Física/Óptica/Instrumentos ópticos

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Aparatos ópticos[editar]

Antiguos microscopios

Por tales se entienden aquellos instrumentos fundados en las propiedades de espejos, prismas y lentes que utiliza el hombre para lograr la visión de objetos muy pequeños o muy alejados en condiciones favorables.

Cámara obscura[editar]

Modelo del funcionamiento de una cámara oscura

La cámara obscura es una caja cerrada con un orificio pequeño en una de sus paredes para la entrada de los rayos luminosos (rectos); éstos forman en la pared situada frente al orificio una imagen real invertida de cualquier objeto situado en el exterior delante del orificio. El tamaño de la imagen crece con la distancia entre el orificio y la pared constituida por un vidrio esmerilado (papel de china), donde se forma la imagen. Disminuyendo el diámetro del orificio, la imagen gana en nitidez lo que pierde en luminosidad.

Cámara fotográfica[editar]

Consiste esencialmente en una cámara obscura de dimensiones determinadas o bien puede tener un fuelle para alargar o acortar su longitud, en la parte anterior lleva un orificio provisto de una lente convergente, llamada objetivo. En la parte posterior tiene un vidrio esmerilado frente al cual se coloca la placa sensible, recubierta por una capa de bromuro de plata, esta placa es la que va a recibir la imagen cuando entren los rayos de luz a la cámara obscura. Junto a la lente está una laminita que permite la entrada de mayor a menor cantidad de luz, haciendo más grande o más pequeña la abertura por donde ésta pasa, es el diafragma. Además hay otra lámina que abre y cierra la entrada de luz a la cámara, es el obturador.

Cámara cinematográfica[editar]

Para impresionar las películas se usa la cámara cinematográfica que no es más que una cámara fotográfica, con la diferencia de que tiene un rollo de película que va pasando rápidamente ente el objetivo, impresionando de 22 a 25 fotografías por segundo, esta película va enrollándose en el mismo aparato, para ser luego revelada y fijada.

Anteojo de Galileo[editar]

Anteojo de Galileo

Este aparato para observaciones a distancia, en él se dispone un ocular constituido por una lente divergente y un objetivo que es una lente convergente, este aparato no da aumentos muy grandes, pero son prácticos por su pequeño tamaño.

Anteojo astronómico[editar]

Telescopio astronómico

Este aparato, empleado en la observación de los cuerpos celestes consta de dos lentes convergentes: un objetivo y un ocular. El objetivo brinda una imagen real e invertida y mediante el ocular el observador ve una imagen virtual del mismo sentido, es decir invertida respecto al objeto.

La distancia entre el objetivo y el ocular debe ser igual a la suma de sus respectivas distancias focales.

Telescopios[editar]

Telescopio

El anteojo astronómico es un telescopio ya que amplifica las imágenes de los cuerpos celestes. Estos se llaman telescopios de refracción, porque las estrellas se ven directamente a través de las lentes que refractan la luz. El moderno telescopio de reflexión un enorme espejo cóncavo el cual recoge la luz de las estrellas y las refleja, concentrando los rayos en un espejo plano, donde son observadas a través de lentes convergentes.

Prismáticos[editar]

Es otro tipo de anteojo terrestre con el cual se logra la imagen no invertida, al aplicar dos prismas de reflexión total, en la figura se observa la marcha de los rayos, gracias a las cuatro reflexiones se produce la doble inversión, y la imagen aparece derecha.

Lupa o lente de aumento[editar]

Suele llamarse microscopio simple. Es una sencilla lente convergente de pequeña distancia focal; al observar un objeto mediante la misma, su aumento facilita la acomodación; y por lo tanto el ángulo de visión, o diámetro aparente, es notablemente aumentado. La imagen lograda es virtual, mayor y de igual sentido.

Microscopio Óptico[editar]

El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto.

El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Por lo general, se utilizan microscopios compuestos, que disponen de varias lentes con las que se consiguen aumentos mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un objeto por encima de las 2.000 veces.

El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un tubo cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que crean una imagen real aumentada del objeto examinado.

Las lentes de los microscopios están dispuestas de forma que el objetivo se encuentre en el punto focal del ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las distancias focales de los dos sistemas de lentes.

El equipamiento adicional de un microscopio consta de un armazón con un soporte que sostiene el material examinado y de un mecanismo que permite acercar y alejar el tubo para enfocar la muestra. Los especímenes o muestras que se examinan con un microscopio son transparentes y se observan con una luz que los atraviesa; se suelen colocar sobre un rectángulo fino de vidrio. El soporte tiene un orificio por el que pasa la luz. Bajo el soporte se encuentra un espejo que refleja la luz para que atraviese el espécimen.

El microscopio puede contar con una fuente de luz eléctrica que dirige la luz a través de la muestra.

La fotomicrografía, que consiste en fotografiar objetos a través de un microscopio, utiliza una cámara montada por encima del ocular del microscopio. La cámara suele carecer de objetivo, ya que el microscopio actúa como tal. El término microfotografía, utilizado a veces en lugar de fotomicrografía, se refiere a una técnica de duplicación y reducción de fotografías y documentos a un tamaño minúsculo para guardarlos en un archivo.

Los microscopios que se utilizan en entornos científicos cuentan con varias mejoras que permiten un estudio integral del espécimen. Dado que la imagen de la muestra está ampliada muchas veces e invertida, es difícil moverla de forma manual. Por ello los soportes de los microscopios científicos de alta potencia están montados en una plataforma que se puede mover con tornillos micrométricos. Algunos microscopios cuentan con soportes giratorios. Todos los microscopios de investigación cuentan con tres o más objetivos montados en un cabezal móvil que permite variar la potencia de aumento.

Microscopios ópticos especiales[editar]

Microscopio estereoscópico

Hay diversos microscopios ópticos para funciones especiales. Uno de ellos es el microscopio estereoscópico, que no es sino un par de microscopios de baja potencia colocados de forma que convergen en el espécimen. Estos instrumentos producen una imagen tridimensional. El microscopio de luz ultravioleta utiliza el rango ultravioleta del espectro luminoso en lugar del rango visible, bien para aumentar la resolución con una longitud de onda menor o para mejorar el detalle absorbiendo selectivamente distintas longitudes de onda de la banda ultravioleta. Dado que el vidrio no transmite las longitudes de onda más cortas de la luz ultravioleta, los elementos ópticos de estos microscopios están hechos con cuarzo, fluorita o sistemas de espejos aluminizados. Además, dado que la radiación ultravioleta es invisible, la imagen se muestra con fosforescencia, en fotografía o con un escáner electrónico. El microscopio de luz ultravioleta se utiliza en la investigación científica.

El microscopio petrográfico o de polarización se utiliza para identificar y estimar cuantitativamente los componentes minerales de las rocas ígneas y las rocas metamórficas. Cuenta con un prisma de Nicol u otro tipo de dispositivo para polarizar la luz que pasa a través del espécimen examinado. Otro prisma de Nicol o analizador determina la polarización de la luz que ha pasado a través del espécimen. El microscopio tiene un soporte giratorio que indica el cambio de polarización acusado por el espécimen.

El microscopio en campo oscuro utiliza una luz muy intensa en forma de un cono hueco concentrado sobre el espécimen. El campo de visión del objetivo se encuentra en la zona hueca del cono de luz y sólo recoge la luz que se refleja en el objeto. Por ello, las porciones claras del espécimen aparecen como un fondo oscuro y los objetos minúsculos que se están analizando aparecen como una luz brillante sobre el fondo. Esta forma de iluminación se utiliza para analizar elementos biológicos transparentes y sin manchas, invisibles con iluminación normal.

El microscopio de fase ilumina el espécimen con un cono hueco de luz, como en el microscopio en campo oscuro. Sin embargo, en el microscopio de fase el cono de luz es más estrecho y entra en el campo de visión del objetivo, que contiene un dispositivo en forma de anillo que reduce la intensidad de la luz y provoca un cambio de fase de un cuarto de la longitud de onda. Este tipo de iluminación provoca variaciones minúsculas en el índice de refracción de un espécimen transparente, haciéndolo visible. Este tipo de microscopio es muy útil a la hora de examinar tejidos vivos, por lo que se utiliza con frecuencia en biología y medicina.

Entre los microscopios avanzados se encuentra el microscopio de campo cercano, con el que se pueden ver detalles algo menores a la longitud de onda de la luz. Se hace pasar un haz de luz a través de un orificio diminuto y se proyecta a través del espécimen a una distancia equivalente a la mitad del diámetro del orificio, formando una imagen completa.

Microscopio compuesto[editar]

Es el microscopio comúnmente conocido y está constituido de manera fundamental por dos lentes: el ocular y el objetivo.

El objetivo: Posee una pequeña distancia focal y está colocado en las cercanías del objeto a observar.

El ocular: Posee una mayor distancia focal que el anterior y es aquel inmediato al ojo del observador.

Ambas lentes están ubicados en un tubo y de tal modo que sus ejes coinciden. Este tubo puede subir o bajar mediante un tornillo micrométrico para lograr el enfoque necesario del objeto. Entonces la imagen obtenida será real, invertida y mayor.

  • Usos del Microscopio

a) En la investigación microscópica de metales.

b) En la bacteriología.

c) En Física, Química y Biología.

d) Además en la industria, donde la fotografía microscópica sea indispensable.

Periscopio[editar]

Principio del periscopio simple

Instrumento óptico para observar desde una posición oculta o protegida. Un periscopio simple consiste en espejos o prismas situados en los extremos opuestos de un tubo con las superficies de reflexión paralelas entre sí en el eje del tubo.

El denominado periscopio de campo o de tanque se ha usado en las trincheras, detrás de parapetos y terraplenes y en tanques, permitiendo ver sin correr riesgos.

El periscopio del submarino es un instrumento más grande y complejo, formado por prismas de reflexión en la parte superior del tubo vertical, con dos telescopios y varias lentes entre ellos y un ocular en la parte inferior. Este periscopio se coloca en un tubo resistente y grueso, de 10 a 15 cm de diámetro, que soporta la presión del agua a grandes profundidades. La única parte giratoria del tubo exterior es la cabeza, fijada al interior del tubo. Ésta puede girarse mediante una palanca o un eje y un engranaje. El campo de visión de un periscopio simple es pequeño, pero algunas mejoras recientes lo han aumentado. El aumento de objetos distantes es de 1,5 a 6 diámetros.

Los periscopios también se usan como dispositivos de avistamiento en aviación militar, en laboratorios físico-nucleares para observar reacciones radiactivas y en aceleradores de partículas.

Estereoscopio[editar]

Estereoscopio

Instrumento óptico a través del cual pueden observarse fotografías de objetos, pero no como representaciones planas, sino con apariencia sólida y profundidad. Es un instrumento donde se presentan al mismo tiempo dos fotografías del mismo objeto, una a cada ojo. Las dos fotografías están tomadas desde ángulos ligeramente diferentes y se observan a través de dos objetivos con lentes separadas e inclinadas para que coincidan y se fundan las dos imágenes en una tridimensional.

La fotografía estereoscópica aérea permite realizar representaciones en tres dimensiones que pueden utilizarse en la preparación de mapas de relieve.