Fundamentos de Física: Óptica, Gravitación y Campos de Fuerza

El Ojo Humano: Estructura y Funcionamiento

De forma muy general, el ojo humano se comporta como un sistema óptico con una lente convergente que forma imágenes reales e invertidas sobre la retina. El proceso de visión sigue los siguientes pasos:

1. La luz penetra en el ojo a través de la córnea. La córnea es una capa hemisférica y transparente situada en la parte frontal del ojo que permite el paso de la luz y protege al iris y al cristalino.
2. El iris es la membrana muscular coloreada que regula la cantidad de luz que entra en el ojo a través de la pupila.
3. El sistema córnea-cristalino enfoca la luz sobre la retina. El cristalino es la lente convergente biológica de la que dispone el ojo. El proceso de enfoque es diferente dependiendo de la posición en la que se encuentre el objeto; el cristalino, en función de la posición del objeto, debe acomodarse modificando su curvatura para conseguir enfocar la imagen sobre la retina. A este proceso se le denomina “acomodación del ojo”. Este proceso, sin embargo, no es infalible. De hecho, existe un punto, denominado punto próximo, a partir del cual no se pueden enfocar objetos. El punto próximo es el lugar más cercano en el que puede estar un objeto para distinguirlo con nitidez. En un ojo humano normal, ese punto se encuentra entre 15 y 20 cm.
4. La retina es un tejido sensible a la luz situado en la superficie interior del ojo que registra la imagen y la envía al cerebro a través del nervio óptico, donde se interpreta.

Defectos de la Visión: Miopía e Hipermetropía

A pesar de su complejidad, el ojo humano puede presentar ciertas imperfecciones. En estos casos, el ojo humano sigue comportándose como un sistema óptico con una lente convergente que forma imágenes reales e invertidas sobre la retina, pero con un enfoque defectuoso.

Miopía

Es un defecto que consiste en que el cristalino no enfoca objetos lejanos sobre la retina, sino que los enfoca delante de la retina, con lo que el objeto lejano se ve desenfocado o borroso. Para corregir la miopía se usan lentes divergentes.

Hipermetropía

Es un defecto que consiste en que el cristalino no enfoca objetos cercanos sobre la retina, sino que los enfoca detrás de la retina, con lo que el objeto cercano se ve desenfocado o borroso. Para corregir la hipermetropía se usan lentes convergentes y así la imagen quede sobre la retina.

Ley de Gravitación Universal de Newton

La fuerza gravitatoria o ley de gravitación universal es una ley de la física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos por el hecho de poseer masa. Su ecuación es: F = G(mM/r²). Teniendo en cuenta el valor de la constante de gravitación G, se puede deducir que esta interacción solo es apreciable cuando al menos uno de los cuerpos que interactúan tiene una masa elevada. Se dice que en un punto existe un campo gravitatorio si, al colocar una masa, esta experimenta una fuerza gravitatoria. La intensidad del campo gravitatorio se puede definir como la fuerza que experimenta una unidad de masa: g = F/m. La intensidad del campo gravitatorio es un vector y se mide en m/s². Otra expresión de la intensidad del campo gravitatorio se puede obtener desde el punto de vista de la masa que crea dicho campo, y su expresión es: g = G(M/r²). La intensidad del campo gravitatorio es una perturbación que afecta a todo el espacio y que decrece con el cuadrado de la distancia.

Campos de Fuerza Conservativos y No Conservativos

Se denomina campo de fuerzas a la correspondencia única entre cada punto del espacio y una fuerza. Un campo de fuerzas es conservativo si el trabajo realizado para desplazar una partícula entre dos puntos es independiente de la trayectoria seguida entre tales puntos. Un campo de fuerzas es no conservativo si el trabajo realizado para desplazar una partícula entre dos puntos es dependiente de la trayectoria seguida. Las fuerzas que generan un campo conservativo se llaman fuerzas conservativas. Ejemplos de fuerzas conservativas son la fuerza gravitatoria y la fuerza eléctrica. La fuerza magnética y la fuerza de rozamiento son fuerzas no conservativas.

Otras definiciones:

1. Un campo de fuerzas es conservativo si el trabajo necesario para realizar una trayectoria cerrada es nulo, independientemente de la trayectoria, y es no conservativo en caso contrario.
2. Un campo de fuerzas es conservativo si existe una función denominada potencial cuya expresión se puede obtener mediante integración de la fuerza conservativa. Es no conservativo si no existe dicho potencial.