Unidad 4 Optica

4.2.1 Lentes delgadas.

4.2.2 Concepto de lentes delgadas.

4.2.3 Lentes delgadas convergentes y divergentes.

Una lente es un sistema óptico centrado formado por dos dioptrios de los cuales uno, por lo menos, acostumbra a ser esférico, y dos medios externos que limitan la lente y tienen el mismo índice de refracción.

Si el grosor de la lente es despreciable, comparándolo con los radios de curvatura de las caras que la forman, recibe el nombre de lente delgada.

Desde el punto de vista óptico cada cara es un dioptrio.

Tipos

Según su forma las lentes delgadas pueden ser convergentes y divergentes.

Convergentes: son más gruesas en el centro que en los extremos. Se representan esquemáticamente con una línea con dos puntas de flecha en los extremos.

Según el valor de los radios de las caras pueden ser: biconvexas (1), plano convexas (2) y menisco convergente (3).

Divergentes: Son más delgadas en la parte central que en los extremos. Se representan esquemáticamente por una línea recta acabada en dos puntas de flecha invertidas.

Según el valor de los radios de las caras (que son dioptrios) pueden ser: bicóncavas (4), plano cóncavas (5) y menisco divergente (6).

En esta foto vemos dos lentes de las que existen en los laboratorios de óptica.

En la foto inferior ¿cuál es la lente divergente ?

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Elementos de las lentes

Una lente está compuesta por dos superficies esféricas, cada una con su centro de curvatura. La línea que une los centros de curvatura se llama eje principal.

El centro geométrico de la lente es el Centro óptico, O.

Centro de curvatura, C y C', son los centros de las superficies que forman sus caras.

Todas las rectas que pasan por el Centro óptico son ejes secundarios.

Foco principal imagen en las lentes convergentes es el punto situado sobre el eje en el que inciden los rayos que vienen paralelos al eje principal.

En las lentes divergentes es el punto del eje del que parecen diverger los rayos que vienen del infinito después de atravesarla.

Existe un foco objeto y un foco imagen. ¿Podrías definirlos? ¿Cómo salen de la lente los rayos que parten del foco objeto?

Las distancias focales son las distancias entre el foco principal y el centro óptico.

4.2.4 imagen real y virtual.

Imagen real e imagen virtual

La imagen real se forma por rayos convergentes que pueden ser recogidos sobre una pantalla o una placa fotográfica.

El término virtual, según el diccionario de la Real Academia Española significa: adj. Fís. Que tiene existencia aparente y no real (50). La imagen virtual se forma por rayos divergentes. Son imágenes meramente subjetivas que no podrán ser recogidas o proyectadas sobre una pantalla o película fotográfica. Son percibidas gracias a la posibilidad que tiene el globo ocular de “seguir” por detrás del objeto observado, la proyección de esos rayos divergentes y los hace confluir para constituir la imagen virtual (ver fig. 2-15) Estas imágenes juegan un rol crucial en los instrumentos ópticos (11). Es el caso de la imagen formada por un espejo plano (fig. 2-16) o los espejismos sobre una superficie caliente como el desierto o una carretera asfaltada (46, 52). La lupa simple consiste en una lente convergente que se coloca entre el objeto y el ojo. Variando su posición y situando el objeto sobre el foco se puede conseguir que se forme una imagen virtual (fig.2-17).

La “virtualidad” de la imagen virtual consiste en que no está allí donde se percibe, se forma tan sólo sobre la retina y no por fuera del ojo en el sitio donde se ve. La percepción visual de ambos, del objeto real y de la imagen virtual, es idéntica. La imagen retiniana no entra en el proceso de clasificación de realidad o virtualidad de la imagen. El ojo está diseñado para recoger haces divergentes de luz y hacerlos converger sobre la retina (10).

Figura 2-16.-Formación de la imagen virtual al observar un objeto en un espejo plano. La imagen virtual del objeto se representa “por detrás” del espejo, pero realmente no está allí. Cuando se percibe la imagen virtual los rayos luminosos proceden del espejo. Es el ojo el que permite que el cerebro la imagine, a partir de la figura que se forma en la retina. Tomado de Diálogo sobre el concepto de imagen. Universidad Nacional de Colombia, Medellín (51).

Figura 2-17.-Formación de la imagen virtual al observar un objeto con una lupa. La imagen virtual se presenta aumentada, derecha y por detrás con respecto al objeto

4.2.5 Foco y distancia focal de una lente.

FOCO Y DISTANCIA FOCAL

La distancia focal o longitud focal de una lente es la distancia entre el centro óptico de la lente o plano nodal posterior y el foco (o punto focal) cuando enfocamos al infinito. La inversa de la distancia focal de unalente es la potencia.

Para una lente positiva (convergente), la distancia focal es positiva. Se define como la distancia desde el eje central de la lente hasta donde un haz de luz de rayos paralelos colimado que atraviesa la lente se enfoca en un único punto. Para una lente negativa (divergente), la distancia focal es negativa. Se define como la distancia que hay desde el eje central de la lente a un punto imaginario del cual parece emerger el haz de luz colimado que pasa a través de la lente.

Para un espejo con curvatura esférica, la distancia focal es igual a la mitad del radio de curvatura del espejo. La distancia focal es positiva para un espejo cóncavo, y negativa para un espejo convexo.

La distancia hiperfocal de un objetivo es la mínima distancia a la que se percibe el sujeto de un modo nítido cuando el punto de enfoque del objetivo se coloca en el infinito (). Esta distancia es la posición del enfoque que proporciona una mayor profundidad de campo.

Objetivo con en punto de enfoque en infinito.

Se puede expresar de dos formas:

* Es la distancia desde el plano nodal anterior, o centro óptico de la lente, hasta el primer plano apreciablemente nítido cuando enfocamos a infinito.

* En fotografía, si se enfoca a esa distancia, la profundidad de campo se extiende desde la mitad de esa distancia hiperfocal hasta infinito.

Hay que considerar que como la hiperfocal es la distancia del centro óptico deobjetivo hasta el punto calculado de la escena, la distancia de enfoque sería la resultante de sumar esa hiperfocal más la distancia del objetivo a la película

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