Fundamentos de Óptica: Instrumentos, Fenómenos y Corrección Visual

Instrumentos Ópticos

Periscopio

Se usan prismas isósceles rectangulares de vidrio, siendo el ángulo límite del vidrio de 43 grados aproximadamente. La luz que incide normalmente en una de las caras sigue la marcha indicada en la figura adjunta.

Cámaras Oscuras

El aparato óptico más sencillo es la cámara oscura, que consiste en una caja cerrada con un orificio en una de sus paredes que produce siempre imágenes reales e invertidas, y su aumento viene dado por: A = y' = s'.

Microscopio

Un microscopio sirve para ver con gran aumento un objeto muy pequeño situado a corta distancia. Puede construirse con dos lentes convergentes: objetivo y ocular.

El objeto se sitúa a una distancia ligeramente superior a la distancia focal del objetivo y su imagen puede coincidir con el foco objeto del ocular, en cuyo caso el ocular formará una imagen en el infinito que el ojo ve sin acomodación.

Anteojo Terrestre

El anteojo terrestre lleva un sistema óptico llamado par inversor entre el objetivo y el ocular. El par inversor son dos lentes convergentes de la misma potencia separadas entre sí, la suma de las distancias focales, y se intercala entre el objetivo y el ocular tal como se muestra en la figura.

La imagen formada por el objetivo del anteojo se hace coincidir en el foco objeto de la primera lente del par inversor y se forma una de esta en el foco imagen de la segunda lente; esta última imagen es observada a través del ocular del anteojo, cuyo foco objeto coincide con el foco imagen de la segunda lente del par inversor. Con este sistema, las imágenes salen derechas y, tal como se muestra en la figura, el ojo actúa sin acomodación.

Lupa

Para aumentar el tamaño de la imagen observada, habría que incrementar el valor de dicho ángulo. Esto podría conseguirse acercando más el objeto al ojo, pero sería a costa de perder la nitidez de la imagen. Sin embargo, es posible lograrlo haciendo uso de una lente biconvexa.

Defectos de la Visión

Miopía

Se debe a una deformación por alargamiento del globo ocular. El ojo miope enfoca correctamente en la retina los objetos cercanos. Sin embargo, el punto focal correspondiente a la visión lejana se forma delante de la retina. La consecuencia de esto es una visión borrosa de los objetos alejados. Lentes divergentes son la solución.

Hipermetropía

Es la alteración opuesta a la miopía. Es decir, el segundo punto focal del ojo se encuentra detrás de la retina. Como consecuencia, el ojo hipermétrope ve bien de lejos, pero mal de cerca. Es posible solucionar este defecto con lentes convergentes.

Fenómenos Ondulatorios de la Luz

El Experimento de Young

El experimento de Young, también denominado experimento de la doble rendija, fue realizado en 1801 por Thomas Young, en un intento de discernir sobre la naturaleza corpuscular u ondulatoria de la luz. Young comprobó un patrón de interferencias en la luz procedente de una fuente lejana al difractarse en el paso por dos rejillas, resultado que contribuyó a la teoría de la naturaleza ondulatoria de la luz.

Detalles del Experimento de Young

Young hizo pasar la luz procedente de un único foco luminoso por dos rendijas estrechas separadas entre sí por una distancia a. De este modo, consiguió dos focos coherentes, pues la luz provenía de un único foco real. Pudo observar así un patrón de franjas luminosas y oscuras alternadas o patrón de interferencias.

Difracción de la Luz

El otro fenómeno crucial que demostró la naturaleza ondulatoria de la luz al propagarse fue la difracción. Si la naturaleza de la luz fuese netamente corpuscular, las partículas atravesarían una abertura en línea recta y veríamos en la pantalla únicamente la proyección luminosa de la abertura.

Reflexión

El ángulo de incidencia (i) y el de reflexión (i') son iguales.

Refracción

Al pasar la luz de propagarse por el aire a hacerlo por el agua, Newton argumentaba que los corpúsculos atraídos por el agua eran acelerados instantáneamente al atravesar la superficie de separación de ambos medios.