El Ojo Humano: Óptica, Movimiento Armónico y Ondas Electromagnéticas

El Ojo Humano como Sistema Óptico

El ojo humano funciona como un complejo sistema óptico, donde cada componente juega un papel crucial en la formación de imágenes:

• Córnea: Actúa como el primer dioptrio del globo ocular, que es casi esférico, proporcionando la mayor parte del poder refractivo.
• Cristalino: Funciona como una lente convergente, capaz de ajustar su forma para enfocar objetos a diferentes distancias.
• Retina: Es la pantalla fotosensible en la parte posterior del ojo donde se forman las imágenes.

El Punto Próximo se define como la menor distancia a la que un objeto puede ser visto con nitidez por el ojo. Generalmente, se sitúa alrededor de los 25 cm, aunque puede variar con la edad y las condiciones individuales.

Defectos de Refracción Comunes

• Miopía: Las personas miopes enfocan objetos cercanos con claridad, pero los lejanos se ven borrosos. Esto ocurre porque el ojo no puede enfocar más allá de su punto remoto. Las causas suelen ser una longitud excesiva del globo ocular o superficies refringentes demasiado convergentes, lo que provoca que la imagen se forme delante de la retina. Se corrige con lentes divergentes, que ayudan al cristalino a enfocar las imágenes correctamente en la retina.
• Hipermetropía: Se caracteriza por la dificultad para enfocar objetos cercanos. Esto se debe a que el cristalino no es suficientemente convergente o a que el globo ocular es demasiado corto, haciendo que la imagen se forme detrás de la retina. La corrección se realiza mediante lentes convergentes, que asisten al cristalino en la convergencia de los rayos de luz para que la imagen se forme en la retina.
• Astigmatismo: En este caso, la córnea presenta una deformación, similar a la forma de un balón de rugby, con curvaturas diferentes en sus ejes. Esto impide enfocar claramente tanto objetos cercanos como lejanos. La corrección se realiza con lentes cilíndricas.

Espectro Visible y Ondas Electromagnéticas

El espectro visible abarca los colores:

• Violeta
• Azul
• Verde
• Amarillo
• Naranja
• Rojo

Este rango se sitúa entre la radiación ultravioleta (longitudes de onda más cortas, ~400 nm) y la infrarroja (longitudes de onda más largas, ~700 nm).

Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son transversales y se propagan sin necesidad de un medio material. Consisten en la propagación de campos eléctricos y magnéticos perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.

Características Principales:

• Son originadas por cargas eléctricas en movimiento acelerado.
• Implican la variación periódica del estado electromagnético del espacio.
• No requieren un soporte material para su propagación.
• Los vectores de campo eléctrico (E) y magnético (B) varían periódicamente con el tiempo y la posición.
• La relación entre los módulos de estos vectores es E/B = c (velocidad de la luz).
• La velocidad de las ondas electromagnéticas depende del medio de propagación. La permitividad dieléctrica en el vacío es de 8,854 x 10^-12 C²N^-1m^-2.

Movimiento Armónico Simple (MAS)

El Movimiento Armónico Simple (MAS) describe el movimiento de una partícula sobre una trayectoria rectilínea que es periódica y unidireccional. El origen del movimiento se sitúa en el punto medio de la trayectoria.

Conceptos Clave del MAS:

• Período (T): Es el tiempo necesario para completar una oscilación. La posición, velocidad y aceleración se repiten a intervalos de tiempo fijos.
• Oscilatorio: La distancia al origen (elongación) toma valores máximos y mínimos.
• El MAS se estudia mediante funciones trigonométricas como el seno y el coseno.
• La aceleración en el MAS es proporcional y opuesta al desplazamiento, y su valor no es constante.

Características del MAS:

• Elongación (y): Es la distancia de la partícula a su posición de equilibrio en un instante dado.
• Amplitud (A): Representa la elongación máxima, es decir, la máxima separación de la partícula respecto a su punto de equilibrio.
• Frecuencia (ν): Es el número de oscilaciones que realiza la partícula en la unidad de tiempo. Se relaciona con el período mediante la fórmula ν = 1/T (medida en Hertzios, Hz).

Reflexión y Refracción de la Luz

Cuando una onda luminosa incide sobre la superficie de separación de dos medios transparentes con diferente índice de refracción, ocurren varios fenómenos:

• Una parte de la luz es absorbida por el medio.
• Otra parte de la luz es reflejada, volviendo al medio original.
• La parte restante de la luz se refracta, es decir, cambia de dirección al pasar al segundo medio.

La velocidad de la luz es mayor en el vacío que en cualquier medio material. En el vacío, esta velocidad es constante (c). La frecuencia de la radiación luminosa se mantiene igual al pasar de un medio a otro, pero la longitud de onda sí varía.

Índice de Refracción

El Índice de Refracción Absoluto (N) de un medio se define como la razón entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de propagación de la luz en dicho medio (v): N = c/v.

Ángulo Límite

El Ángulo Límite (L) es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción es de 90 grados. Ocurre cuando la luz pasa de un medio más denso a uno menos denso.

Lentes Ópticas

Una lente es un sistema óptico formado por un medio transparente con un índice de refracción distinto al del medio exterior. Está delimitado por dos superficies, de las cuales al menos una es curva (esférica o asférica), mientras que la otra puede ser plana o esférica.