TEMA 11 Instrumentos Opticos PDF

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Óptica – 3º Licenciatura de Física

TEMA 11: INSTRUMENTOS ÓPTICOS 11.1.- El ojo humano como sistema óptico El ojo humano es una cavidad aproximadamente esférica de 12 mm de radio cuya parte exterior está formada por una membrana dura y opaca denominada esclerótica que se hace transparente en la córnea. En la siguiente figura se muestran las partes que constituyen el ojo humano:

El cristalino se considera como una lente de curvatura variable. Cuando el ojo modifica su curvatura, la distancia focal varía para conseguir que la imagen de objetos localizados en diferentes posiciones respecto del ojo se sitúe siempre en la retina. Usualmente, el ojo se estudia como una combinación de lentes en contacto. 







Humor Acuoso n=1.337 Córnea n=1.377

Humor Vítreo n=1.337 Cristalino =1.42

 Dioptrio aire-córnea (r=7.8 mm):

= 48.3 dp

 Dioptrio córnea-humor acuoso (r=6.5 mm):  Dioptrio humor acuoso-cristalino (r=10 mm):  Dioptrio cristalino-humor vítreo (r=6 mm):

-6.2 dp 8.3 dp 13.8 dp

Por tanto, la potencia total es: P = 64.2 dp. 1

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Si empleamos un solo dioptrio esférico, de manera que fuera equivalente al esquema anterior, las características del dioptrio serían: -

Tomaríamos el índice de refracción mayoritario en el ojo n=1.337.

-

Para que P fuera 64.2 dp, la distancia focal imagen debía ser: f

 21

mm. -

La distancia focal objeto: f

-

El radio de curvatura: r

 -15.7 mm.  5 mm.

En el siguiente diagrama se muestra el llamado esquema simplificado de Gullstrand para un ojo acomodado y sin acomodar.

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Las condiciones que se deben imponer al sistema para ver correctamente son: -

El sistema debe ser estigmático: a cada punto objeto le corresponde un punto imagen. En caso contrario se deberá a defectos en la curvatura (astigmatismo). La imagen de un objeto debe formarse en la retina. En caso contrario tendremos las llamadas ametropías o defectos de refracción: miopía e hipermetropía.

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Se denomina punto remoto a la distancia máxima a la que puede estar un objeto para distinguirlo con nitidez. En un ojo humano normal este punto se considera que es el infinito. Por el contrario, punto próximo es la distancia mínima. Su valor varía en cada persona y está alrededor de 25 cm. La miopía es un defecto ocular por el cual el punto focal se forma delante de la retina cuando el ojo se encuentra en reposo, en lugar de la retina. Es un exceso de potencia de refracción de los medios transparentes del ojo con respecto a su longitud, por lo que los rayos luminosos procedentes de objetos situados a cierta distancia del ojo convergen hacia un punto anterior a la retina. Una persona con miopía tiene dificultades para enfocar bien los objetos lejanos. Se corrige empleando lentes divergentes. La hipermetropía es un defecto ocular que consiste en que los rayos de luz que inciden en el ojo procedentes del infinito, se enfocan en un punto situado detrás de la retina, en lugar de en la misma retina como sería normal. La consecuencia es que la imagen es borrosa y puede existir por lo tanto una falta de agudeza visual. Se corrige empleando lentes convergentes. La magnificación o aumento visual viene dado por:

11.2.- Telescopios El telescopio es un dispositivo que se emplea para observar objetos lejanos. Existen dos tipos de telescopios: de refracción o transmisión, y reflectores. Un telescopio de refracción está formado por un sistema de 2 lentes convergentes, llamadas objetivo y ocular, separados una distancia igual a la suma de las distancias focales de ambas lentes. Las características del sistema son: -

Es afocal: si lob = ∞ → l´oc = ∞.

-

El aumento del sistema será: M = -

.

En el caso particular del Telescopio de Galileo, el sistema está formado por una lente convergente y otra divergente, con lo cual M > 0 y la imagen obtenida no está invertida.

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11.3.- Microscopios Los microscopios son dispositivos que se emplean para observar objetos de pequeño tamaño. Existen dos tipos de microscopios: simples (es el caso de una sola lente de aumento, una lupa) y compuestos (formados por dos lentes convergentes, también llamadas objetivo y ocular). Se llama longitud del microscopio compuesto L a la distancia entre los focos de ambas lentes. Normalmente se usa como medida standard 16 cm. El aumento de un microscopio depende de las distancias focales de las lentes y viene dado por la expresión: , donde las distancias focales deben ir expresadas en mm.

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