Academy of Ophthalmology cuando hay una hipermetropía, el ojo es demasiado corto. Los objetos cercanos se ven borrosos porque las imágenes se enfocan más allá de la retina ("Causas de la Hipermetropía", 2012).

Video- https://www.youtube.com/watch?v=mVL2N3P6CqE

La hipermetropía es un desorden en el cual no se puede ver con mucha claridad los objetos cercanos mientras que los que están más distantes se los puede distinguir de una mejor manera.

Astigmatismo

El astigmatismo es una irregularidad en la curvatura normal de la córnea o en la estructura del lente/cristalino.  Cuando la córnea sufre de este tipo de imperfección se le denomina astigmatismo corneal, mientras que cuando el lente se ve afectado se lo denomina astigmatismo lenticular. Este desorden no permite una visión correcta de los objetos sin importar a qué distancia estos se encuentren.

Cuando hay astigmatismo, las imágenes se enfocan en frente y más allá de la retina, causando que tanto la visión cercana como la lejana se torne borrosa

Video- https://www.youtube.com/watch?v=JQUKmSz05P4

Lentes

Origen.

En el siglo XIII en la época Romana, eran esferas de vidrio llenas de agua, que se usaban para hacer

fuego.

Clasificación de lentes.

1. Lentes convergentes: Se los llama lentes positivos, ya que sus características son gruesos en el

centro del lente y finos a sus extremos.

2. Lentes divergentes: Se los llama lentes negativos, sus características. Son gruesos a sus extremos

y tienen una pronunciada finura en su centro

Tipos de lentes:

Convergentes:

- Biconvexa:

- Menisca Convexa:

- Plano Convexa:

Divergente:

- Bicóncava

- Plano Concava

- Menisco o Convexa Concava.

Tipos de Enfermedades:

- Miopía: Los objetos se ven claramente de cerca y se ven distorsionados de lejos. Esto

- Hipermetropía: Los objetos se ven claramente de lejos y se ven distorsionados de cerca.

- Astigmatismo: Es causada por un defecto en la curvatura de la córnea del ojo, lo cual

es causado porque la longitud axial es demasiado grande.

impide un enfoque tanto en los objetos cercanos y lejanos. Diferentes radios alrededor

de los ojos que causan la distorsión en las imágenes de cerca y de lejos

Lentes para las Enfermedades.

Dioptria: Es la unidad de potencia que equivale a la potencia de una lente cuya distancia

focal es de 1m.

- Miopía: Como el globo ocular es demasiado largo, se necesita enfocar en el medio, de

esta manera se necesitan los lentes cóncavos o divergentes, ya que se necesita enfocar
en el medio para poder alinear la luz sobre la retina.

- Astigmatismo:

- Hipermetropía:

La Hipermetropia se basa en que las imágenes están enfocadas erróneamente

detrás de la retina, la cual es la encargada de procesar las imágenes con la luz.

Partes de un microscopio

Cualquier microscopio está formado por los siguientes sistemas básicos:

Iluminación –  el más simple sistema de iluminación es un espejo que refleja la luz a través de la muestra.

·         La lámpara produce la luz

·         el reóstato altera la energía aplicada a la lámpara para controlar la intensidad de la luz producida.

·         El condensador es el sistema de lentes que alinea y focaliza la luz de la lámpara en la muestra.

·         Los diafragmas que se encuentran situados en la trayectoria de luz, alteran la cantidad que llega al condensador (para mejorar el contraste de la imagen).

Lentes – forman la lente del objetivo de imagen.

El objetivo reúne la luz de la muestra.

El ocular transmite y magnifica la imagen de la lente del objetivo hasta tu ojo El foco – posiciona el objetivo a la distancia adecuada de la muestra. ("¿Cómo funciona el microscopio?", 2015)

  

Cámara

u  Es una caja oscura la cual permite el paso de luz por un cierto tiempo para que una imagen sea proyectada a través de una lente, en un sensor electrónico o un material sensible.

 Lentes de la cámara       

u  La estructura interna de la cámara está compuesta por varios lentes que se agrupan en distintos grupos. Uno de estos grupos puede estar compuesto de uno o más lentes mientras que un objetivo tipo zoom tiene por lo general de 4 a 6 grupos que totalizan entre 12 – 16 lentes.

Tipos de lentes

u  Lente Angular: Mayor ángulo de captación, mejor perspectiva. Captura la imagen enfocada más grande u objetos que se encuentran más cerca de nosotros. ( 15-35/45 mm )

u  Lentes Teleobjetivos: Menor ángulo de captación, perspectiva difusa. Captura imágenes a larga distancia. ( 100-300 mm )

u   Lentes Normales: No tienen un ángulo de captación muy amplio pero se puede distinguir bien la perspectiva y la figura.  ( 50 mm )

Características  

u  Distancia focal

u  Refracción

u  Diafragma

Proyecto - Video

Bibliografía

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