EL MODELO DE RAYO DE LUZCuando las ondas electromagnticas se alejan de una fuente, viajan en lneas rectas. Estas lneas rectas que salen de la fuente reciben el nombre de rayos. Piense en los rayos de luz como delgados haces de luz similares a los generados por un lser. En el vaco del espacio, la luz viaja de forma continua en lnea recta a 300.000 kilmetros por segundo. Sin embargo, la luz viaja a velocidades diferentes y ms lentas a travs de otros materiales como el aire, el agua y el vidrio. Cuando un rayo de luz, denominado rayo incidente, cruza los lmites de un material a otro, se refleja parte de la energa de la luz del rayo. Por esta razn, uno puede verse a s mismo en el vidrio de una ventana. La luz reflejada recibe el nombre de rayo reflejado. La energa de la luz de un rayo incidente que no se refleja entra en el vidrio. El rayo entrante se dobla en ngulo desvindose de su trayecto original. Este rayo recibe el nombre de rayo refractado. El grado en que se dobla el rayo de luz incidente depende del ngulo que forma el rayo incidente al llegar a la superficie del vidrio y de las distintas velocidades a la que la luz viaja a travs de las dos sustancias.Esta desviacin de los rayos de luz en los lmites de dos sustancias es la razn por la que los rayos de luz pueden recorrer una fibra ptica aun cuando la fibra tome la forma de un crculo. La densidad ptica del vidrio determina la desviacin de los rayos de luz en el vidrio. La densidad ptica se refiere a cunto la velocidad del rayo de luz disminuye al atravesar una sustancia. Cuanto mayor es la densidad ptica del material, ms se desacelera la luz en relacin a su velocidad en el vaco. El ndice de refraccin se define como la velocidad de la luz en el vaco dividido por la velocidad de la luz en el medio. Por lo tanto, la medida de la densidad ptica de un material es el ndice de refraccin de ese material. Un material con un alto ndice de refraccin es pticamente ms denso y desacelera ms la luz que un material con menor ndice de refraccin. En una sustancia como el vidrio, es posible aumentar el ndice de Refraccin o densidad ptica, agregando productos qumicos al vidrio. Si se produce un vidrio muy puro, se puede reducir el ndice de refraccin. Las siguientes lecciones proporcionan mayor informacin sobre la reflexin y la refraccin y su relacin con el diseo y funcionamiento de la fibra ptica.

FORMACIN DE IMGENES EN ESPEJOS PLANOS Y ESFRICOSEspejos planos Conforme se deduce de las leyes de la reflexin, la imagen P' de un punto objeto P respecto de un espejo plano S' estar situada al otro lado de la superficie reflectora a igual distancia de ella que el punto objeto P. Adems la lnea que une el punto objeto P con su imagen P' es perpendicular al espejo. Es decir, P y P' son simtricos respecto de S; si se repite este procedimiento de construccin para cualquier objeto punto por punto, se tiene la imagen simtrica del objeto respecto del plano del Angulo de incidencia.Dicha imagen est formada, no por los propios rayos, sino por sus prolongaciones. En casos como ste se dice que la imagen es virtual. Sin embargo, la reflexin en el espejo plano no invierte la posicin del objeto. Se trata entonces de una imagen directa. En resumen, la imagen formada en un espejo plano es virtual, directa y de igual tamao que el objeto.Espejos planos:es una superficie pulida en la que al incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes de la Reflexin.La formacin de imgenes en los espejos es una consecuencia de la reflexin de los rayos luminosos en la superficie del espejo. La ptica geomtrica explica este familiar fenmeno suponiendo que los rayos luminosos cambian de direccin al llegar al espejo siguiendo las leyes de la reflexin.Suponiendo un punto P, que emite o refleja la luz, y que est situado frente a un espejo, el punto simtrico respecto al espejo es el punto P'.

Desde este punto salen infinitos rayos que se reflejan en el espejo (cumplen las leyes de la reflexin) y divergen.El ojo capta los rayos, y con la ayuda de la crnea y del cristalino (lentes), los hace converger en la retina. Al cerebro, al interpretarlos, parece que le llegan todos desde un punto P' situado detrs del espejo. El punto P' es la imagen de P. Para construir el esquema de la marcha de los rayos procedemos de la siguiente manera: Para cada punto del objeto hallamos su simtrico respecto al espejo: del punto P obtenemos el punto P'. Trazamos rayos desde P hasta el espejo. Los rayos reflejados se obtienen prolongando la recta de unin de P' con el punto de impacto del rayo que va de P al espejo. El rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ngulo con la normal.

El ojo capta los rayos, y con la ayuda de la crnea y del cristalino (lentes), los hace converger en la retina. Al cerebro, al interpretarlos, parece que le llegan todos desde un punto P' situado detrs del espejo.El punto P' es la imagen de P.Para construir el esquema de la marcha de los rayos procedemos de la siguiente manera: Para cada punto del objeto hallamos su simtrico respecto al espejo: del punto P obtenemos el punto P'. Trazamos rayos desde P hasta el espejo. Los rayos reflejados se obtienen prolongando la recta de unin de P' con el punto de impacto del rayo que va de P al espejo. El rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ngulo con la normal.Los rayos siguen, desde el objeto hasta el ojo el camino ms corto, por lo que emplean un tiempo mnimo (Fermat). De la misma manera construimos imgenes de los dems puntos de un objeto material. El resultado es que el ojo ve ese conjunto de puntos detrs del espejo y simtricos con el objeto: esa es su imagen.La imagen del objeto no se puede recoger sobre una pantalla porque los rayos divergen y no se concentran en ningn punto, pero elsistema pticodel ojo si puede concentrar esos rayos en la retina.Cuando estamos frente a un espejo plano, nuestra imagen, y todas las imgenes que vemos son:Simtricasporque aparentemente estn a la misma distancia del espejo que el objeto.Virtualesporque se ven como si estuvieran dentro del espejo, no pueden recogerse sobre una pantalla, pero si pueden ser vistas por nuestro ojo cuando miramos al espejo. Las lentes de nuestro ojo, cristalino y crnea, se encargan de enfocar y de concentrar los rayos que divergen sobre nuestra retina.Del mismo tamaoque el objeto.Derechasporque conservan la misma posicin que el objeto.Formacin de imgenes en espejos esfricos.Losespejos esfricostienen la forma de la superficie que resulta cuando una esfera es cortada por un plano. Si la superficie reflectora est situada en la cara interior de la esfera se dice que el espejo es cncavo. Si est situada en la cara exterior se denomina convexo. Las caractersticas pticas fundamentales de todo espejo esfrico son las siguientes:Su frmula es n=360/yolente cncavo

|M|< 1imagen disminuidayi 0siempre(+)objeto real o virtual

yi> 0imagen derecha(+)imagen real o virtual

yi< 0imagen invertida()imagen real o virtual

Ahora vamos a usar un rayo que llega a la lente paralelo al eje principal y refracta pasando por el foco:

Nuevamente, mir esos otros dos tringulos: tambin son semejantes entre s. Ambos son rectngulos... y el otro ngulo de abajo de cada tringulo est construido con el mismo rayo y dos paralelas (el eje central y una paralela al eje central). Por lo tanto sus lados homlogos va a ser proporcionales:yi/yo=f /(xof)El primer miembro lo podemos reemplazar por la frmula anterior...xi/xo=f /(xof)Operamos algebraicamente un poquito...xi.(xof)=f. xoxi.xof .xi=f. xoxi.xo=f. xo+f .xiAhora dividimos ambos miembros porxixof, y nos queda (reordenando)...

Que es la misma frmula que la de los espejos esfricos, tambin llamada frmula de Descartes, que vincula la distancia focal,fcon la posicin en la que se obtiene una imagen,xi, dada la posicin en que se coloca el objeto,xo.Del mismo modo en que se hace con el aumento, para el resto de las magnitudes tambin habr que tener en cuenta la siguiente convencin de signos:

f > 0distancia focal positiva(+)lente convergente

f < 0distancia focal negativa()lente divergente

xo> 0objeto frente a la lente(+)objeto real

xo< 0objeto detrs de la lente()objeto virtual

xi> 0imagen detrs de la lente(+)imagen real

xi< 0imagen frente a la lente()imagen virtual

EL OJO HUMANOElojoes unrganoque detecta laluzy es la base delsentidode lavista. Su funcin consiste bsicamente en transformar la energa lumnica en seales elctricas que son enviadas al cerebro a travs delnervio ptico.Elojo humanofunciona de forma muy similar al de la mayora de losvertebradosy algunosmoluscos; posee una lente llamadacristalinoque es ajustable segn la distancia, un diafragma que se llamapupilacuyo dimetro est regulado por elirisy un tejido sensible a la luz que es laretina. La luz penetra a travs de la pupila, atraviesa el cristalino y se proyecta sobre la retina, donde se transforma gracias a unas clulas llamadas foto receptoras en impulsos nerviosos que son trasladados a travs delnervio pticoal cerebro. Su forma es aproximadamente esfrica, mide 2,5 cm de dimetro y est lleno de un gel transparente llamadohumor vtreoque rellena el espacio comprendido entre la retina y elcristalino.En la porcin anterior del ojo se encuentran dos pequeos espacios: lacmara anteriorque est situada entre la crnea y el iris, y la cmaraque se ubica entre el iris y el cristalino. Estas cmaras estn llenas de un lquido que se llamahumor acuoso, cuyo nivel de presin, llamado presin intraocular, es muy importante para el correcto funcionamiento del ojo.Para que los rayos de luz que penetran en el ojo se puedan enfocar en la retina, se debenrefractar. La cantidad de refraccin requerida depende de la distancia del objeto al observador. Un objeto distante requerir menos refraccin que uno ms cercano. La mayor parte de la refraccin ocurre en lacrnea, que tiene una curvatura fija. Otra parte de la refraccin requerida se da en el cristalino. El cristalino puede cambiar de forma, aumentando o disminuyendo as su capacidad de refraccin. Al envejecer, el ser humano va perdiendo esta capacidad de ajustar el enfoque, deficiencia conocida comopresbiciao vista cansada.TELESCOPIOS YMICROSCOPIOSTELESCOPIOSSe denominatelescopio(delgriego'lejos' y, 'observar') alinstrumento pticoque permite ver objetos lejanos con mucho ms detalle que a simple vista al captarradiacin electromagntica, tal como laluz. Es una herramienta fundamental enastronoma, y cada desarrollo o perfeccionamiento de este instrumento ha permitido avances en nuestra comprensin delUniverso.Gracias al telescopio desde queGalileo Galileien 1610 lo us para mirar la Luna, el planeta Jpiter y las estrellas el ser humano pudo, por fin, empezar a conocer la verdadera naturaleza de los cuerpos celestes que nos rodean y nuestra ubicacin en el universo.CARACTERSTICAS DEL TELESCOPIOEl parmetro ms importante de un telescopio es el dimetro de su lente objetivo. Un telescopio de aficionado generalmente tiene entre 76 y 150mmde dimetro y permite observar algunos detalles planetarios y muchsimos objetos del cielo profundo (cmulos, nebulosas y algunas galaxias). Los telescopios que superan los 200 mm de dimetro permiten ver detalles lunares finos, detalles planetarios importantes y una gran cantidad decmulos,nebulosasygalaxias brillantes.Para caracterizar un telescopio y utilizarlo se emplean una serie de parmetros y accesorios: Distancia focal: es la longitud focal del telescopio, que se define como la distancia desde el espejo o la lente principal hasta el foco o punto donde se sita el ocular. Dimetro del objetivo: dimetro del espejo o lente primaria del telescopio. Ocular: accesorio pequeo que colocado en el foco del telescopio permite magnificar la imagen de los objetos. Lente de Barlow: lente que generalmente duplica o triplica los aumentos del ocular cuando se observan los astros. Filtro: pequeo accesorio que generalmente opaca la imagen del astro pero que dependiendo de su color y material permite mejorar la observacin. Se ubica delante del ocular, y los ms usados son el lunar (verde-azulado, mejora el contraste en la observacin de nuestro satlite), y el solar, con gran poder de absorcin de la luz del Sol para no lesionar la retina del ojo. Razn Focal: es el cociente entre la distancia focal (mm) y el dimetro (mm). (f/ratio) Magnitud lmite: es la magnitud mxima que tericamente puede observarse con un telescopio dado, en condiciones de observacin ideales. La frmula para su clculo es:m(lmite) = 6,8 + 5log(D)(siendo D el dimetro en centmetros de la lente o el espejo del telescopio). Aumentos: Es la cantidad de veces que un instrumento multiplica el tamao aparente de los objetos observados. Equivale a la relacin entre la longitud focal del telescopio y la longitud focal del ocular (DF/df). Por ejemplo, un telescopio de 1000 mm de distancia focal, con un ocular de 10mm de df. proporcionar un aumento de 100 (se expresa tambin como 100X). Trpode: conjunto de tres patas generalmente metlicas que le dan soporte y estabilidad al telescopio. Portaocular: orificio donde se colocan el ocular, reductores o multiplicadores de focal (p.ej lentes de Barlow) o fotogrficas.TIPOS DE TELESCOPIOSReflectorUntelescopio refractores un sistema ptico centrado, que capta imgenes de objetos lejanos utilizando un sistema de lentes convergentes en los que la luz se refracta. La refraccin de la luz en la lente del objetivo hace que los rayos paralelos, procedentes de un objeto muy alejado (en el infinito), converjan sobre un punto del plano focal. Esto permite mostrar los objetos lejanos mayores y ms brillantes.CassegrainElCassegraines un tipo de telescopio reflector que utiliza tres espejos. El principal es el que se encuentra en la parte posterior del cuerpo del mismo. Generalmente posee forma cncava paraboloidal, ya que ese espejo debe concentrar toda la luz que recoge en un punto que se denomina foco. La distancia focal puede ser mucho mayor que el largo total del telescopio.El segundo espejo es convexo se encuentra en la parte delantera del telescopio, tiene forma hiperblica y se encarga de reflejar nuevamente la imagen hacia el espejo principal, que se refleja (en su versin original), en otro espejo plano inclinado a 45 grados, enviando la luz hacia la parte superior del tubo, donde est montado el objetivo.En otras versiones modificadas el tercer espejo, est detrs del espejo principal, en el cual hay practicado un orificio central por donde la luz pasa. El foco, en este caso, se encuentra en el exterior de la cmara formada por ambos espejos, en la parte posterior del cuerpo.TELESCOPIOS FAMOSOS ElTelescopio Espacial Hubblese encuentra enrbitafuera de laatmsfera terrestre, para evitar que las imgenes sean distorsionadas por larefraccin. De este modo el telescopio trabaja siempre al lmite de difraccin y puede ser usado para observaciones en elinfrarrojoy en elultravioleta. ElVery Large Telescope(VLT) es en la actualidad (2004) los ms grandes en existencia, compuestos por cuatro telescopios cada uno de 8mde dimetro. Pertenece alObservatorio Europeo del Sury fue construido en elDesierto de Atacama, al norte deChile. Puede funcionar como cuatro telescopios separados o como uno solo, combinando la luz proveniente de los cuatro espejos. El espejo individual ms grande es el delGran Telescopio Canarias, con un dimetro de 10,4 metros. Se compone, a su vez, de 36 segmentos ms pequeos. Existen muchos proyectos para fabricar telescopios an ms grandes, por ejemplo elOverwhelmingly Large Telescope(telescopio abrumadoramente grande), comnmente llamado OWL, con un espejo de 100 metros de dimetro, sustituido finalmente por el E-ELTTelescopio Europeo Extremadamente Grande, de 39,6 metros. Eltelescopio Haleconstruido sobre elMonte Palomar, con un dimetro de 5 metros, fue el ms grande por mucho tiempo. Tiene un nico espejo de silicato(Pyrex (tm)), que fue notoriamente difcil de construir. El telescopio delMonte Wilson, con 2,5 metros, fue usado porEdwin Hubblepara probar la existencia de lasgalaxiasy para analizar el desplazamientoque experimentan. El refractor de 102cm( 1 m ) delObservatorio Yerkesen el estado deWisconsin,Estados Unidos, es el refractor orientable ms grande del mundo. El telescopio espacialSOHOes uncorongrafosituado en una rbita entre laTierray elSolobservando ininterrumpidamente alSol.MICROSCOPIOSElmicroscopio(demicro-, pequeo, yscopio, , observar) es un instrumento que permite observar objetos que son demasiado pequeos para ser vistos a simple vista. El tipo ms comn y el primero que se invent es el microscopio ptico. Se trata de un instrumento ptico que contiene dos o ms lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto y que funciona por refraccin. Lacienciaque investiga los objetos pequeos utilizando este instrumento se llamamicroscopa.Microscopio compuestofabricado hacia1751porMagny. Proviene del laboratorio del duquey pertenece al Museo de Artes y Oficios,Pars.El microscopio fue inventado porZacharias Janssenen 1590. En 1665 aparece en la obra deWilliam Harveysobre lacirculacin sanguneaal mirar al microscopio loscapilares sanguneosyRobert Hookepublica su obraMicrographia.En 1665Robert Hookeobserv con un microscopio un delgado corte decorchoy not que el material era poroso, en su conjunto, formaban cavidades poco profundas a modo de celditas a las que llamclulas. Se trataba de la primera observacin de clulas muertas. Unos aos ms tarde,Marcello Malpighi, anatomista y bilogo italiano, observ clulas vivas. Fue el primero en estudiar tejidos vivos al microscopio.A mediados delsiglo XVIIun holands,Anton van Leeuwenhoek, utilizando microscopios simples de fabricacin propia, describi por primera vezprotozoos,bacterias,espermatozoidesyglbulos rojos. El microscopista Leeuwenhoek, sin ninguna preparacin cientfica, puede considerarse el fundador de labacteriologa. Tallaba l mismo sus lupas, sobre pequeas esferas de cristal, cuyos dimetros no alcanzaban el milmetro (su campo de visin era muy limitado, de dcimas de milmetro). Con estas pequeas distancias focales alcanzaba los 275 aumentos. Observ los glbulos de la sangre, las bacterias y los protozoos; examin por primera vez los glbulos rojos y descubri que elsemencontiene espermatozoides. Durante su vida no revel sus mtodos secretos y a su muerte, en1723, 26 de sus aparatos fueron cedidos a laRoyal Society de Londres.Durante el siglo XVIII continu el progreso y se lograron objetivos acromticos por asociacin deChris NerosyFlint Crownobtenidos en 1740 porH. M. Hally mejorados porJohn Dollond. De esta poca son los estudios efectuados porIsaac NewtonyLeonhard Euler. En el siglo XIX, al descubrirse que ladispersiny larefraccinse podan modificar con combinaciones adecuadas de dos o ms medios pticos, se lanzan al mercado objetivos acromticos excelentes.Durante elsiglo XVIIIel microscopio tuvo diversos adelantos mecnicos que aumentaron su estabilidad y su facilidad de uso, aunque no se desarrollaron por el momento mejoras pticas. Las mejoras ms importantes de la ptica surgieron en1877, cuandoErnst Abbepublic suteora del microscopioy, por encargo deCarl Zeiss, mejor la microscopa de inmersin sustituyendo el agua por aceite de cedro, lo que permite obtener aumentos de 2000. A principios de losaos 1930se haba alcanzado el lmite terico para los microscopios pticos, no consiguiendo estos aumentos superiores a 500X o 1,000X. Sin embargo, exista un deseo cientfico de observar los detalles de estructuras celulares (ncleo, mitocondria, etc.).El microscopio electrnico de transmisin (TEM) fue el primer tipo demicroscopio electrnicodesarrollado. Utiliza un haz de electrones en lugar de luz para enfocar la muestra consiguiendo aumentos de 100.000X. Fue desarrollado porMax KnollyErnst RuskaenAlemaniaen1931. Posteriormente, en1942se desarrolla el microscopio electrnico de barrido.TIPOS DE MICROSCOPIO Microscopio ptico Microscopio simple Microscopio compuesto Microscopio de luz ultravioleta Microscopio de fluorescencia Microscopio petrogrfico Microscopio en campo oscuro Microscopio de contraste de fase Microscopio de luz polarizada Microscopio con focal Microscopio electrnico Microscopio electrnico de transmisin Microscopio electrnico de barrido Microscopio de iones en campo Microscopio de sonda de barrido Microscopio de efecto tnel Microscopio de fuerza atmica Microscopio virtual