1. Conceptos generales

La óptica es la ciencia que estudia los fenómenos producidos por la luz. Estos fenómenos pueden estudiarse basándose en la naturaleza íntima de la luz (óptica física) o fijándonos únicamente en su propagación (óptica geométrica). Principios de la óptica geométrica:

• En un medio isótropo y homogéneo, la luz se propaga en línea recta con una velocidad que depende del medio.
• Los rayos luminosos se propagan independientemente unos de otros.
• Principio de Fermat: Cuando la luz se propaga entre dos puntos cualesquiera elige como trayectoria para ir de un punto a otro aquella en la que emplea el menor tiempo posible.

2. Sistemas ópticos

DIOPTRIO

Sistema óptico formado por dos medios transparentes, isótropos y homogéneos, separados por una superficie.

• Dioptrio plano: la superficie de separación es plana.
• Dioptrio esférico: la superficie de separación es esférica.

LENTES

Sistema óptico formado por dos dioptrios de los que, al menos uno, es esférico. Si el espesor de la lente es pequeño, comparado con los radios de curvatura, se denomina lente delgada, y , en caso contrario, lente gruesa.

• Lentes convergentes: Al converger un haz de rayos paralelos, se forma una imagen real. Son mas anchas por el medio que por los extremos. Pueden ser:

Biconvexas, planoconvexas y menisco convergentes.

• Lentes divergentes: Al converger un haz de rayos paralelos, se forma una imagen virtual. Son mas anchas por los extremos que por el centro. Pueden ser:

Bicóncavas, planocóncavas y menisco divergentes.

ESPEJOS

Superficie pulimentada capaz de reflejar la luz. Según la forma de esa superficie pueden ser esféricos, planos…

• Espejos esféricos: el foco objeto y el foco imagen coinciden en el mismo punto, ubicado en el punto medio del radio de curvatura. Por consecuente, la distancia focal objeto y la distancia focal imagen coinciden también. Pueden ser convexos, que forman una imagen real, o cóncavos, que forman una imagen virtual.
• Espejos planos: Se pueden considerar como espejos esféricos de radio infinito. Por tanto, los focos estarían situados en el infinito, y no nos sirven para construir imágenes.

3. Sistemas ópticos

LUPA

Es el instrumento óptico más sencillo que nos permite observar bajo un ángulo visual α’ mayor que el que corresponde a la visión directa. Consiste en una lente convergente que forma una imagen virtual situada delante del ojo.
Para ello, el objeto ha de situarse dentro de la distancia focal de la lupa. Con la lupa podemos diferenciar puntos de un objeto que a simple vista no veríamos.

MICROSCOPIO ÓPTICO

Cuando se desea obtener un aumento mayor que el que proporciona una lupa se recurre al microscopio óptico. Consta de dos sistemas de lentes:

• Objetivo: sistema de lentes convergentes que está cerca del objeto.
• Ocular: sistema de lentes a través del cual se mira.

El distancia focal del objetivo tiene que ser menor que la del ocular. 

TELESCOPIO

Es un instrumento diseñado para observar objetos muy lejanos. Para poder captar intensidades de luz muy débiles, se necesitan lentes de gran tamaño. La construcción de lentes de gran tamaño tiene dificultades técnicas. Además, son lentes muy caras. Entonces, se sustituye la lente del objetivo por un espejo (esférico o parabólico) debido a que su construcción es mas fácil y es mas barato de construir. La distancia focal del objetivo tiene que ser mayor que la del ocular.

4. El ojo humano

Es un sistema óptico que forma sobre la retina una imagen real o invertida. Su forma es aproximadamente esférica, con unos 2,5cm de diámetro. El ojo normal puede enfocar con nitidez cualquier objeto situado entre el infinito (punto remoto) y unos 25cm del ojo (punto próximo).

Con la edad se aleja el punto próximo del ojo. No se considera un defecto de la visión, ya que le sucede a todas las personas. Se corrige con lentes convergentes.

Defectos de la visión

El ojo normal (emétrope) forma sobre la retina la imagen de un objeto situado en el infinito. Si esto no sucede, se dice que el ojo es amétrope, pudiendo distinguirse dos casos, miopía e hipermetropía.

• Miopía: El globo ocular es demasiado largo en comparación con el radio de curvatura de la córnea y, por tanto, la imagen de un objeto situado en el infinito se forma delante de la retina. De este modo, los objetos lejanos se ven borrosos. El punto próximo de un miope se encuentra más cercano, pudiendo llegar a 5cm. Se corrige con lentes divergentes para que su foco imagen coincida con el punto remoto del ojo.
• Hipermetropía: El globo ocular es demasiado corto o el radio de la córnea es muy elevado y, por tanto, la imagen de un objeto situado en el infinito se forma detrás de la retina. De este modo, los objetos cercanos se ven borrosos. El punto próximo de un hipermétrope se encuentra más lejano. Se corrige con lentes convergentes para que su foco imagen coincida con el punto próximo del ojo.
• Astigmatismo: Las superficies que limitan los medios refringentes del ojo no son perfectamente esféricas. No se pueden ver simultáneamente y con claridad dos rectas perpendiculares sobre un mismo plano. Se corrige con lentes cilíndricas.

En la actualidad las gafas han sido sustituidas en muchos casos por lentillas (lentes de contacto), que corrigen la curvatura de la córnea que produce el defecto. Estos últimos años se ha comenzado a utilizar queratotomía radial y el láser para tallar la curvatura de la córnea.

Ángulo visual y poder separador del ojo: El ángulo visual, σ, es el ángulo que subtiende un objeto con el ojo, considerando el cristalino como vértice. El ángulo visual mínimo para que los extremos A y B se vean separados es de unos 30º. Si el objeto se sitúa a 25cm (punto próximo), la distancia mínima entre A y B, para que se vean separados, es: d=250mm*tg30º=0,036mm.

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