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    F a c u l t a d d e C i e n c i a s F s i c a sE s c u e l a A c a d m i c o P r o f e s i o n a l d e F s i c a

    2010

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    Contenido

    1 Introduccin ...................................................................................................................................... 2

    2 Espejos ............................................................................................................................................... 2

    3 Lentes ................................................................................................................................................. 34 El prisma ............................................................................................................................................ 4

    5 El Microscopio ....................................................................................................................................5

    5.1 Microscopio ptico .....................................................................................................................5

    5.1.1 Microscopio simple ..............................................................................................................5

    5.1.2 Microscopio compuesto .......................................................................................................5

    5.1.3 Otros microscopios pticos ................................................................................................ 8

    5.2 Microscopio electrnico ............................................................................................................. 9

    5.2.1 Funcionamiento del microscopio electrnico .................................................................... 95.2.2 Tipos de microscopios electrnicos ................................................................................... 10

    6 Prismticos ....................................................................................................................................... 11

    6.1 Funcionamiento ........................................................................................................................ 11

    6.2 Clasificacin.............................................................................................................................. 12

    7 El Telescopio ..................................................................................................................................... 12

    7.1 Caracterizacin......................................................................................................................... 12

    7.2 Clasificacin.............................................................................................................................. 13

    7.2.1 Telescopio reflector............................................................................................................ 137.2.2 Telescopio refractor........................................................................................................... 14

    8 Fibra ptica ....................................................................................................................................... 15

    8.1 Caractersticas .......................................................................................................................... 15

    8.2 Usos y aplicaciones ................................................................................................................... 16

    8.2.1 Comunicaciones con fibra ptica ...................................................................................... 16

    8.2.2 Sensores de fibra ptica .................................................................................................... 16

    8.2.3 Iluminacin........................................................................................................................ 16

    8.2.4 Ms usos de la fibra ptica ................................................................................................ 17

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    1 IntroduccinUn instrumento ptico sirve para procesar

    ondas de luz con el fin de mejorar una imagenpara su visualizacin, y para analizar las ondasde luz (o fotones) para determinar propiedadescaractersticas.

    Los primeros instrumentos pticos fuerontelescopios utilizados para la magnificacin de

    imgenes distantes, y microscopios utilizadospara magnificar imgenes muy pequeas. Desdelos das de Galileo y Van Leeuwenhoek, estosinstrumentos han sido mejorados ampliamente

    y se han extendido a otras porciones del espec-tro electromagntico. Los microscopios tenancomo mximo 10X, mientras que los modernostienen entre 400X y 600X.

    Otra clase de instrumentos pticos es utili-zada para analizar las propiedades de la luz o de

    materiales pticos. Entre ellos se incluyen:Interfermetro para medir la interferen-cia de las ondas de luzFotmetro para medir la intensidad de laluzPolarmetro para medir la dispersin orotacin de luz polarizada

    Reflectmetro para medir la reflectivi-dad de la superficie de un objetoRefractmetro para medir ndice de re-fraccin de varios materiales, inventadopor Ernst Abbe

    En el presente trabajo solo nos ocuparemosde presentarle los instrumentos pticos hechosen funcin solo de las propiedades de reflexin yrefraccin.

    2 EspejosUn espejo es una superficie pulida en la que

    al incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes dela reflexin.

    El ejemplo ms simple es el espejo plano oel espejo esferoidal. En l, un haz de rayos de luzparalelos puede cambiar de direccin comple-tamente como conjunto y continuar siendo unhaz de rayos paralelos, pudiendo producir as

    una imagen virtual de un objeto con el mismotamao y forma que el real. Sin embargo, laimagen resulta derecha, pero invertida en el eje

    vertical.

    Existen tambin espejos cncavos y espejosconvexos. Cuando un espejo es cncavo y la cur-

    va es una parbola, si un rayo incide paralelo aleje del espejo, se refleja pasando por el foco

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    (que es la mitad del centro ptico de la esfera ala que pertenece el espejo), y si incide pasandopor el foco, se refleja paralelo al eje principal.

    El mtodo original para fabricar espejos devidrio consista en 'azogar' una lmina de vidrio,recubrindola con una amalgama de mercurio y

    estao. La superficie del vidrio se recubra dehojas de papel de estao, que se alisaban y secubran de mercurio. Mediante pesos de hierrose apretaba firmemente un pao de lana contrala superficie durante un da aproximadamente.Despus se inclinaba el vidrio, con lo que elmercurio sobrante escurra y la superficie inte-rior quedaba reluciente. El primero en intentarcubrir el reverso del vidrio con una solucin deplata fue el qumico alemn Justus von Liebig,en 1836; desde entonces se han desarrolladodiferentes mtodos que se basan en la reduccinqumica a plata metlica de una sal de plata. Enla actualidad, para fabricar espejos segn esteprincipio, se corta una plancha de vidrio deltamao adecuado y se eliminan todos sus defec-tos pulindola con rojo de joyero. El vidrio sefrota y se baa con una disolucin reductoracomo cloruro de estao, tras lo cual se coloca el

    vidrio sobre un soporte hueco de hierro colado,se cubre con fieltro y se mantiene caliente con

    vapor. Despus se vierte una disolucin de ni-trato de plata sobre el vidrio y se deja reposardurante aproximadamente una hora. El nitratode plata se reduce a plata metlica, con lo que seforma gradualmente un reluciente depsito deplata que se deja secar, se cubre con goma laca yse pinta. En otros mtodos de fabricacin deespejos, se aade a la disolucin de plata unagente reductor, como formaldehdo o glucosa.Frecuentemente, los compuestos qumicos parael plateado se aplican en forma de aerosol. A

    veces, algunos espejos especiales se recubren demetal vaporizando elctricamente plata sobreellos en un vaco. Muchas veces, los espejosgrandes se recubren de aluminio con este mis-mo sistema.

    Adems de su uso habitual en el hogar, losespejos se emplean en aparatos cientficos; por

    ejemplo, son componentes importantes de losmicroscopios y los telescopios.

    3 LentesLas lentes son objetos transparentes (nor-

    malmente de vidrio), limitados por dos superfi-cies, de las que al menos una es curva. Las len-tes ms comunes se basan en el distinto gradode refraccin que experimentan los rayos de luz

    al incidir en puntos diferentes de la lente. Entreellas estn las utilizadas para corregir los pro-

    blemas de visin en gafas, anteojos o lentillas.Tambin se usan lentes, o combinaciones delentes y espejos, en telescopios y microscopios.El primer telescopio astronmico fue construidopor Galileo Galilei usando una lente convergen-te como objetivo y otra divergente como ocular.Existen tambin instrumentos capaces de hacerconverger o divergir otros tipos de ondas elec-tromagnticas y a los que se les denomina tam-

    bin lentes. Por ejemplo, en los microscopioselectrnicos las lentes son de carcter magnti-co.

    En astrofsica es posible observar fenme-nos de lentes gravitatorias cuando la luz proce-dente de objetos muy lejanos pasa cerca de obje-tos masivos, curvndose en su trayectoria.

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    Tambin, se suele denominar lentes artifi-ciales a las construidas con materiales artificia-les no homogneos, de modo que su comporta-miento exhibe ndices de refraccin menoresque la unidad (conviene recordar que la veloci-dad de fase s puede ser mayor que la velocidad

    de la luz en el vaco), con lo que, por ejemplo, setienen lentes biconvexas divergentes. Nueva-mente este tipo de lentes es til en microondas yslo ltimamente se han descrito materiales conesta propiedad a frecuencias pticas.

    4 El prismaEn ptica, un prisma es un objeto capaz

    de refractar, reflejar y descomponer la luzen los colores del arco iris. Generalmente,estos objetos tienen la forma de un prismatriangular, de ah su nombre.

    De acuerdo con la ley de Snell, cuandola luz pasa del aire al vidrio del prisma dis-minuye su velocidad, desviando su trayecto-ria y formando un ngulo con respecto a lainterface. Como consecuencia, se refleja o serefracta la luz. El ngulo de incidencia delhaz de luz y los ndices de refraccin delprisma y el aire determinan la cantidad de

    luz que ser reflejada, la cantidad que serrefractada o si suceder exclusivamente al-guna de las dos cosas.

    Los prismas reflectivos son los quenicamente reflejan la luz, como sonms fciles de elaborar que los espe- jos, se utilizan en instrumentos pti-

    cos como los prismticos, los mono-culares y otros.Los prismas dispersivos son usadospara descomponer la luz en el espec-tro del arcoiris, porque el ndice derefraccin depende de la frecuencia

    (ver dispersin); la luz blanca en-trando al prisma es una mezcla de di-ferentes frecuencias y cada una sedesva de manera diferente. La luzazul es disminuida a menor velocidadque la luz roja.Los prismas polarizantes separan ca-da haz de luz en componentes de va-riante polarizacin.

    Isaac Newton, al igual que sus contem-porneos cientficos, pensaba que los pris-mas separaban los colores fuera de la luzincolora. Cuando hizo pasar cada color atravs de un segundo prisma, descubri queseguan iguales y fue el primero en descu- brir que los prismas separan los colores dela luz. Tambin us una lente y un segundoprisma para volver a unir los colores sepa-rados en luz blanca. un prisma es un polie-

    dro limitado por dos poligonos iguales yparalelos llamados bases y varios paralelo-gramos llamados caras laterales.

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    5 El MicroscopioEl microscopio es un instrumento que

    permite observar objetos que son demasia-do pequeos para ser vistos a simple vista.El tipo ms comn y el primero que se in-

    vent es el microscopio ptico. Se trata deun instrumento ptico que contiene una o varias lentes que permiten obtener unaimagen aumentada del objeto y que funcio-na por refraccin.

    En general, cualquier microscopio re-quiere los siguientes elementos: una fuente(como un haz de fotones o de electrones),una muestra sobre la que acta dicha fuente,

    un receptor de la informacin proporciona-da por la interaccin de la fuente con lamuestra, y un procesador de esta informa-cin (en general, un ordenador).

    5.1 Microscopio pticoLa funcin del cristalino es la de enfocar los

    rayos luminosos para que formen una buenaimagen en la retina con independencia de ladistancia a la que est situado el objeto. As,segn la mayora de modelos del ojo, las cercade 20 dioptras del cristalino en el estado rela-

    jado, unidas a las 40 de la crnea, enfocan enretina los rayos emitidos por objetos lejanos. Sinembargo, para objetos cercanos, la potencia delojo relajado no refracta lo suficiente los rayosluminosos. En consecuencia, si no se produjeseningn cambio, la imagen del objeto se formarapor detrs de la retina, de modo similar a lo quesucede en la hipermetropa. Por tanto, durantela visin cercana el ojo necesita de una potencia

    adicional, que obtiene mediante la modificacinde la curvatura del cristalino: acomodacin.

    5.1.1 Microscopio simpleUn microscopio simple es aquel que solo

    utiliza un lente de aumento. Es el microscopioms bsico. El ejemplo ms clasico es la lupa. Elmicroscopio ptico estndar utiliza dos sistemasde lentes alineados.

    El objeto por observar se coloca entre el fo-co y la superficie de la lente, lo que determina laformacin de una imagen virtual, derecha y ma-

    yor cuanto mayor sea el poder diptrico del len-te y cuanto ms alejado est el punto prximode la visin ntida del sujeto.

    El holands Anton Van Leeuwenhoek cons-truy microscopios muy eficaces basados en unasola lente. Esos microscopios no padecan las

    aberraciones que limitaban tanto la eficacia delos primeros microscopios compuestos, comolos empleados por Robert Hooke, y producanuna ampliacin de hasta 300 veces; gracias aellos Leeuwenhoek fue capaz incluso de descri-

    bir por primera vez las bacterias.

    5.1.2Microscopio compuestoUn microscopio compuesto es un microsco-

    pio ptico que tiene ms de una lente de objeti-vo, una de estas lentes es de 1000x. Los micros-

    copios compuestos se utilizan especialmentepara examinar objetos transparentes, o cortadosen lminas tan finas que se transparentan. Seemplea para aumentar o ampliar las imgenesde objetos y organismos no visibles a simple

    vista. El microscopio ptico comn est con-formado por tres sistemas:

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    El sistema mecnico est constituido poruna serie de piezas en las que van insta-ladas las lentes, que permiten el movi-miento para el enfoque.El sistema ptico comprende un conjun-to de lentes, dispuestas de tal manera

    que producen el aumento de las imge-nes que se observan a travs de ellas.El sistema de iluminacin comprende laspartes del microscopio que reflejan,transmiten y regulan la cantidad de luznecesaria para efectuar la observacin atravs del microscopio.

    Entrando en detalles, la parte mecnica delmicroscopio comprende el pie, el tubo, el revl-

    ver, el asa, la platina, el carro y el tornillo mi-cromtrico. Estos elementos sostienen la parteptica y de iluminacin; adems, permiten losdesplazamientos necesarios para el enfoque del

    objeto.a)El pie y soporte: Constituye la base sobre la

    que se apoya el microscopio y tiene por logeneral forma de Y o bien es rectangular.

    b)La columna o brazo: llamada tambin asa,es una pieza en forma de C, unida a la basepor su parte inferior mediante una charnela,permitiendo la inclinacin del tubo paramejorar la captacin de luz cuando se utili-zan los espejos. Sostiene el tubo en su por-cin superior y por el extremo inferior seadapta al pie.

    c)Eltubo: tiene forma cilndrica y est enne-grecido internamente para evitar los refle-

    jos de la luz. En su extremidad superior secolocan los oculares y en el extremo inferiorel revlver de objetivos. El tubo se encuen-tra unido a la parte superior de la columnamediante un sistema de cremalleras, lascuales permiten que el tubo se mueva me-diante los tornillos.

    d)Eltornillomacromtrico: girando este tor-nillo, asciende o desciende el tubo del mi-croscopio, deslizndose en sentido verticalgracias a un mecanismo de cremallera. Es-tos movimientos largos permiten el enfoquerpido de la preparacin.

    e)El tornillo micromtrico: mediante el ajustefino con movimiento casi imperceptible queproduce al deslizar el tubo o la platina, selogra el enfoque exacto y ntido de la prepa-racin. Lleva acoplado un tambor graduado

    en divisiones de 0,001 mm., que se utilizapara precisar sus movimientos y puede me-dir el espesor de los objetos.

    f) La platina: es una pieza metlica plana enla que se coloca la preparacin u objeto quese va a observar. Presenta un orificio, en eleje ptico del tubo, que permite el paso delos rayos luminosos a la preparacin. La

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    platina puede ser fija, en cuyo caso perma-nece inmvil; en otros casos puede ser gira-toria; es decir, mediante tornillos lateralespuede centrarse o producir movimientoscirculares.

    g) Las pinzas: son dos piezas metlicas quesirven para sujetar la preparacin. Se en-cuentran en la platina.

    h)Carro mvil: es un dispositivo que constade dos tornillos y est colocado sobre la pla-tina, que permite deslizar la preparacincon movimiento ortogonal de adelante ha-cia atrs y de derecha a izquierda.

    i) El revlver: es una pieza giratoria provistade orificios en los que se enroscan los obje-tivos. Al girar el revlver, los objetivos pa-san por el eje del tubo y se colocan en posi-

    cin de trabajo, lo que se nota por el ruidode un pin que lo fija.

    El sistema ptico es el encargado de repro-ducir y aumentar las imgenes mediante el con-

    junto de lentes que lo componen. Est formadopor el ocular y los objetivos. El objetivo proyectauna imagen de la muestra que el ocular luegoampla.

    a)El ocular: se encuentra situado en la partesuperior del tubo. Su nombre se debe a la

    cercana de la pieza con el ojo del observa-dor. Tiene como funcin aumentar la ima-gen formada por el objetivo. Los ocularesson intercambiables y sus poderes de au-mento van desde 5X hasta 20X. Existenoculares especiales de potencias mayores a20X y otros que poseen una escala micro-mtrica; estos ltimos tienen la finalidad demedir el tamao del objeto observado.

    b)Los objetivos: se disponen en una pieza gi-ratoria denominada revlver y producen elaumento de las imgenes de los objetos yorganismos, y, por tanto, se hallan cerca dela preparacin que se examina. Los objeti-

    vos utilizados corrientemente son de dos ti-pos: objetivos secos y objetivos de inmer-sin.

    Los objetivos secos se utilizan sin nece-sidad de colocar sustancia alguna entre

    ellos y la preparacin. En la cara externallevan una serie de ndices que indican elaumento que producen, la abertura nu-mrica y otros datos. As, por ejemplo, siun objetivo tiene estos datos: plan40/0,65 y 160/0,17, significa que el obje-

    tivo es planacromtico, su aumento 40 ysu apertura numrica 0,65, calculada pa-ra una longitud de tubo de 160 mm. Elnmero de objetivos vara con el tipo demicroscopio y el uso a que se destina.Los aumentos de los objetivos secos msfrecuentemente utilizados son: 4X, 10X,20X, 40X y 60X.El objetivo de inmersin est compuestopor un complicado sistema de lentes. Pa-ra observar a travs de este objetivo es

    necesario colocar una gota de aceite decedro entre el objetivo y la preparacin,de manera que la lente frontal entre encontacto con el aceite de cedro. Gene-ralmente, estos objetivos son de 100X yse distingue por uno o dos crculos o ani-llos de color negro que rodea su extremoinferior.

    Este sistema tiene como finalidad dirigir laluz natural o artificial de tal manera que ilumine

    la preparacin u objeto que se va a observar enel microscopio de la manera adecuada. Com-prende los siguientes elementos:

    Fuente de iluminacin: se trata clsicamen-te de una lmpara incandescente de tungstenosobrevoltada; en versiones ms modernas conleds. Por delante de ella se sita un condensador(una lente convergente) e, idealmente, un dia-fragma de campo, que permite controlar el di-metro de la parte de la preparacin que queda

    iluminada, para evitar que exceda el campo deobservacin produciendo luces parsitas.

    a) El espejo: necesario si la fuente de ilumina-cin no est construida dentro del micros-copio y ya alineada con el sistema ptico,como suele ocurrir en los microscopios mo-dernos. Suele tener dos caras: una cncava

    y otra plana. Goza de movimientos en todaslas direcciones. La cara cncava se emplea

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    de preferencia con iluminacin artificial, yla plana, para natural (luz solar). Los mode-los ms modernos no poseen espejos sinouna lmpara que cumple la misma funcinque el espejo.

    b)Condensador: est formado por un sistemade lentes, cuya finalidad es concentrar losrayos luminosos sobre el plano de la prepa-racin, formando un cono de luz con elmismo ngulo que el del campo del objetivo.El condensador se sita debajo de la platina

    y su lente superior es generalmente plano-convexa, quedando la cara superior planaen contacto con la preparacin cuando seusan objetivos de gran abertura (los de ma-

    yor ampliacin); existen condensadores deinmersin, que piden que se llene con aceite

    el espacio entre esa lente superior y la pre-paracin. La abertura numrica mxima delcondensador debe ser al menos igual que ladel objetivo empleado, o no se lograraprovechar todo su poder separador. Elcondensador puede deslizarse verticalmen-te sobre un sistema de cremallera medianteun tornillo, bajndose para su uso con obje-tivos de poca potencia.

    c) Diafragma: el condensador est provisto deun diafragma-iris, que regula su aberturapara ajustarla a la del objetivo. Puede em-plearse, de manera irregular, para aumen-tar el contraste, lo que se hace cerrndoloms de lo que conviene si se quiere aprove-char la resolucin del sistema ptico.

    El haz luminoso procedente de la lmpara pasadirectamente a travs del diafragma al conden-sador. Gracias al sistema de lentes que posee elcondensador, la luz es concentrada sobre la pre-paracin a observar. El haz de luz penetra en el

    objetivo y sigue por el tubo hasta llegar al ocular,donde es captado por el ojo del observador.

    Cada una de las ventajas que proporciona elmicroscopio a la observacin son denominadospoderes del microscopio los cuales son:

    a)Poder separador. Tambin llamado a vecespoder de resolucin, es una cualidad delmicroscopio, y se define como la distancia

    mnima entre dos puntos prximos quepueden verse separados. El ojo normal nopuede ver separados dos puntos cuando sudistancia es menor a una dcima de milme-tro. En el microscopio viene limitado por lalongitud de onda de la radiacin empleada;

    en el microscopio ptico, el poder separa-dor mximo conseguido es de 0,2 dcimasde micrmetro (la mitad de la longitud deonda de la luz azul), y en el microscopioelectrnico, el poder separador llega hasta10 .

    b)Poder de definicin. Se refiere a la nitidezde las imgenes obtenidas, sobre todo res-pecto a sus contornos. Esta propiedad de-pende de la calidad y de la correccin de lasaberraciones de las lentes utilizadas.

    c) Ampliacin del microscopio. En trminosgenerales se define como la relacin entre eldimetro aparente de la imagen y el dime-tro o longitud del objeto. Esto quiere decirque si el microscopio aumenta 100 dime-tros un objeto, la imagen que estamos vien-do es 100 veces mayor linealmente que eltamao real del objeto (la superficie de laimagen ser 1002, es decir 10.000 vecesmayor). Para calcular el aumento que estproporcionando un microscopio, basta mul-tiplicar los aumentos respectivos debidos alobjetivo y el ocular empleados. Por ejemplo,si estamos utilizando un objetivo de 45X yun ocular de 10X, la ampliacin con que es-tamos viendo la muestra ser: 45X x 10X =450X, lo cual quiere decir que la imagen delobjeto est ampliada 450 veces, tambinexpresado como 450 dimetros.

    5.1.3 Otros microscopios pticosExisten diversas clases de microscopios, se-

    gn la naturaleza de los sistemas de luz, y otrosaccesorios utilizados para obtener las imgenes.

    Microscopio estereoscpico: el microscopioestereoscpico hace posible la visin tridi-mensional de los objetos. Consta de dos tu-

    bos oculares y dos objetivos pares para cadaaumento. Este microscopio ofrece ventajas

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    para observaciones que requieren pequeosaumentos. El ptimo de visin estereosc-pica se encuentra entre 2 y 40X o aumentototal del microscopio.Microscopio de campo oscuro. Este micros-copio est provisto de un condensador pa-

    raboloide, que hace que los rayos luminososno penetren directamente en el objetivo,sino que iluminan oblicuamente la prepara-cin. Los objetos aparecen como puntosluminosos sobre un fondo oscuro.Microscopio de fluorescencia. La fluores-cencia es la propiedad que tienen algunassustancias de emitir luz propia cuando inci-den sobre ellas radiaciones energticas. Eltratamiento del material biolgico con flu-rocromos facilita la observacin al micros-

    copio.Microscopio de contraste de fases. Se basaen las modificaciones de la trayectoria delos rayos de luz, los cuales producen con-trastes notables en la preparacin.

    5.2Microscopio electrnicoUn microscopio electrnico es aqul que

    utiliza electrones en lugar de fotones o luz visi-ble para formar imgenes de objetos diminutos.Los microscopios electrnicos permiten alcan-zar una capacidad de aumento muy superior alos microscopios convencionales (hasta 2 au-mentos comparados con los de los mejores mi-croscopios pticos) debido a que la longitud deonda de los electrones es mucho menor que lade los fotones "visibles".

    El primer microscopio electrnico fue dise-ado por Ernst Ruska, Max Knoll y Jhener entre1925 y 1930, quines se basaron en los estudiosde Louis-Victor de Broglie acerca de las propie-dades ondulatorias de los electrones.

    Un microscopio electrnico, como el de laimagen, funciona con un haz de electrones ge-nerados por un can electrnico, aceleradospor un alto voltaje y focalizados por medio delentes magnticas (todo ello al alto vaco ya quelos electrones son absorbidos por el aire). Loselectrones atraviesan la muestra (debidamentedeshidratada) y la amplificacin se produce porun conjunto de lentes magnticas que formanuna imagen sobre una placa fotogrfica o sobre

    una pantalla sensible al impacto de los electro-nes que transfiere la imagen formada a la panta-lla de un ordenador. Los microscopios electr-nicos slo se pueden ver en blanco y negro,puesto que no utilizan la luz, pero se le puedendar colores en el ordenador. Como se puedeapreciar, su funcionamiento es semejante a unmonitor monocromtico.

    5.2.1 Funcionamiento del microsco-pio electrnico

    El microscopio electrnico utiliza un flujode electrones en lugar de luz. Consta fundamen-talmente de un tubo de rayos catdicos, en elcual debe mantenerse el vaco. El ctodo estconstituido por un filamento de tungsteno, queal calentarse elctricamente emite los electrones,los cuales son atrados hacia el nodo por unadiferencia de potencial de 50.000 a 100.000

    Microscopio ptico.Descripcin:A) ocular, B) objetivo, C)portador del objeto, D) lentes de la iluminacin, E)

    sujecin del objeto, F) espejo de la iluminacin.

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    voltios. La lente del condensador enfoca estehaz y lo dirige hacia el objeto que se observa,cuya preparacin exige tcnicas especiales. Loselectrones chocan contra la preparacin, sobrela cual se desvan de manera desigual.

    Se acostumbra a utilizar el trmino micro-

    fotografas para las fotografas tomadas a travsdel microscopio ptico y micrografa o electro-micrografa para las que se toman en el micros-copio electrnico.

    Los aumentos mximos conseguidos en elmicroscopio electrnico son del orden de2.000.000 (dos millones de aumentos!) me-diante el acoplamiento al microscopio electrni-co de un amplificador de imagen y una cmarade televisin. En resumen, el microscopio elec-

    trnico consta esencialmente de:Un filamento de tungsteno (ctodo) queemite electrones.Condensador o lente electromagntica,que concentra el haz de electrones.Objetivo o lente electromagntica, queampla el cono de proyeccin del haz deluz.Ocular o lente electromagntica, queaumenta la imagen.

    Proyector o lente proyectora, que amplala imagen.Pantalla fluorescente, que recoge la ima-gen para hacerla visible al ojo humano.

    5.2.2Tipos de microscopios electr-nicos

    Existen varios tipos de microscopios elec-trnicos, que cada da se perfeccionan ms.

    El microscopio electrnico de transmisin

    que utiliza un haz de electrones acelerados porun alto voltaje (cien mil voltios). Este haz ilumi-na una seccin muy fina de la muestra, seantejidos, clulas u otro material.

    El microscopio electrnico de barrido seutiliza para el estudio de la morfologa y la topo-grafa de los elementos. Estos instrumentos uti-lizan voltajes cercanos a los 20.000 voltios. Las

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    lentes magnticas utilizan un haz muy fino deelectrones para penetrar repetidamente lamuestra, y se produce una imagen ampliada dela superficie observada en la pantalla de un mo-nitor. El microscopio electrnico mixto tienepropiedades comunes con el de transmisin y

    con el de barrido y resulta muy til para ciertasinvestigaciones. Hay otros microscopios analti-cos que detectan seales caractersticas de loselementos que constituyen la muestra.

    Con estos poderosos instrumentos, que uti-lizan el flujo de electrones y las radiaciones elec-tromagnticas as como la aplicacin de tcnicashistoqumicas y bioqumicas, adems del em-pleo de marcadores radiactivos, se han logradograndes avances en la biologa celular.

    a)Microscopio electrnico de transmisinEl microscopio electrnico de transmisin

    emite un haz de electrones dirigido hacia el ob-jeto cuya imagen se desea aumentar. Una partede los electrones rebotan o son absorbidos porel objeto y otros lo atraviesan formando unaimagen aumentada de la muestra. Para utilizarun microscopio electrnico de transmisin debecortarse la muestra en capas finas, no mayoresde un par de miles de ngstroms. Los microsco-

    pios electrnicos de transmisin pueden au-mentar la imagen de un objeto hasta un millnde veces.

    b)Microscopio electrnico de barridoEn el microscopio electrnico de barrido la

    muestra es recubierta con una capa de metaldelgado, y es barrida con electrones enviadosdesde un can. Un detector mide la cantidadde electrones enviados que arroja la intensidadde la zona de muestra, siendo capaz de mostrar

    figuras en tres dimensiones, proyectado en unaimagen de TV. Su resolucin est entre 3 y 20nm, dependiendo del microscopio. Permite ob-tener imgenes de gran resolucin en materialesptreos, metlicos y orgnicos. La luz se sustitu-

    ye por un haz de electrones, las lentes por elec-troimanes y las muestras se hacen conductorasmetalizando su superficie.

    6 PrismticosComnmente llamados binoculares, geme-

    los o largavistas. Es un instrumento ptico usa-do para ampliar la imagen de los objetos distan-tes observados, al igual que el monocular y el

    telescopio, pero a diferencia de stos, provoca elefecto de estereoscopa en la imagen y por eso esms cmodo apreciar la distancia entre objetosdistantes, tambin juzgar y seguir objetos enmovimiento.

    Los prismticos poseen un par de tubos.Cada tubo contiene una serie de lentes y unprisma, que ampla la imagen para cada ojo yeso provoca la estereoscopa.

    6.1FuncionamientoLa ampliacin se logra cuando la luz atra-

    viesa cada serie de lentes. Los prismas corrigenla imagen colocndola en la posicin correcta,por medio del principio de reflexin internatotal, a diferencia de los telescopios que lamuestran invertida. Tradicionalmente, la mayo-ra de los modelos usan un par de prismas porro.

    El ocular de cada cmara no est alineado con elobjetivo, y el prisma refleja la luz en forma de Shacia el ocular.

    Como abundan los modelos de prismticoscon alta ampliacin de imagen, en ingls se de-fine a los prismticos como un par de pequeostelescopios.

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    Muchos modelos permiten ajustar la dis-tancia entre los oculares para adaptarse a la carade diferentes usuarios. Tambin poseen unarueda de enfoque que se gira para enfocar laimagen. Generalmente, el ocular derecho tieneun anillo de correccin diptrica, que se gira

    para conseguir la dioptra diferente en el ocularizquierdo y mejorar an ms el enfoque de laimagen observada con ambos ojos.

    6.2 ClasificacinLa clasificacin se basa en el nivel de am-

    pliacin de imagen y el dimetro del objetivo,medido en milmetros; se indica con dos nme-ros separados por una X. Por ejemplo, un par deprismticos de 12X50 (se nombran como docepor cincuenta), tienen un nivel de ampliacin

    de 12X (12 aumentos) y un par de objetivos de50 mm de dimetro.

    Los prismticos de menor alcance son de3X10 y se usan en los teatros o los circos. Los de7X50 y 10X50 son para la observacin amateurcasera, y se los usa para observaciones astrono-micas sencillas. Los de 12X50 hasta 20X50 parala exploracin. Todos los anteriores se sostienencon las manos, sin embargo, existen prismticostan grandes como 20X80, 20X140 y de mayor

    tamao, que se sostienen en trpodes, debido asu peso. Los binoculares de magnificacin va-riable como los 8-24X50 se aprovecha de unaconfiguracin interna mvil para darnos un

    binocular que magnifica desde 8x hasta 24xutilizando el cuerpo de un solo binocular. Estoson tiles si se requiere de un equipo de usosmltiples.

    El nivel de ampliacin prctico es hasta 10X.Los modelos sostenibles con las manos son de

    hasta 20X. Los modelos superiores a este nivelson tan sensibles al movimiento que cuando sesujetan con las manos, incluso firmemente,transmiten temblores a la imagen observada,provocados por los mnimos movimientos natu-rales de las manos. Por esa razn, los prismti-cos potentes suelen fijarse a trpodes que evitanla vibracin. A su vez, existen modelos que po-seen dispositivos estabilizadores de imagen.

    7 El TelescopioSe denomina telescopio al instrumento p-

    tico que permite ver objetos lejanos con muchoms detalle que a simple vista. Es herramientafundamental de la astronoma, y cada desarrollo

    o perfeccionamiento del telescopio ha sido se-guido de avances en nuestra comprensin delUniverso.

    Gracias al telescopio desde que Galileo en1609 lo us para ver a la Luna, el planeta Jpi-ter y las estrellas pudo el ser humano empezara conocer la verdadera naturaleza de los objetosastronmicos que nos rodean y nuestra ubica-cin en el Universo.

    7.1 CaracterizacinEl parmetro ms importante de un teles-

    copio es el dimetro de su "lente objetivo". Untelescopio de aficionado generalmente tieneentre 76 y 150 mm de dimetro y permite obser-

    var algunos detalles planetarios y muchsimosobjetos del cielo profundo (cmulos, nebulosas

    y algunas galaxias). Los telescopios que superanlos 200 mm de dimetro permiten ver detalleslunares finos, detalles planetarios importantes y

    una gran cantidad de cmulos, nebulosas y ga-laxias brillantes.

    Para caracterizar un telescopio y utilizarlose emplean una serie de parmetros y acceso-rios:

    a) Distancia focal: es la longitud focal del te-lescopio, que se define como la distancia

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    desde el espejo o la lente principal hasta elfoco o punto donde se sita el ocular.

    b)Dimetro del objetivo: dimetro del espejoo lente primaria del telescopio.

    c) Ocular: accesorio pequeo que colocado enel foco del telescopio permite magnificar la

    imagen de los objetos.d)Lente de Barlow: lente que generalmenteduplica o triplica los aumentos del ocularcuando se observan los astros.

    e) Filtro: pequeo accesorio que generalmenteopaca la imagen del astro pero que depen-diendo de su color y material permite mejo-rar la observacin. Se ubica delante del ocu-lar, y los ms usados son el lunar (verde-azulado, mejora el contraste en la observa-cin de nuestro satlite), y el solar, con gran

    poder de absorcin de la luz del Sol para nolesionar la retina del ojo.

    f) Razn Focal: es el cociente entre la distan-cia focal (mm) y el dimetro (mm). (f/ratio)

    g)Magnitud lmite: es la magnitud mximaque tericamente puede observarse con untelescopio dado, en condiciones de observa-cin ideales. La frmula para su clculo es: (siendo D el dime-tro en centmetros de la lente o el espejo deltelescopio).

    h)Aumentos: La cantidad de veces que un ins-trumento multiplica el dimetro aparentede los objetos observados. Equivale a la re-lacin entre la longitud focal del telescopio

    y la longitud focal del ocular (DF/df). Porejemplo, un telescopio de 1000 mm de dis-tancia focal, con un ocular de 10mm de df.proporcionar un aumento de 100 (se ex-presa tambin como 100X).

    i) Trpode: conjunto de tres patas general-mente metlicas que le dan soporte y esta-

    bilidad al telescopio.j) Portaocular: orificio donde se colocan el

    ocular, reductores o multiplicadores de fo-cal (p.ej lentes de Barlow) o fotogrficas.

    7.2 ClasificacinExisten varios tipos de telescopio: refracto-

    res, que utilizan lentes; reflectores, que tienen

    un espejo cncavo en lugar de la lente del obje-tivo, y catadiptricos, que poseen un espejocncavo y una lente correctora. El telescopioreflector fue inventado por Isaac Newton en1688 y constituy un importante avance sobrelos telescopios de su poca al corregir fcilmente

    la aberracin cromtica caracterstica de lostelescopios refractores.

    7.2.1 Telescopio reflectorUn telescopio reflector es un telescopio p-

    tico que utiliza espejos en lugar de lentes paraenfocar la luz y formar imgenes. No se sabe concerteza cul es el primer telescopio reflector,pero la idea de la utilizacin de espejos cncavos

    y convexos colocados en ngulos indicados paraobservar grandes regiones a grandes distancias,se le atribuye a Leonard Digges en su libro Pan-tometra. El libro pstumo fue completado ypublicado por su hijo Thomas Digges en 1571.En 1636, Marin Mersenne, un religioso de la

    orden de los Mnimos, ide un telescopio reflec-tor que consista en un espejo parablico con unpequeo orificio frente a otro de menor tamaode modo que la luz se reflejase hacia el ojo atravs del orificio. En 1663 James Gregory tomla idea de Mersenne y perfeccion el telescopioagregando un pequeo espejo secundario cn-cavo y elipsoidal que reflejase la luz procedentedel espejo primario al segundo plano focal de la

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    elipse, situado en el centro del agujero de ste, yde ah al ocular. Sir Isaac Newton perfeccion eltelescopio reflector alrededor de 1670. Los teles-

    copios reflectores evitan el problema de la abe-rracin cromtica, una degradacin notable delas imgenes en los telescopios refractores de lapoca (posteriormente este problema se resolviutilizando lentes acromticas). El reflector clsi-co formado por dos espejos y un ocular se cono-ce como reflector Newtoniano.

    El reflector Newtoniano se utiliza comn-mente en el mundo de la astronoma amateur.Los observatorios profesionales utilizan un di-seo algo ms complejo con un foco Cassegrain.En el ao 2001 existan al menos 49 reflectorescon espejos primarios con un dimetro superiora 2 m. Los ms grandes consisten de espejosprimarios modulares y pueden tener aberturasde hasta 9-10 m. Los telescopios reflectores oNewtonianos utilizan 2 espejos, un en el extre-mo del tubo (espejo primario),que refleja la luz

    y la enva al espejo secundario y este la enva alocular.

    7.2.2 Telescopio refractorUn telescopio refractor es un telescopio p-

    tico que capta imgenes de objetos lejanos utili-zando un sistema de lentes convergentes en losque la luz se refracta. La refraccin de la luz enla lente del objetivo hace que los rayos paralelos,procedentes de un objeto muy alejado (en elinfinito), converjan sobre un punto del plano

    focal. Esto permite mostrar los objetos lejanosmayores y ms brillantes.

    Este tipo de telescopios son muy comunes

    en la astronoma para aficionados y en algunostelescopios solares. Sin embargo existen impor-tantes dificultades tcnicas que impiden realizartelescopios refractores de gran tamao y de granapertura ya que resulta difcil elaborar lentestiles de gran tamao y suficientemente ligeraspara el objetivo. Por otro lado hay problemas decalidad de la imagen debido a pequeas burbu-

    jas de aire atrapadas en el cristal de la lenteprincipal y adems el material de la lente resultaopaco a determinadas longitudes de onda por loque se pierde sensibilidad en algunas partes delespectro lumnico. La mayora de estos proble-mas se resuelven utilizando un telescopio reflec-tor.

    Esquema interno de un telescopio reflector o de Newton

    Esquema interno de un telescopio refractor o de Kepler

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    8 Fibra pticaLa fibra ptica es un medio de transmisin

    empleado habitualmente en redes de datos; unhilo muy fino de material transparente, vidrio omateriales plsticos, por el que se envan pulsos

    de luz que representan los datos a transmitir. Elhaz de luz queda completamente confinado y sepropaga por el ncleo de la fibra con un ngulode reflexin por encima del ngulo lmite dereflexin total, en funcin de la ley de Snell. Lafuente de luz puede ser lser o un LED.

    Las fibras se utilizan ampliamente en tele-comunicaciones, ya que permiten enviar grancantidad de datos a una gran distancia, con ve-locidades similares a las de radio o cable. Son elmedio de transmisin por excelencia al ser in-mune a las interferencias electromagnticas,tambin se utilizan para redes locales, en dondese necesite aprovechar las ventajas de la fibraptica sobre otros medios de transmisin.

    8.1 CaractersticasLa fibra ptica es una gua de ondas dielc-

    trica que opera a frecuencias pticas.

    Cada filamento consta de un ncleo centralde plstico o cristal (xido de silicio y germanio)con un alto ndice de refraccin, rodeado de unacapa de un material similar con un ndice de

    refraccin ligeramente menor. Cuando la luzllega a una superficie que limita con un ndicede refraccin menor, se refleja en gran parte,cuanto mayor sea la diferencia de ndices y ma-

    yor el ngulo de incidencia, se habla entonces dereflexin interna total.

    En el interior de una fibra ptica, la luz seva reflejando contra las paredes en ngulos muyabiertos, de tal forma que prcticamente avanzapor su centro. De este modo, se pueden guiar lasseales luminosas sin prdidas por largas dis-tancias.

    A lo largo de toda la creacin y desarrollode la fibra ptica, algunas de sus caractersticashan ido cambiando para mejorarla. Las caracte-rsticas ms destacables de la fibra ptica en la

    actualidad son:Cobertura ms resistente: La cubiertacontiene un 25% ms material que lascubiertas convencionales.Uso dual(interior y exterior): La resis-tencia al agua y emisiones ultravioleta, lacubierta resistente y el funcionamientoambiental extendido de la fibra pticacontribuyen a una mayor confiabilidaddurante el tiempo de vida de la fibra.

    Mayor proteccin en lugares hmedos:Se combate la intrusin de la humedaden el interior de la fibra con mltiplescapas de proteccin alrededor de sta, loque proporciona a la fibra, una mayor

    vida til y confiabilidad en lugares h-medos.Empaquetado de alta densidad: Con elmximo nmero de fibras en el menordimetro posible se consigue una msrpida y ms fcil instalacin, donde el

    cable debe enfrentar dobleces agudos yespacios estrechos. Se ha llegado a con-seguir un cable con 72 fibras de cons-truccin sper densa cuyo dimetro esun 50% menor al de los cables conven-cionales.

    Los principios bsicos de su funcionamien-to se justifican aplicando las leyes de la ptica

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    geomtrica, principalmente, la ley de la refrac-cin (principio de reflexin interna total) y la leyde Snell.

    Su funcionamiento se basa en transmitirpor el ncleo de la fibra un haz de luz, tal queeste no atraviese el revestimiento, sino que se

    refleje y se siga propagando. Esto se consigue siel ndice de refraccin del ncleo es mayor alndice de refraccin del revestimiento, y tam-

    bin si el ngulo de incidencia es superior alngulo limite.

    8.2 Usos y aplicacionesSu uso es muy variado: desde comunicacio-

    nes digitales, pasando por sensores y llegando a

    usos decorativos, como rboles de Navidad, ve-ladores y otros elementos similares. Aplicacio-nes de la fibra monomodo: Cables submarinos,cables interurbanos, etc.

    8.2.1 Comunicaciones con fibra pti-ca

    La fibra ptica se emplea como medio detransmisin para las redes de telecomunicacio-nes, ya que por su flexibilidad los conductorespticos pueden agruparse formando cables. Lasfibras usadas en este campo son de plstico o de

    vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Parausos interurbanos son de vidrio, por la baja ate-nuacin que tienen.

    Para las comunicaciones se emplean fibrasmultimodo y monomodo, usando las multimodopara distancias cortas (hasta 5000 m) y las mo-nomodo para acoplamientos de larga distancia.

    Debido a que las fibras monomodo son mssensibles a los empalmes, soldaduras y conecto-res, las fibras y los componentes de stas son demayor costo que los de las fibras multimodo.

    8.2.2Sensores de fibra pticaLas fibras pticas se pueden utilizar comosensores para medir la tensin, la temperatura,

    la presin y otros parmetros. El tamao pe-queo y el hecho de que por ellas no circula co-rriente elctrica le da ciertas ventajas respecto alsensor elctrico.

    Las fibras pticas se utilizan como hidrfo-nos para los sismos o aplicaciones de snar. Seha desarrollado sistemas hidrofnicos con msde 100 sensores usando la fibra ptica. Los hi-

    drfonos son usados por la industria de petrleoas como las marinas de guerra de algunos pa-ses. La compaa alemana Sennheiser desarro-ll un micrfono que trabajaba con un lser ylas fibras pticas.

    Los sensores de fibra ptica para la tempe-ratura y la presin se han desarrollado para po-zos petrolferos. Estos sensores pueden trabajara mayores temperaturas que los sensores desemiconductores.

    Otro uso de la fibra ptica como un sensores el giroscopio ptico que usa el Boeing 767 y eluso en microsensores del hidrgeno.

    8.2.3IluminacinOtro uso que le podemos dar a la fibra pti-

    ca es el de iluminar cualquier espacio. Debido alas ventajas que este tipo de iluminacin repre-senta en los ltimos aos ha empezado a sermuy utilizado.

    Entre las ventajas de la iluminacin por fi-bra podemos mencionar:

    Ausencia de electricidad y calor: Esto sedebe a que la fibra slo tiene la capaci-dad de transmitir los haces de luz ade-ms de que la lmpara que ilumina la fi-

    bra no est en contacto directo con lamisma.

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    Se puede cambiar de color la ilumina-cin sin necesidad de cambiar la lmpa-ra: Esto se debe a que la fibra puedetransportar el haz de luz de cualquier co-lor sin importar el color de la fibra.Con una lmpara se puede hacer una

    iluminacin ms amplia por medio de fi- bra: Esto es debido a que con una lm-para se puede iluminar varias fibras y co-locarlas en diferentes lugares.

    8.2.4Ms usos de la fibra pticaSe puede usar como una gua de onda enaplicaciones mdicas o industriales enlas que es necesario guiar un haz de luzhasta un blanco que no se encuentra enla lnea de visin.

    La fibra ptica se puede emplear comosensor para medir tensiones, temperatu-ra, presin as como otros parmetros.Es posible usar latiguillos de fibra juntocon lentes para fabricar instrumentos de

    visualizacin largos y delgados llamadosendoscopios. Los endoscopios se usan enmedicina para visualizar objetos a travsde un agujero pequeo. Los endoscopios

    industriales se usan para propsitos si-milares, como por ejemplo, para inspec-cionar el interior de turbinas.Las fibras pticas se han empleado tam-

    bin para usos decorativos incluyendoiluminacin, rboles de Navidad.

    Lneas de abonadoLas fibras pticas son muy usadas en elcampo de la iluminacin. Para edificiosdonde la luz puede ser recogida en laazotea y ser llevada mediante fibra pti-ca a cualquier parte del edificio.Tambin es utilizada para trucar el sis-tema sensorial de los taxis provocandoque el taxmetro (algunos le llamancuentafichas) no marque el costo real del

    viaje.

    Se emplea como componente en la con-feccin del hormign translcido, inven-cin creada por el arquitecto hngaroRon Losonczi, que consiste en una mez-cla de hormign y fibra ptica formandoun nuevo material que ofrece la resisten-cia del hormign pero adicionalmente,presenta la particularidad de dejar tras-pasar la luz de par en par.