Download Si queremos observar con detalle un objeto de un tamaño pequeño

Óptica geométrica: cuestiones teóricas
1. Explica qué es un dioptrio y qué una dioptría.
Una dioptría es la unidad de convergencia o potencia de una lente. Se define como la
potencia de una lente cuya distancia focal es un metro. El cálculo de las dioptrías de
una lente se efectúa mediante la fórmula:
1
p
f
donde f es la distancia focal. Esta medida se utiliza para calcular la medida de la
refracción del ojo.
El conjunto formado por dos medios transparentes, con índices de refracción distintos,
separados por una superficie, se denominará dioptrio. Si la superficie de separación es
plana se tratará de un dioptrio plano y si es esférica de un dioptrio esférico.
2. Indica, dibujándolas, las características de la imagen que se forman en un espejo
cóncavo si el objeto se encuentra:
a) entre el foco y el centro de
curvatura.
C: centro de curvatura
F: foco
y: tamaño objeto
y´: tamaño imagen
Un primer rayo paralelo al eje se refleja pasando por el foco, un segundo rayo
pasa por el centro de curvatura y se reflejará sobre su trayectoria. En el punto
donde se cortan ambos rayos se formará una imagen de mayor tamaño, real e
invertida.
b) en el foco
C: centro de curvatura
F: foco
y: tamaño objeto
y´: tamaño imagen
Un primer rayo paralelo al eje se refleja pasando por el foco, un segundo rayo pasa por
el centro de curvatura y se reflejará sobre su trayectoria. Al ser estos dos rayos paralelos
no cortarán en ningún punto y por tanto no existirá imagen.
Cuestiones teóricas – Óptica geométrica 1
c) entre el foco y el espejo
C:centro de curvatura
F :foco
y :tamaño objeto
y´: tamaño imagen
Un primer rayo paralelo al eje se refleja pasando por el foco, un segundo rayo
pasa por el centro de curvatura y se reflejará sobre su trayectoria. En el punto
donde se cortan ambos rayos se formará una imagen de mayor tamaño, virtual y
derecha.
3. Indica, dibujándolas, la características de la imagen producida por una lente
convergente cuando el objeto se encuentra:
a) muy alejado del foco de la lente
F: foco objeto
F´: foco imagen
y: objeto
y´: imagen
Un primer rayo paralelo al eje incide en la lente y pasa por el foco imagen, un
segundo rayo atraviesa el centro óptico de la lente. En el punto donde se cortan
ambos rayos se forma una imagen de menor tamaño, real e invertida.
b) sobre el foco de la lente
F: foco objeto
F´: foco imagen
y: tamaño objeto
y´: tamaño imagen
Un primer rayo paralelo al eje incide en la lente y pasa por el foco imagen, un
segundo rayo atraviesa el centro de la lente. Al ser estos dos rayos paralelos no
se cortarán en ningún punto y por tanto no existirá imagen.
Cuestiones teóricas – Óptica geométrica 2
c) entre el foco y la lente
F: foco objeto
F´: foco imagen
y: objeto
y´: imagen
Un primer rayo paralelo al eje incide en la lente y pasa por el foco imagen, un
segundo rayo atraviesa el centro de la lente. Prolongamos estos dos rayos hasta
que se corten. Ahí se formará una imagen de mayor tamaño, virtual y derecha.
4. Describe el funcionamiento óptico de la lupa y analiza las características de sus
imágenes. ¿Dónde se deberá colocar un objeto para obtener una imagen virtual?
Si queremos observar con detalle un objeto de un tamaño pequeño, solemos acercarlo al
ojo para que la imagen sea mayor sobre la retina, sin embargo, este proceso está
limitado por la existencia de un punto próximo de nuestra visión (a unos 25 cm.) que
impide que veamos con nitidez un objeto situado a una distancia menor que la del punto
próximo.
La lupa, técnicamente conocida como microscopio simple, es el más sencillo de los
instrumentos ópticos. Consiste en una lente convergente de pequeña distancia focal que
permite ver los objetos de mayor tamaño al que realmente corresponde. Para que esto
ocurra, el objeto se tendrá que colocar entre el foco y la lente: la imagen será mayor,
derecha y virtual.
5. Explica el funcionamiento del ojo como sistema óptico. ¿En qué consisten
los defectos oculares de la miopía y la hipermetropía?
Los ojos se pueden considerar como
un sistema óptico que funciona como
cámaras fotográficas. La lente del
cristalino forma en la retina una
imagen invertida de los objetos que
Cuestiones teóricas – Óptica geométrica 3
enfoca. El enfoque del ojo se produce mediante una acomodación, es decir, la lente del
cristalino se aplana. Si el ojo necesita ver objetos más cercanos se contrae el músculo
ciliar y por relajación del ligamento
suspensorio, la lente se redondea. Sin
embargo, para ver objetos distantes, no se
produce la acomodación, puesto que se
enfocan en la retina cuando la lente está
aplanada gracias al ligamento suspensorio.
La miopía se produce a causa de una
distancia finita del punto remoto haciendo
posible que las personas no veamos con
claridad los objetos situados más allá de
este punto. Es debido a la excesiva
convergencia del cristalino del ojo, lo que
hace que la imagen no se forme sobre la retina, sino delante de ella. Se puede corregir
mediante lentes divergentes.
La hipermetropía consiste en la
formación de las imágenes
detrás de la retina debido a que
el
cristalino
no
es
suficientemente convergente.
El punto próximo está más
lejos de lo normal. Este defecto
se puede corregir mediante
lentes convergentes.
6. Indica las diferencias entre las lentes convergentes y divergentes. Explica su
aplicación a la corrección de los defectos de la visión ocular
Una lente convergente es más gruesa en el centro que en los extremos. La luz que
atraviesa una lente convergente se desvía hacia adentro (converge). Esto hace que se
forme una imagen del objeto en una pantalla situada al otro lado de la lente. Esa imagen
puede variar el tamaño, pero
siempre que sea real será
invertida. De igual manera
funciona el ojo, las imágenes se
ven invertidas, pero el cerebro se
encarga de que las percibamos
correctamente. La imagen está
enfocada si la pantalla se coloca a
una distancia determinada, que
depende de la distancia del objeto
y del foco de la lente.
Cuestiones teóricas – Óptica geométrica 4
La lente del ojo humano es convexa, y además puede cambiar de forma para enfocar
objetos a distintas distancias. La lente se hace más gruesa al mirar objetos cercanos y
más delgada al mirar objetos lejanos. A veces, los músculos del ojo no pueden enfocar
la luz sobre la retina, la pantalla del globo ocular. Si la imagen de los objetos cercanos
se forma detrás de la retina, se dice que existe hipermetropía. La hipermetropía es la
dificultad de enfocar objetos cercanos. El punto próximo del ojo hipermétrope está más
lejos de lo normal (25 cm), y para corregir este defecto habrá que colocar delante del ojo
una lente convexa, la cual hará converger los rayos de luz sobre la retina.
Las lentes convergentes se usan, además, para compensar los problemas de
acomodación y afaquias (operados de cataratas), existe una tendencia a fabricarlas más
ligeras y planas, sin renunciar a la calidad y confort visual, ya que suelen ser más
pesadas. Por otro lado, a medida que aumenta la potencia de las lentes convergentes, el
campo visual se va reduciendo y las distorsiones en su periferia se acentúan, luego la
lente ideal debe ofrecer el máximo campo visual útil con las mínimas distorsiones
periféricas.
Las lentes divergentes están redondeadas hacia adentro, siendo la parte central más
delgada que las de los extremos. La luz que atraviesa una lente cóncava se desvía hacia
afuera (diverge). A diferencia de las lentes convexas, que producen imágenes reales, las
cóncavas sólo producen imágenes virtuales, es decir, imágenes de las que parecen
proceder los rayos de la luz.
En este caso es una imagen más pequeña situada delante del objeto (el trébol). En las
gafas o anteojos para miopes, las lentes cóncavas hacen que los ojos formen una imagen
nítida en la retina y no delante de ella, la miopía se caracteriza, porque en una persona
puede enfocar objetos cercanos pero no ve con claridad los lejanos, es decir el punto
remoto esta a una distancia finita. Como consecuencia, el ojo no ve con claridad los
objetos situados por detrás de este punto.
Cuestiones teóricas – Óptica geométrica 5
Las lentes divergentes y las convergentes son lentes que no tienen nada que ver entre sí,
lo único que tienen en común es que se utilizan principalmente para la corrección de la
vista del ojo humano. Una lente lo hace refractando los rayos hacia fuera para que la
imagen en la retina no se produzca antes y en el otro caso se refracta hacia adentro para
que la imagen no se cree por detrás de la retina.
7. Describe el telescopio de Galileo y los fenómenos ópticos en los que se basa.
El primer científico que usó el telescopio fue Galileo Galilei (1564-1642), inventor,
entre otras cosas, de un modelo de telescopio que todavía hoy lleva su nombre. El uso
de ese instrumento le permitió a Galileo ver cuatro satélites de Júpiter (los cuatro
mayores satélites, que hoy se denominan galileanos).
El telescopio es un instrumento óptico que se utiliza para ver más próximos los objetos
distantes. La parte principal de
un telescopio es el objetivo que
cumple esencialmente dos
misiones. La primera es
recoger la luz de los objetos
observados;
la
segunda,
concentrarla en el foco del
telescopio.
Si
hacemos
coincidir el foco del ocular
lograremos ver los rayos de los
objetos observados como si nos llegaran desde el infinito, pero de mayor tamaño.
Hoy en día los telescopios no se suelen fabricar con lentes, se consigue el mismo efecto
con espejos, pasaron de ser refractores a ser reflectores. Es más sencillo fabricar espejos
grandes que lentes grandes, ya que éstas se deforman por su propio peso.
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