INSTRUMENTOS ÓPTICOS 86
86
INSTRUMENTOS ÓPTICOS
Lupa o microscopio simple
Consta de una lente convergente, con un armazón ...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 87
87
de lectura para una persona de 50 años tiene en general una potencia (mal
llamada aumento) igua...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 88
88
Por ejemplo:
1) ¿A qué distancia x’ debe colocarse la pantalla para ver una diapositiva
común (...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 89
89
El aumento vale:
A=tg(γ)γ)/tg(α)α)=(L-focu-fobj)/fobj/focu.δδ
Si consideramos que la longitud L...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 90
90
mecanismo de tornillo micrométrico al objeto, se puede examinar a éste
por capas, si es suficie...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 91
91
En el dibujo se ve que el tamaño y’ de la imagen real de un objeto lejano
creado por una lente ...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 92
92
a) Con un par de lentes convergentes iguales separados por su distancia
focal, que se intercala...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 93
93
Aberraciones de las lentes
a) Aberración cro-
mática: en los vi-
drios de las len-
tes, los ray...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 94
94
se mencionó, no toda la luz que incide en una lente se transmite9
, sino que
parte se refleja, ...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 95
95
do por sectores, como los que se usa en las cámaras fotográficas (dia-
fragma iris)
En fotograf...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 96
96
refringentes, minimizándose así la cantidad de luz reflejada y las aberra-
ciones de esfericida...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 97
97
(rara vez mayor que 5). Ideal para salas de teatro, se construyen en pares
para visión binocula...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 98
98
Algunos detalles sobre telescopios reflectores
Los espejos de los telescopios reflectores se fa...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS 99
99
y el de Monte Palomar (California, USA) de 5 m de diámetro y 17 m de
distancia focal. Recuérdes...
INSTRUMENTOS ÓPTICOS
100
100
Óptica Adaptativa
Mediante un programa que analiza la imagen de un objeto celeste de forma co...
a
a
ÍNDICE
INSTRUMENTOS ÓPTICOS.........................................................................86
LUPA O MICROSCO...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Instrumentos opticos

1.706 visualizaciones

Publicado el

Publicado en: Educación
0 comentarios
0 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

  • Sé el primero en recomendar esto

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
1.706
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
818
Acciones
Compartido
0
Descargas
15
Comentarios
0
Recomendaciones
0
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Instrumentos opticos

  1. 1. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 86 86 INSTRUMENTOS ÓPTICOS Lupa o microscopio simple Consta de una lente convergente, con un armazón que la separa una dis- tancia focal del objeto. La marcha de los rayos está indicada en el dibujo. El objeto es visto por el observador bajo el ángulo α, gracias al acerca- miento que le permite la lupa. Sin la lente, la visión nítida del objeto sería imposible a la distancia f (mucho menor que la distancia de visión nítida (δ ≅ 0,25 m) El aumento A de la lupa viene dado por el cociente entre tamaños angula- res con y sin el aparato. Sin el aparato, el ángulo β bajo el cual es posible ver al objeto de tamaño y (aproximando el arco a la tangente cuando se trata de ángulos pequeños) resulta ser, β ≅ y/δ , mientras que con la lupa se ve bajo el ángulo α ≅ y/f Así resulta A ≅≅ α / βα / β = δδ/f (f medido en m). Es decir que el aumento de una lupa es inversamente proporcional a su distancia focal y directamente pro- porcional a la distancia de visión nítida, que depende del observador y se estima en 25 cm para un ojo normal1 . La inversa de la distancia focal de una lente se llama “potencia” de la lente en cuestión. La potencia de una lente se mide en “dioptrías” para f medido en m . Por ejemplo, un anteojo 1 Los miopes tienen una distancia de visión nítida menor, que puede llegar a menos de 10 cm , por lo que pueden ver con claridad objetos mucho más pequeños que un ojo normal.. f f α ojo del observador imagen sobre la retina cristalino lente objeto y LUPA O MICROSCOPIO SIMPLE
  2. 2. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 87 87 de lectura para una persona de 50 años tiene en general una potencia (mal llamada aumento) igual a 1,25 dioptrías, o sea f=0,8 m Ejemplo: se examina una arañita de 1 mm de largo con una lupa de 2 cm de distancia focal. La arañita se ve bajo un ángulo de 0,001/0,02 = 0,05 radianes , es decir con el mismo tamaño aparente que vemos una oveja de 1 metro de largo a 20 metros de distancia. Sin la lente no podríamos acercarnos a menos de 25 cm del animalito, y lo veríamos bajo una ángulo de 0,001/0,25 = 0,004 , es decir con el mismo tamaño que vemos a la oveja a 250 m de distancia Proyector de imágenes: Este aparato produce sobre una pantalla una imagen real ampliada de un objeto fuertemente iluminado. Consta de un soporte para el objeto, una fuente de luz potente que lo ilumina y una lente o grupo de lentes L con- vergentes colocadas a una distancia x del objeto, algo mayor que su propia distancia focal f. Para concentrar la luz sobre el objeto se dispone entre lámpara y objeto de un grupo de lentes llamada “condensador” y a veces también de un espejo cóncavo detrás de la lámpara. Lámpara y condensa- dor se refrigeran mediante un ventilador, para alargar la vida útil de la lám- para y para evitar que el conjunto irradie demasiado calor sobre el objeto. El aumento lineal (no angular) que produce el aparato proyector está en razón directa a la distancia entre lente de proyección L y pantalla e inver- samente proporcional a la distancia focal f de la lente de proyección L En efecto, de acuerdo a la figura es y’/y = x’/x pero como el objeto está muy cerca del plano focal de la lente L, resulta x≅f de donde A = y’/y ≅≅ x’/f y’ y f f x x’ PROYECTOR DE IMÁGENES sistema condensador lente de proyección L ventilador espejo
  3. 3. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 88 88 Por ejemplo: 1) ¿A qué distancia x’ debe colocarse la pantalla para ver una diapositiva común (y=35 mm) con un tamaño de y’=2 m, contando con una lente de proyección de 50 mm de distancia focal? Respuesta : y’/y= 2/0,035 = 57,14 x’/f ≅≅ 57,14 , de donde x’= 0,05 x 57,14 = 2,857 m 2) ¿Dónde debe colocarse la diapositiva?: En tales condiciones, y para un enfoque perfecto, la diapositiva no estará exactamente en el plano focal de la lente, sino un poco más lejos, ya que y’/y = (x’-f)/f =x’/x , de donde 1/f=1/x+1/x’ (fórmula de los focos conjugados de Descartes). De ésta se deduce que 1/x=1/f-1/x’=1/0.05-1/2,857=19,65 y entonces x=1/19,65=0,0508 m , es decir que la diapositiva debe colocarse 8 déci- mas de milímetro más alejada de la lente que su plano focal. El proyector de imágenes funciona al revés de una máquina fotográfica: los rayos recorren el camino inverso: de la foto hacia donde estaba el ob- jeto. Los fotógrafos utilizan un proyector con iluminación controlada para hacer ampliaciones fotográficas, proyectando la imagen del negativo sobre un papel sensible en vez de una pantalla, logrando así un positivo amplia- do. Microscopio compuesto Es una combinación de proyector y lupa. Una imagen real proyectada y ampliada del objeto a través de una lente (objetivo) se observa a través de una lupa (ocular), lográndose así una doble amplificación. El ocular y el objetivo son lentes convergentes de distancia focal parecida y relativa- mente pequeña comparada con la longitud L del tubo sobre el que van montados. Se tiene que L=x’+focu y también x’=L-focu El aumento del microscopio compuesto se calcula como para cualquier instrumento óptico, por la relación de tamaños aparentes del objeto con y sin aparato. Mirando a través del aparato, el tamaño aparente es γγ , siendo tg(γ)=y’/focu , y además resulta que: tg(β)β)=y’/(x’-fobj)= y’/(L-focu-fobj)≅≅ y/fobj De todo ello se deduce que tg(γ)γ)=y(L-focu-fobj)/fobj/focu Como siempre, sin el aparato, o sea a simple vista, se ve el objeto bajo el ángulo αα tal que tg(α)α)=y/δδ
  4. 4. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 89 89 El aumento vale: A=tg(γ)γ)/tg(α)α)=(L-focu-fobj)/fobj/focu.δδ Si consideramos que la longitud L del tubo es bastante mayor que las dis- tancias focales del objetivo y del ocular, podemos poner en forma aproxi- mada que A=L.δδ/(fobj.focu), fórmula que nos dice que el aumento del mi- croscopio es proporcional a la longitud del tubo e inversamente propor- cional al producto de las distancias focales del objetivo y del ocular. A pe- sar de la fórmula, no se puede construir un microscopio de cualquier au- mento con sólo alejar los lentes que lo constituyen. Hay dos limitaciones fundamentales para alcanzar aumentos mayores que 1000 veces: el pri- mero es la difracción de la luz, que no puede reproducir detalles de tamaño menor que su longitud de onda (medio micrómetro). El segundo es la lumi- nosidad de la imagen real y’ que no debe ser inferior a la de la sensibilidad del ojo. Como depende de la iluminación del objeto y va disminuyendo con el cuadrado de la distancia x’ , la mayor distancia debe compensarse con mayor iluminación del objeto. Ésta tiene como límite el calentamiento ex- cesivo del objeto, generalmente una preparación delgada que se observa por transparencia, como una diapositiva. Al igual que en el proyector de diapositivas, existe generalmente un aparato de iluminación con su lámpa- ra (generalmente de menor potencia), condensador y espejo. En los mi- croscopios comunes la imagen observada, invertida con respecto al objeto, muestra generalmente una pequeña parte del mismo, con una visión sin profundidad, nítida solamente para la parte del objeto que está en el plano ΠΠ de enfoque, de manera que acercando o alejando aparato mediante un y’ y fobj fobj x x’ focu γγ L γγβ PLANO ΠΠ MICROSCOPIO COMPUESTO
  5. 5. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 90 90 mecanismo de tornillo micrométrico al objeto, se puede examinar a éste por capas, si es suficientemente transparente2 . Ejemplo 1: Se dispone de dos lentes iguales de f=0,03 m y un tubo de L=0,15 m de largo. ¿Cuántos aumentos tendrá el microscopio formado por el conjunto de los tres elementos mencionados? Respuesta: A=(L-focu-fobj)/fobj/focu.δ =δ = (0,15-0,03-0,03)/(0,03) 2 x0,25 = 25 veces Ejemplo 2: Especificar la distancia focal de las lentes necesarias para construir un microscopio de A=400 aumentos con un tubo de L=20 cm En principio tomemos lentes de igual distancia focal3 , o sea fobj=focu=f<<L con lo cual podemos usar la fórmula simplificada A=L.δδ/f 2 y entonces f 2 =L.d/A=0,2x0,25/150=0,00125 m 2 . Extrayendo la raíz cua- drada, obtenemos f=0,011 m (4 ) Anteojo astronómico, o de Kepler Este aparato entra dentro de la categoría genérica de los telescopios (τελε=lejos y σχοπειν=mirar). Su principio óptico se basa en observar con un ocular idéntico al de un microscopio (de distancia focal lo más pequeña posible), la imagen real de un objeto muy alejado, creada por una lente convergente de gran distancia focal (un teleobjetivo). 2 Para ver un preparado biológico, se incluye en parafina al tejido a observar para hacerlo manejable y consistente. Luego se lo corta en fetas muy finas, que se colorean y se colocan entre dos vidrios (porta y cubre objeto), pegados con bálsamo de Canadá. Se forma así una verdadera diapositiva que se observa por transparencia. 3 Los microscopios compuestos tienen en general el objetivo de un poco menor distancia focal que el ocular. 4 Es prácticamente imposible lograr una distancia focal tan pequeña con una sola lente. En cambio se dispone para tal fin un conjunto de lentes que dan un efecto combinado de distan- cia focal pequeña: son los oculares u objetivos compuestos, que se detallan en otra parte de este capítulo. α fobj focu β y’
  6. 6. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 91 91 En el dibujo se ve que el tamaño y’ de la imagen real de un objeto lejano creado por una lente convergente es tanto mayor cuánto mayor es su dis- tancia focal fobj. En efecto, por formarse la imagen prácticamente en el plano focal, resulta y’/fobj=tg(αα) de donde y=fobj.tg(αα) . El ángulo αα bajo el cual se ve el objeto a simple vista es en general sumamente pequeño. En el caso de un astro como el sol o la luna, ese ángulo vale medio grado. En el caso de una es- trella, su valor es casi cero, por lo cual una estrella se sigue viendo como un punto aún con el telescopio más potente5 . El aumento del telescopio de Képler resulta ser A=tg(ββ)/tg(αα)=(y’/focu)/(y’/fobj)=fobj/focu El largo del aparato vale L=fobj+focu , de todo lo cual se deduce que para obtener un buen anteojo astronómico se necesita un ocular potente, un objetivo de gran distancia focal y un tubo un poquito más largo que los reúna. Para mejorar su portabilidad, el tubo se fabrica en dos o tres partes de igual longitud y diámetros decrecientes, que se meten unas adentro de otras. Este montaje propio de los telescopios, se ha extendido a otros apa- ratos no ópticos, que sin embargo se denominan “telescópicos”6 por analo- gía. Son ejemplos de ello las antenas retráctiles, tubos de conducción de líquidos, amortiguadores y suspensiones elásticas, etc. La imagen que se ve a través de un anteojo astronómico está invertida con respecto a la posición del objeto. Esto, que no es inconveniente para ob- servaciones astronómicas, es incómodo en las terrestres. Para evitarlo, los anteojos de Képler para observación terrestre agregan un sistema de in- versión de la imagen. Hay dos tipos de sistemas de inversión: con lentes o por reflexión. 5 Con o sin telescopio una estrella (no un planeta) se ve en rigor como una mancha de difrac- ción con anillos, como la creada por un orificio circular. El brillo de esta mancha es mayor mirando a través del aparato, ya que su objetivo colecta mucha más luz que la pupila. Por esa causa se ven también a través de un telescopio muchas mas estrellas que a simple vista. En cambio en el caso de un objeto cuya imagen no se reduce a una mancha sino a una forma definida, el brillo depende del “foco” y puede ser menor a través del aparato que a ojo desnu- do. Véase más adelante las consideraciones sobre objetivos y “foco”. 6 En rigor debería llamárselos “de tipo telescópico”. “Antena telescópica” puede inducir a error, interpretándose una antena direccional, para captar señales remotas. “Antena retráctil tipo telescópica” es más adecuado.
  7. 7. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 92 92 a) Con un par de lentes convergentes iguales separados por su distancia focal, que se intercala en el interior del tubo, frente al ocular. b) Con dos prismas de reflexión total colocados de manera de dar vuelta la marcha de los rayos, el primero de iz- quierda a derecha, el segundo de arriba a abajo, como se indica en la figura. Este sistema se emplea en los binocula- res vulgarmente llamados “prismáti- cos”, formados por dos telescopios acodados simétricos colocados con sus ejes ópticos perfectamente paralelos, uno para cada ojo. En este caso se aprovecha la ida y vuelta que crea la reflexión de los rayos en los pris- mas para alojar el anteojo en un tubo acodado, más corto que el del ins- trumento equivalente con par de inversión lenticular. Ejemplo: Calcular la distancia focal necesaria del objetivo de un anteojo de Képler que permita ver la forma de un cráter de 500 metros de diámetro en la luna. Se dispone de un ocular de focu=1 cm de distancia focal. Solución: Para distinguir la forma7 de algún objeto hay que verlo bajo un ángulo de por lo menos 0,1º (6’) . Como la luna está aproximadamente a 300000 Km de distancia, el tamaño angular (o aparente) del cráter será de 500/300000000=1,7 x 10-6 y el aumento necesario será A=tg(0,1º)/(1,7x10- 6 )= 1027 veces . La distancia focal del objetivo necesario será fobj= Axfocu= 0,01m x 1027 = 10,27 m Consideraciones sobre objetivos y oculares usa- dos en instrumentos ópticos: En general los objetivos y oculares usados en instrumentos ópticos de cierta calidad no son lentes simples, sino sistemas de varias lentes combi- nadas que, si se eligen convenientemente, mejoran las características que pueden lograrse con una única lente de distancia focal equivalente. 7 Se puede ver un objeto brillante o que presente contraste sin precisar su forma con aumen- tos mucho menores. Por ejemplo un “sputnik” de 50 cm de diámetro en órbita a 400 Km de altura se puede ver como un punto brillante al reflejar el sol en su superficie bruñida. En reali- dad no vemos su forma sino una mancha de difracción. BINOCULARES “PRISMÁTICOS”
  8. 8. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 93 93 Aberraciones de las lentes a) Aberración cro- mática: en los vi- drios de las len- tes, los rayos se refractan más cuanto menor sea su longitud de onda. De un ob- jeto policromático iluminado con luz blanca se producen, pues, una imagen de cada color sobre sendos pla- nos a diferente distancia de la lente. El efecto sobre uno de ellos es una imagen nítida rodeada de otras de color, más difusas (aberración cro- mática). Hay materiales que “abren” más los colores como el cristal, y otros menos como el vidrio común. En ello está la clave de la correc- ción de la aberración cromática: Dos lentes adosadas de distintos materiales elegidos adecuadamente disminuyen la aberración cromáti- ca, al hacer converger rayos de distintos colores en un mismo punto. b) Aberración de esfericidad: Los rayos refractados por lentes gruesas no concurren todos al mismo punto, sino que los que pasan por la peri- feria de la lente se cortan más cerca de ésta que los centrales. El efecto es que los rayos refractados dibujan en lo que vendría a ser el foco, una línea en vez de un punto8 . Para disminuir la aberración cromática pue- den eliminarse los rayos periféricos con diafragmas, de los que habla- remos luego, y también pueden usarse lentes compuestas: varias lentes delgadas poco convergentes colocadas sucesivamente dan co- mo resultado un conjunto de corta distancia focal con menor aberración de esfericidad que una sola lente gruesa. En cambio, una desventaja de los sistemas compuestos es la mayor pérdida de luz por sucesivas re- flexiones y absorciones en las caras e interior respectivamente de los varios componentes. Objetivos Los objetivos de los instrumentos ópticos deben captar la mayor cantidad de luz del objeto, para crear una imagen lo más brillante posible. Como ya 8 Esta forma puntiaguda se llama “cáustica”, por su efecto quemante sobre un papel. Si los rayos paralelos incidentes sobre una lente gruesa forman un ángulo con el eje principal, la imagen es un punto con un apéndice, llamado “coma” por su parecido con el signo. cristal vidrio R V R V R V R V CORRECCIÓN DE LA ABERRACIÓN CROMÁTICA
  9. 9. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 94 94 se mencionó, no toda la luz que incide en una lente se transmite9 , sino que parte se refleja, restando luminosidad a la imagen. Para menguar este efecto se emplean a veces lentes recubiertas de una película delgada antireflejo, que interfiere negativamente por reflexión en la longitud de onda que más interesa transmitir (generalmente el amarillo, para la cual el ojo es más sensible). La luz reflejada en este caso es azul violácea (tona- lidad de algunos objetivos fotográficos). Para que la cantidad de luz que proviene del objeto sea máxima, en el caso de telescopios y cámaras foto- gráficas, el tamaño, abertura o diámetro de un objetivo debe ser el mayor posible, compatible con la calidad de la imagen y con el costo10 . Se llama “relación de abertura” o vulgarmente “foco” F de un objetivo, a la relación entre diámetro libre d que deja el diafragma (en caso de que no lo haya, directamente el diámetro de la lente) y distancia focal f . Así entonces F=d/f A mayor “foco” aumenta la luminosidad o brillo de la imagen producida, pero también la aberración de esfericidad o cáustica, creada mayormente por los rayos desviados por la periferia de la lente. A menor valor del “foco” se obtiene una imagen más oscu- ra y más nítida. También con me- nor valor de foco aumenta el inter- valo de distancias en las que puede estar el objeto pa- ra dar una imagen nítida: a este inter- valo se lo denomina “profundidad de campo”. Para elegir las cualidades más convenientes de la imagen es deseable contar con una regulación del foco, bien anteponiendo al objetivo distintas pantallas intercambiables con agujeros de diámetro fijo, o con un diafragma de abertura variable forma- 9 Por luz transmitida se entiende la que no se absorbe ni refleja, es decir la que atraviesa el medio de refracción. 10 Recordemos que las aberraciones de esfericidad y cromáticas, que disminuyen la calidad de la imagen, aumentan con el diámetro y el grueso de la lente. El costo de pulido de las su- perficies y de los tratamientos para minimizar aberraciones también aumentan con el tamaño de las lentes, que a menudo se componen de varios elementos precisamente para disminuir aberraciones. EFECTO DE LA DIAFRAGMACIÓN
  10. 10. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 95 95 do por sectores, como los que se usa en las cámaras fotográficas (dia- fragma iris) En fotografía se usan los valores normalizados de “focos” dados por las siguientes relaciones: 1:1,2 1:2,8 1:3,5 1:5,6 1:8 1:16 1:22 El valor 1:1,2 es del foco de la lente sin diafragmar. Los otros se logran cerrando el diafragma, generalmente formado por sectores que se van su- perponiendo, dejando una abertura aproximadamente circular en el cen- tro. El ojo humano tiene un objetivo, el cristalino de curvatura variable, de distancia focal f=24 mm en reposo. Regula su “foco” con el diámetro del iris, de acuerdo al estímulo luminoso que recibe. Con luz normal, la pupila de un ojo típico adopta un diámetro de 3mm , que dividido por la distancia focal da para el “foco” un valor de 1:8 Aplicación: En el telescopio visto antes, si deseamos que la imagen del objetivo de 10,27 m de distancia focal produzca una imagen de igual brillo que el de la imagen retiniana del ojo , se requerirá construirlo de una diá- metro 8 veces menor que su distancia focal, o sea 1,28 m . Con estas di- mensiones nada despreciables veríamos a través del aparato objetos no puntuales con el mismo brillo que a ojo desnudo. En cambio, como ya se explicó en la nota 4, los objetos celestes muy alejados darán puntos de un brillo independiente del “foco” F y dependiente del diámetro d del objetivo. Oculares Además de la de producir una imagen virtual de gran tamaño aparente, un buen ocular debe conducir la mayor cantidad de luz al ojo del observador. Para ello es importante que sea de pequeño tamaño, del orden de la pupi- la, a la que debe estar lo más próximo posible, para que la luz no se dis- perse antes de entrar en el ojo. Sólo se usan oculares de una sola lente (de potencia limitada) en los ins- trumentos baratos. Los instrumentos más o menos elaborados tienen oculares compuestos de varias lentes de pequeña convergencia individual, que hacen que los rayos no incidan muy sesgados sobre las superficies
  11. 11. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 96 96 refringentes, minimizándose así la cantidad de luz reflejada y las aberra- ciones de esfericidad. Anteojo “holandés” o de Galileo Atribuido a la inventiva de Galileo, parece que en realidad el sabio lo copió del telescopio que traían los marinos holandeses que llegaban a Italia. Con este instrumento se pudieron hacer las primeras observaciones astronómi- cas. Consta de un objetivo y un ocular, el primero convergente y de gran distancia focal, similar al de un anteojo astronómico, pero a diferencia de éste, su ocular es divergente11 . El esquema indica que los rayos que irían a formar la imagen real y’ provenientes del objetivo son interceptados por el ocular divergente. Entonces llegan al observador paralelos o ligeramente divergentes, formando un ángulo β con el eje de aparato, como prove- nientes de una imagen virtual grande y alejada. El aumento del anteojo de Galileo es A=tg(ββ)/tg(αα)=(y’/focu)/(y´/fobj)=fobj/focu , igual a la fórmula del anteojo as- tronómico. A diferencia de lo que ocurre en el anteojo astronómico, la imagen que se ve en el anteojo de Galileo no está invertida sino que es derecha (tiene la misma posición que el objeto), y ello se logra con sólo dos lentes, sin par de inversión alguno. Esta cualidad, más la de su longitud menor que el telescopio de Képler equivalente, lo hace el instrumento preferido para moderados aumentos 11 No son fáciles de fabricar lentes divergentes potentes de buena calidad (con escasa abe- rración de esfericidad) debido a que, a diferencia de los lentes convergentes, poseen mayor espesor en la zona periférica, donde la desviación de los rayos es mayor, alejándose de la condición de lente ideal delgada α β fobj focu y’ L ANTEOJO DE GALILEO
  12. 12. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 97 97 (rara vez mayor que 5). Ideal para salas de teatro, se construyen en pares para visión binocular. Son los “gemelos de teatro”. La longitud del anteojo de Galileo vale LG=fobj-focu. Entonces para A=fobj/focu será LG=focu(A-1), en cambio para el anteojo de Képler resulta LK=fobj+focu=focu(A+1). Por ejemplo para A=3 y focu=0,05m es LG=0,05x2=10 cm contra LK=0,05x4=20 cm , o sea que para un aumento de 3 veces, suficiente para ver bien el escenario, el largo del instrumento de Galileo es exactamente la mitad que el de Képler12 Telescopios reflectores En ellos, la imagen real de un objeto lejano producida por un espejo esfé- rico cóncavo de pequeña curvatura, se examina con un ocular común. Hay varias disposiciones para evitar que el observador intercepte los rayos de entrada. Damos aquí la clásica disposición de Newton13 : A una distancia menor que la focal del espejo cóncavo, un pequeño espejo plano que forma un ángulo de 45º con el eje óptico desvía los rayos que van a formar la imagen hacia un costado del tubo, donde se la examina con un ocular cuyo eje óptico es per- pendicular al del tubo. El pequeño espejo a 45º y sus soportes interceptan una parte desprecia- ble del flujo luminoso de entrada. El aumento de un telescopio reflector tiene la misma expresión que la de un telescopio re- fractor (el que tiene una lente como objetivo), a saber A=fobj/focu . El espejo objetivo conviene pues que sea de muy pequeña curvatura, o sea radio R grande, ya que fobj=R/2 12 Un anteojo de 20 cm de largo es demasiado voluminoso para el atuendo de una función de gala. Uno de 10 cm cabe en un bolso de dama. 13 Se usan disposiciones más elaboradas que la de Newton, como las de Cassegrain y Schmidt, que el lector podrá ver en otros libros de óptica más completos que éste. Telescopio reflector de Newton
  13. 13. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 98 98 Algunos detalles sobre telescopios reflectores Los espejos de los telescopios reflectores se fabrican a partir de un bloque de vidrio lo más homogéneo posible, sobre el que se produce una conca- vidad por desgaste con materias abrasivas. Si se sigue una técnica ade- cuada, girando el bloque al azar a tiempo que se desgasta mediante idas y venidas en el sentido del diámetro, se obtiene un cuenco esférico casi perfecto, que se retoca y luego se pule con abrasivos muy finos hasta de- jarlo brillante. Acto seguido se coloca la pieza en un ambiente al vacío en el que desde un crisol calefaccionado se evapora aluminio: éste se con- densa sobre el vidrio frío en una película brillante muy reflectora14 . Una vez aluminizado, el espejo se monta en una caja lleva con el espejo a 45º y el objetivo15 . Los telescopios reflectores poseen las siguientes ventajas frente a los re- fractores: • Ausencia de aberración cromática (la luz no se descompone por refle- xión) • Una sola superficie de pulimento (menor costo que las dos superficies de una lente de igual abertura y distancia focal y la mitad de defectos) • Mayor rigidez que una lente, al poderse tallar sobre un bloque robusto: menor deformación mecánica a igualdad de tamaño. Esto hace que puedan hacerse espejos de hasta 6 m de diámetro en una sola pieza. También tienen sus inconvenientes: • Los soportes para el montaje del espejo auxiliar a 45º (generalmente tres varillas a 120º) producen algunas alteraciones en la imagen. • Las corrientes de aire de convección dentro del tubo abierto crean de- formaciones móviles en la imagen debida a la refracción en un medio no homogéneo en movimiento. • La zona nítida de la imagen en el plano focal del espejo es mucho más reducida que en un buen objetivo refractor. • La disposición de Newton obliga a mirar de costado, inconveniente en la observación terrestre. Los telescopios reflectores son los preferidos en astronomía. Los más grandes de una sola pieza son: el de 6 m de Zelenchukskaya (ex URSS) 14 La capa de aluminio es delicada y de nada se marca. La grasitud de los dedos la ataca enegreciéndola. Se va oxidando lentamente y al cabo de un tiempo el espejo debe ser re- aluminizado. (Un par de años en climas secos) 15 Los aficionados a la astronomía se fabrican su propio telescopio. Para más detalles, véase el precioso libro “El Telescopio del Aficionado”, de Jean Texereau (Colección “Ciencia Joven” EUDEBA)
  14. 14. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 99 99 y el de Monte Palomar (California, USA) de 5 m de diámetro y 17 m de distancia focal. Recuérdese que del diámetro del objetivo depende el flujo luminoso colectado, y el aumento depende de la distancia focal. En Bosque Alegre (Pcia.de Córdoba), la Universidad de esa provincia opera un telescopio reflector de 1,20 m de diámetro de origen alemán, montado en 1926 y remozado recientemente con un sistema orientador por computadora y de visión televisiva de tecnología rusa. Desde 1990 está en órbita el telescopio espacial Hubble (USA), que día a día nos transmite increíbles imágenes de lejanas galaxias. Éstas se forman en el foco de su espejo, libres de las perturbaciones atmosféricas que empobrecen las observaciones terrestres. Actualmente se construyen telescopios de enormes superficies reflectoras, pero no de una sola pieza sino formada por muchos espejos planos pe- queños, que se orientan independientemente con actuadores individuales comandados por una computadora. Se pueden corregir así los efectos de refracción de las turbulencias atmosféricas, mediante técnicas de “óptica adaptativa” que se esbozan a continuación. detalle de espejo individual con actuadores computadora de procesamiento de imagen terminales de observación cámara de TV interface de posicionamiento superficie reflectora formada por espejos de posicionamiento individual TELESCOPIO CON CORRECCIÓN DE IMAGEN COMPUTARIZADA
  15. 15. INSTRUMENTOS ÓPTICOS 100 100 Óptica Adaptativa Mediante un programa que analiza la imagen de un objeto celeste de forma cono- cida, la computadora optimiza la nitidez de la imagen hasta que concuerde con la forma de referencia, modificando de manera diferencial la orientación de cada uno de los espejos. El objeto de referencia es en general una estrella que se encuentre en la zona observada, la que se debe ver como un punto. Cabe citar entre este tipo de telescopios el del observatorio de Mauna Kea, en Hawaii (USA) que tiene una superficie reflectora de 10 m de diá- metro, formado por 36 espejos hexagonales ensamblados, cada uno de ellos con movimiento independiente mediante un posicionador.
  16. 16. a a ÍNDICE INSTRUMENTOS ÓPTICOS.........................................................................86 LUPA O MICROSCOPIO SIMPLE..........................................................................86 PROYECTOR DE IMÁGENES: .............................................................................87 Por ejemplo: ..............................................................................................88 MICROSCOPIO COMPUESTO..............................................................................88 ANTEOJO ASTRONÓMICO, O DE KEPLER ...........................................................90 Ejemplo: ....................................................................................................92 CONSIDERACIONES SOBRE OBJETIVOS Y OCULARES USADOS EN INSTRUMENTOS ÓPTICOS: ........................................................................................................92 ANTEOJO “HOLANDÉS” O DE GALILEO .............................................................96 TELESCOPIOS REFLECTORES ............................................................................97 Óptica Adaptativa.................................................................................... 100 ÍNDICE ............................................................................................................. A

×