La luz (óptica)

Introducción

Para una persona que disfruta del sentido de la vista, la luz forma parte esencial de su vida. Es la vista quizás, el mas apreciado de los sentidos y por eso estamos acostumbrados a la luz, a la sombra, al color. Se dice que los cuerpos se nos hacen visibles por dos razones: porque poseen luz propia o porque tienen la propiedad de reflejar la luz que reciben de otros objetos; por eso es importante enterarnos de cómo es su comportamiento dual, es decir, su naturaleza, como actúa. La luz produce un espectro, cuando esta se divide, pero posteriormente veremos un diagrama, ejemplificando un espectro electromagnético, donde se podrán distinguir los tipos de hondas y rayos.

El tema de la luz, en física, es trabajado como la óptica, en esta unidad, estudiaremos los lentes y los espejos y para que se utilizan en el tema de la luz, y como pueden modificar a un objeto.

En este tema abarca lo que es el ojo humano y como reacciona éste al chocar con la luz, pero en el presente trabajo, nos encontraremos con los defectos que puede tener el ojo, vamos a relacionar estas enfermedades con los lentes que se utilizan para corregirlas, y como las corrigen.

También hablaremos un poco sobre algunos instrumentos donde estos están formados por algunos lentes y espejos que van a ser mencionados. Se verán por medios de esquemas como se forman las imágenes en dichos aparatos o instrumentos.

Comportamiento dual de la luz

La luz es emitida por sus fuentes en línea recta, y se difunde en una superficie cada vez mayor a medida que avanza; la luz por unidad de área disminuye según el cuadrado de la distancia. Cuando la luz incide sobre un objeto es absorbida o reflejada; la luz reflejada por una superficie rugosa se difunde en todas direcciones. Algunas frecuencias se reflejan más que otras, y esto da a los objetos su color característico. Las superficies blancas difunden por igual todas las longitudes de onda, y las superficies negras absorben casi toda la luz. Por otra parte, para que la reflexión forme imágenes es necesaria una superficie muy pulida, como la de un espejo.

La definición de la naturaleza de la luz siempre ha sido un problema fundamental de la física. El matemático y físico británico Isaac Newton describió la luz como una emisión de partículas, y el astrónomo, matemático y físico holandés Christiaan Huygens desarrolló la teoría de que la luz se desplaza con un movimiento ondulatorio.

En la actualidad se cree que estas dos teorías son complementarias, y el desarrollo de la teoría cuántica ha llevado al reconocimiento de que en algunos experimentos la luz se comporta como una corriente de partículas y en otros como una onda. En las situaciones en que la luz presenta movimiento ondulatorio, la onda vibra perpendicular a la dirección de propagación; por eso, la luz puede polarizarse en dos ondas perpendiculares entre sí.

El espectro electromagnético

Enfermedades de la vista:

Miopía: Consiste en la dificultad para distinguir con nitidez los objetos alejados. Es debido a que el globo ocular es demasiado alargado o que el cristalino es demasiado convergente.

Hipermetropía: es el defecto contrario a la miopía y consiste en ver con dificultad los objetos próximos. Se debe a que el cristalino es demasiado plano o que el globo ocular es demasiado corto, por lo que la imagen se ve detrás de la retina y sin nitidez.

Presbicia: Es un defecto frecuente en las personas de edad madura. Consiste en una disminución del poder de acomodación del ojo, como consecuencia del endurecimiento del cristalino. El ojo se comparta como un ojo hipermétrope y como un ojo miope. Para la corrección, es necesario dos pares de anteojos, uno para leer de cerca y otro para ver de lejos, o también mediante anteojos donde los cristales tienen dos zonas de distancias focales diferentes.

Astigmatismo: produce una visión defectuosa, originando imágenes deformadas y borrosas, por tener el cristalino una curvatura irregular. Se corrige con lente cilíndrico.

Espejos y lentes:

Lentes:

Para entender los lentes, debemos primero definir algunos términos

Algunas Definiciones

• El punto focal es la localización en la que los rayos paralelos al eje óptico de un espejo ideal converge en un punto.

• El lente focal es la distancia entre el punto focal y la mitad de la lente. Será representado por F. También se mencionará 2F. 2F se refiere simplemente a dos veces la distancia focal.

• La distancia desde el centro de la lente hacia el objeto será representada por do

• La distancia desde el centro de la lente a la imagen será representada por di.

• Una Imagen Real es una imagen óptica en la que los rayos que vienen del objeto convergen. Es invertida o "flipped" de arriba a abajo.

• Una imagen virtual es el punto desde el cual los rayos de luz parecen converger sin hacerlo realmente. Es recto (en la misma dirección del objeto).

• Un lente cóncavo es una lente más delgada en el centro que en los bordes y es divergente.

• Un lente convexo es una lente más ancha en el centro que en los bordes y es convergente.

Los lentes están en cualquier parte de este mundo. Son usados para anteojos, en telescopios, en máquinas fotocopiadoras, etc. Es entonces importante para nosotros entender los principios básicos de los lentes. Hay dos tipos de lentes, convergentes y divergentes. Los lentes convexos son convergentes, y los lentes cóncavos son divergentes. Tener en cuenta que los rayos de luz golpean la lente, ellos se curvarán hacia la parte más ancha . Esta es la razón por la que los lentes convexos son convergentes. Como los rayos de luz golpean la lente, ellos curvan hacia el centre, que es la parte más ancha, y los rayos de luz cruzarán entre ellos.

Lente convergente

Lente divergente

Espejos

            Los espejos planos son los que los usamos para mirarnos a nosotros mismos. Cuando vemos un espejo plano, estamos viendo un reflejo, que no está distorsionado en su tamaño. Pero la imagen formada cambia de sentido izquierdo - derecho. Ese es el porque de que si usted tiene algo en el brazo derecho, aparece en el espejo como si lo tuviera en el brazo izquierdo. Como la imagen es recta, debe ser virtual.

            Los espejos curvos trabajan de la misma manera que los lentes. La diferencia es que el espejo cóncavo trabaja como si fuera un lente convexo y un espejo convexo trabaja como si fuera un lente cóncavo. Esto significa que el espejo cóncavo es un espejo convergente. así que los rayos de luz saldrán del mismo lado del espejo. Aparte, un espejo convexo se divergirán y tendrá un foco virtual localizado en el punto F en el otro lado del espejo. El centro de curvatura de un espejo está localizado en 2F.

Uno de los problemas que tiene un espejo de forma esférica es que los rayos de luz no enfocarán directamente en F. Así que la imagen es un poco borrosa. Para corregir esto, estos espejos tienen una forma parabólica, la cual tiene la propiedad de hacer que los rayos de luz caigan directamente en F.

En resumen, hay varios tipos de espejos:

Espejos planos: es toda superficie pulimentada destinada a dar imágenes por repleción.

Espejos angulares, no fue mencionado antes, lo constituyen dos espejos planos formando un ángulo entre sí, obteniéndose varias imágenes por reflexiones sucesivas.

Espejos esféricos: son aquellos donde la superficie reflectora es un casquete esférico, es decir, su superficie es parte de una esfera.

Espejos convexos: son aquellos que presentan una convexidad hacia el espacio de donde proviene la luz incidente.

Lentes “correctores”

Si una lente hace converger los rayos luminosos que la atraviesan, se tratará de una lente convergente, si por el contrario no los concentra en un punto sino que los hace diverger, entonces se tratará de una lente divergente.

   Por convenio, las lentes convergentes también se las llama positivas y las lentes divergentes, negativas, de ahí que cuando se expresa la potencia de una lente en dioptrías, se anteponga delante un signo "+" o "-" según el caso.

   Puesto que la desviación de los rayos luminosos provoca un cambio en el tamaño de la imagen percibida, haciéndose mayor para las lentes convergentes o positivas y menor para las divergentes o negativas, a las personas que usan gafas de graduación elevada se les ven los ojos más grandes si son hipermétropes (usan lentes convergentes), o más pequeños sin son miopes (usan lentes divergentes).

Para la presbicia, se tiene que utilizar dos gafas, como mencionamos anteriormente, cuando describíamos tal defecto, un lente convergente para leer o ver objetos próximos y un lente divergente para ver de lejos.

Para el astigmatismo, se utilizan lentes cilíndricos.

Aparatos e instrumentos ópticos:

La lupa: instrumento óptico constituido por una lente convergente biconvexa de pequeña distancia focal que se utiliza para observar pequeños detalles en los objetos.

B'

Imagen producida

por una lupa con una

lente convergente.

B

A' A F 2F

2F F

d

Microscopio compuesto: instrumento óptico que consta de dos lentes convergentes, que nos permite ver imágenes aumentadas de objetos sumamente pequeños. Los lentes reciben el nombre de ocular y objetivo.

Conclusiones

• La luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío.

• Los defectos del ojo son producidos por deformaciones en el globo ocular, el cristalino.

• Una lente es todo medio transparente limitado por dos caras de las cuales una al menos es curva.

• Un espejo es un dispositivo óptico, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida, que forma imágenes mediante la reflexión de los rayos de luz.

• Las enfermedades del ojo humano pueden ser corregidas con lentes convergentes y divergentes.