Instrumentos óptico

Instrumento óptico Un instrumento óptico sirve para procesar ondas de luz con el fin de mejorar una imagen para su visualización, y para analizar las ondas de luz (o fotones) para determinar propiedades características. Lupa Una lupa es un instrumento óptico cuya parte principal es una lente convergente que se emplea para obtener una visión ampliada de un objeto. Montada en un soporte, generalmente circular, que dependiendo de su diseño y del uso específico en cierta aplicación, puede o no tener un mango para facilitar su manejo o estar montada en un soporte. Las aplicaciones más comunes son para leer textos con letra muy pequeña, o para ver en detalle alguna particularidad de un determinado objeto. 1-Un trozo de cartón duro o cartulina (5 ×5 cm). 2-Un trozo de papel de aluminio del mismo tamaño. 3-Un punzón. 4-Una almohadilla para picar (vale una plancha de corcho). 5-Un lápiz bien afilado. 6-Pegamento de barra. 7-Un cuentagotas con un poco de agua. Procedimiento : Marcamos un círculo de aproximadamente centímetro y medio en la cartulina, lo más centrado posible, y lo picamos con el punzón utilizando la almohadilla de base. Extraemos el círculo picado, dejando el hueco. Pegamos el papel de aluminio sobre la cartulina y esperamos a que seque. (Ver figura.) Teniendo de base la almohadilla, presionamos suavemente con la yema del dedo sobre el papel de aluminio justo encima del agujero de la cartulina. El papel de aluminio tomará la forma del agujero. Perforamos con cuidado en el centro de la cavidad, de arriba hacia abajo, utilizando la punta del lápiz o del punzón (el agujero practicado no debe pasar de cinco milímetros). Con el cuentagotas colocamos una gota de agua justo sobre el agujero, y ya estamos listos para probar si funciona. Explicación :Todo esto se explica con una descripción geométrica del comportamiento de la luz: propagación en línea recta, reflexión y refracción. ¿Cómo funciona? Si no hemos sido muy chapuceros al hacer el agujero, observaremos que efectivamente funciona. Esta lupa no es grande pero sirve para aumentar de tamaño cualquier escrito que tengamos a mano. Si se cuela por el agujero el agua, es conveniente que echemos con el cuentagotas pequeñas gotitas alrededor del orificio y luego acabemos rellenándolo. Se construyen en formatos específicos para diversas aplicaciones: de lectura, de relojero, de filatelia, de bricolaje (incluida en una "tercera mano").. Telescopio Se denomina telescopio (del griego τῆλε "lejos" y σκοπέω "ver") al instrumento óptico que permite ver objetos lejanos con mucho más detalle que a simple vista. Es una herramienta fundamental de la astronomía, y cada desarrollo o perfeccionamiento del telescopio1 ha sido seguido de avances en nuestra comprensión del Universo. Gracias al telescopio —desde que Galileo en 1609 lo usó para ver a la Luna, el planeta Júpiter y las estrellas— el ser humano pudo, por fin, empezar a conocer la verdadera naturaleza de los objetos astronómicos que nos rodean y nuestra ubicación en el Universo. Características El parámetro más importante de un telescopio es el diámetro de su "lente objetivo". Un telescopio de aficionado generalmente tiene entre 76 y 150 mm de diámetro y permite observar algunos detalles planetarios y muchísimos objetos del cielo profundo (cúmulos, nebulosas y algunas galaxias). Los telescopios que superan los 200 mm de diámetro permiten ver detalles lunares finos, detalles planetarios importantes y una gran cantidad de cúmulos, nebulosas y galaxias brillantes. Para caracterizar un telescopio y utilizarlo se emplean una serie de parámetros y accesorios: §  Distancia focal: es la longitud focal del telescopio, que se define como la distancia desde el espejo o la lente principal hasta el foco o punto donde se sitúa el ocular. §  Diámetro del objetivo: diámetro del espejo o lente primaria del telescopio. §  Ocular: accesorio pequeño que colocado en el foco del telescopio permite magnificar la imagen de los objetos. §  Lente de Barlow: lente que generalmente duplica o triplica los aumentos del ocular cuando se observan los astros. §  Filtro: pequeño accesorio que generalmente opaca la imagen del astro pero que dependiendo de su color y material permite mejorar la observación. Se ubica delante del ocular, y los más usados son el lunar (verde-azulado, mejora el contraste en la observación de nuestro satélite), y el solar, con gran poder de absorción de la luz del Sol para no lesionar la retina del ojo. §  Razón Focal: es el cociente entre la distancia focal (mm) y el diámetro (mm). (f/ratio) §  Magnitud límite: es la magnitud máxima que teóricamente puede observarse con un telescopio dado, en condiciones de observación ideales. La fórmula para su cálculo es: m(límite) = 6,8 + 5log(D) (siendo D el diámetro en centímetros de la lente o el espejo del telescopio). §  Aumentos: la cantidad de veces que un instrumento multiplica el diámetro aparente de los objetos observados. Equivale a la relación entre la longitud focal del telescopio y la longitud focal del ocular (DF/df). Por ejemplo, un telescopio de 1000 mm de distancia focal, con un ocular de 10mm de df. proporcionará un aumento de 100 (se expresa también como 100X). §  Trípode: conjunto de tres patas generalmente metálicas que le dan soporte y estabilidad al telescopio. §  Portaocular: orificio donde se colocan el ocular, reductores o multiplicadores de focal (p.ej lentes de Barlow) o fotográficas. Microscopio óptico Un microscopio óptico es un microscopio basado en lentes ópticos. También se le conoce como microscopio de luz, (que utiliza luz o "fotones") o microscopio de campo claro. El desarrollo de este aparato suele asociarse con los trabajos de Anton van Leeuwenhoek. Los microscopios de Leeuwenhoek constaban de una única lente pequeña y convexa, montada sobre una plancha, con un mecanismo para sujetar el material que se iba a examinar (la muestra o espécimen). Este uso de una única lente convexa se conoce como microscopio simple, en el que se incluye la lupa, entre otros aparatos ópticos. Partes del microscopio óptico y sus funciones 1 * Ocular: lente situada cerca del ojo del observador. Capta y amplía la imagen formada en los objetivos. 2 * Objetivo: lente situada cerca del revolver. Amplía la imagen de ésta, lo que significa que es muy importante este elemento del microscopio, es un elemento vital que permite ver a través de los oculares 3 * Condensador: lente que concentra los rayos luminosos sobre la preparación. 4 * Diafragma: regula la cantidad de luz que llega al condensador. 5 * Foco: dirige los rayos luminosos hacia el condensador. 6 * Tubo: es una cámara oscura unida al brazo mediante una cremallera. 7 * Revólver: Es un sistema que agarra los objetivos, y que rota para utilizar un objetivo u otro. 8 * Tornillos macro y micrométrico: Son tornillos de enfoque, mueven la platina hacia arriba y hacia abajo. El macrométrico lo hace de forma rápida y el micrométrico de forma lenta. Llevan incorporado un mando de bloqueo que fija la platina a una determinada altura. 9 * Platina: Es una plataforma horizontal con un orificio central, sobre el que se coloca la preparación, que permite el paso de los rayos procedentes de la fuente de iluminación situada por debajo. Dos pinzas sirven para retener el portaobjetos sobre la platina y un sistema de cremallera guiado por dos tornillos de desplazamiento permite mover la preparación de delante hacia atrás o de izquierda a derecha y viceversa. 10 * Base: Es la parte inferior del microscopio que permite el sostén del mismo

Elementos de las lentes

Elementos de las lentes Una lente está compuesta por dos superficies esféricas, cada una con su centro de curvatura. La línea que une los centros de curvatura se llama eje principal.        El centro geométrico de la lente es el Centro óptico, O. Centro de curvatura, C y C', son los centros de las superficies que forman sus caras. Todas las rectas que pasan por el Centro óptico son ejes secundarios.              Foco principal imagen en las lentes convergentes es el punto situado sobre el eje en el que inciden los rayos que vienen paralelos al eje principal. En las lentes divergentes es el punto del eje del que parecen diverger los rayos que vienen del infinito después de atravesarla. Existe un foco objeto y un foco imagen. ¿Podrías definirlos? ¿Cómo salen de la lente los rayos que parten del foco objeto? Las distancias focales son las distancias entre el foco principal y el centro óptico.

REFRACCION

Refracción

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial.

Índice de refracción

Es la relación entre la velocidad de propagación de la onda en un medio de referencia (por ejemplo el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate.

Ley de refracción 

La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción. Donde: n1 = índice de refracción del primer medio, θ1= Ángulo de Incidencia, n2 = índice de refracción del segundo medio y θ2 =ángulo de refracción.

REFRACCION DE LA LUZ

¿Qué son? Una lente es un sistema óptico centrado formado por dos dioptrios de los cuales uno, por lo menos, acostumbra a ser esférico, y dos medios externos que limitan la lente y tienen el mismo índice de refracción. Si el grosor de la lente es despreciable, comparándolo con los radios de curvatura de las caras que la forman, recibe el nombre de lente delgada. Desde el punto de vista óptico cada cara es un dioptrio. Tipos Según su forma las lentes delgadas pueden ser convergentes y divergentes. Convergentes: son más gruesas en el centro que en los extremos. Se representan esquemáticamente con una línea con dos puntas de flecha en los extremos. Según el valor de los radios de las caras pueden ser: biconvexas (1), plano convexas (2) y menisco convergente (3). Divergentes: Son más delgadas en la parte central que en los extremos. Se representan esquemáticamente por una línea recta acabada en dos puntas de flecha invertidas. Según el valor de los radios de las caras (que son dioptrios) pueden ser: bicóncavas (4), plano cóncavas (5) y menisco divergente (6). En esta foto vemos dos lentes de las que existen en los laboratorios de óptica.

REFLEXION DE LA LUZ, CASOS DE LOS ESPEJOS CÓNCAVOS

REFLEXIÓN DE LA LUZ

•        La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.
•          Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).
•       La luz rebota al chocar contra superficias pulidas o metálicas.
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• Tipos de Reflexión 

  1.      La reflexión especular: es aquella que se produce como en un espejo; cuando la superficie reflejante es lisa, los rayos reflejados son paralelos a los rayos incidentes, por lo que regresan mostrando la imagen.

  2.      La reflexión difusa: ocurre cuando no se conserva la imagen, pero sí se refleja la energía. En estos casos, si la superficie reflejante es áspera o irregular, los rayos reflejados no son paralelos a los rayos incidentes, por lo que solo se ve iluminada la superficie.Por ejemplo:es típica de sustancias granulosas como polvos, son reflejados en distintas direcciones debido a la rugosidad de la superficie.

  3.      La reflexión extendida: que tiene un componente direccional dominante que es difundido parcialmente por irregularidades de la superficie. Son una combinación de los dos tipos anteriores.

  4.      La reflexión mixta: es una combinación de reflexión especular, extienda y difusa. Este tipo de reflexión mixta es que se da en la mayoría de los materiales reales.

  5.      La reflexión esparcida: es aquella que no puede asociarse con la Ley de Lambert ni con la Ley de la Reflexión Regular.

  
  

Leyes de la Reflexión de la luz

1° Ley : El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano.

2° Ley : El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Por ejemplo: Cuando estamos frente a un espejo plano nuestra imagen es derecha porque conserva la misma posición; virtual porque se ve como si estuviera dentro del espejo (la imagen real es la que se recibe en una pantalla), y es simétrica porque aparentemente está a la misma distancia de la del espejo.

       

CASOS DE LOS ESPEJOS CÓNCAVOS

En el primer caso, la imagen se ubica entre el infinito y el centro. Los dos rayos pasan por el foco y convergen entre el centro y el foco, donde se forma una imagen real, invertida y de menor tamaño que la inicial.

En el segundo caso, el objeto está ubicado sobre el centro. Aquí de nuevo los rayos se encuentran en el foco y convergen debajo del centro, dando una imagen real, invertida y de igual tamaño que el objeto.

     Foco principal del espejo. Es un punto del eje principal en el que se cortan, una vez reflejados, los rayos que llegan al espejo paralelos al eje principal.

Para espejos de radio de curvatura pequeño (muy cerrados), el foco principal se encuentra a la mitad de la distancia entre el centro de curvatura y el de la figura.
El espejo cóncavo es un dispositivo óptico que puede formar imágenes sobre una pantalla debido a la reflexión de la luz que procede de la superficie de un objeto.
En los espejos convexos el foco es virtual (está situado a la derecha del centro del espejo, distancia focal positiva). Los rayos reflejados divergen y solo sus prolongaciones  se cortan en un punto sobre el eje principal.