Aparatos Opticos

Introducción

Un instrumento óptico sirve para procesarondas de luz con el fin de mejorar una imagenpara su visualización, y para analizar las ondasde luz (o fotones) para determinar propiedadescaracterísticas.Los primeros instrumentos ópticos fuerontelescopios utilizados para la magnificación deimágenes distantes, y microscopios utilizadospara magnificar imágenes muy pequeñas. Desdelos días de Galileo y Van Leeuwenhoek, estosinstrumentos han sido mejorados ampliamente y se han extendido a otras porciones del espec-tro electromagnético. Los microscopios teníancomo máximo 10X, mientras que los modernostienen entre 400X y 600X.Otra clase de instrumentos ópticos es utili-zada para analizar las propiedades de la luz o demateriales ópticos. Entre ellos se incluyen:

Interferómetro para medir la interferen-cia de las ondas de luz

Fotómetro para medir la intensidad de laluz

Polarímetro para medir la dispersión orotación de luz polarizada q q

Reflectómetro para medir la reflectivi-dad de la superficie de un objeto

Refractómetro para medir índice de re-fracción de varios materiales, inventadopor Ernst AbbeEn

Breve historia de la óptica geométrica y de las lentes

Introducción

El estudio de las distintas teorías que a lo largo de la Historia han surgido para interpretar los fenómenos luminosos es un buen ejemplo que ilustra la evolución del método seguido por los científicos: siempre abierto a cambios y sometido a la prueba definitiva de la verificación experimental.

Modelo organicista

Los primeros modelos físicos se basaban fundamentalmente en analogías sacadas del comportamiento de los seres vivos de aquí que algunos autores califiquen a esta etapa de la Ciencia con el término de organicista. La óptica era una rama de las Ciencias Naturales.

Lo mismo que todas las demás ciencias la óptica evolucionó lenta y progresivamente hasta llegar a ser lo que es hoy en día. Los autores de la antigüedad clásica no resolvieron el dilema emisor-receptor al referirse a la naturaleza de la luz. No estaban de acuerdo sobre si los rayos pasan del objeto al ojo o del ojo al objeto. Demócrito, Aristóteles, Epicúreo y Lucrecio eran partidarios de la primera teoría, mientras que Euclides, Empédocles y Tolomeo lo eran de la segunda. La idea de la emisión de rayos visuales fue indudablemente útil y avanzada para su tiempo, ya que permitió elaborar una teoría acertada de la formación de las imágenes en los espejos

Modelo mecanicista

Sin embargo, a partir de Newton, la Física se hizo mecanicista en el sentido de que eran modelos mecánicos, basados en materia y movimiento, los que surgían para interpretar los hechos observados. Referente a esta tendencia es famosa la frase de Lord Kelvin: "Nunca estoy satisfecho hasta que consigo el modelo mecánico de una cosa. Si puedo construir un modelo mecánico, entiendo el fenómeno".

La cuestión de si la luz está formada por partículas o es un cierto tipo de movimiento ondulatorio fue una de las más interesantes de la historia de la ciencia. Entre los defensores de la teoría corpuscular se encuentra Newton. Con ella pudo explicar las leyes de la reflexión y de la refracción. Defensores destacados de la teoría ondulatoria fueron Christian Huygens, Robert Hooke y Thomas Young. Pulsa aquí para ver sus argumentos

La concepción mecanicista del mundo, aunque en muchos casos puede ser una poderosa ayuda para la imaginación, no es siempre válida y la historia de la Física ha demostrado como a veces una fe demasiado grande en un modelo mecánico puede dar lugar a un estancamiento en el progreso científico.

Modelo conceptual

La tendencia de la Física actual es cada vez mayor hacia esquemas conceptuales que parten de imágenes mentales expresadas a veces en términos matemáticos. Esto, en cierta medida, es una vuelta a la elaboración científica de los filósofos de la época del esplendor griego (Platón y Aristóteles), aunque con una considerable diferencia que radica en la ausencia de implicaciones metafísicas de la Física moderna, presentes, por otra parte, en todos los razonamientos de los filósofos a que nos hemos referido.

Estas tres etapas que pueden señalarse en la evolución de la Ciencia Física aparecen bastante claras en el estudio de los distintos procesos que han llevado a la idea que actualmente se tiene sobre la naturaleza de la luz. En esencia sólo son dos los modelos que se han dado para interpretar los fenómenos luminosos:

• el que considera a la luz como una partícula material (modelo corpuscular).

• el que considera a la luz como una onda de propagación (modelo ondulatorio).

Estos modelos se han considerado antagónicos pero, sin embargo, en la actualidad se ha llegado a una situación que en ciertos aspectos engloba ambas concepciones y las ideas que han surgido en este campo, además de interpretar todos los fenómenos luminosos, han abierto un nuevo panorama en la interpretación del mundo físico.

Historia

La historia de la Óptica geométrica e instrumental está relacionada con la historia de las lentes, el descubrimiento de las leyes de la reflexión y de la refracción y de la formación de las imágenes. Resulta interesante conocer cómo se inventaron y desarrollaron los primeros instrumentos ópticos, como el telescopio, el microscopio y el espectroscopio ya que la mayoría de los instrumentos ópticos posteriores son modificaciones de éstos.

No se conocen con mucha precisión las nociones que se tenían de la Óptica en la antigüedad. En los restos de antiguas civilizaciones se encontraron objetos que nos dan una idea de los intereses de los hombres por los fenómenos ópticos. En los restos de las tumbas egipcias aparecieron restos de espejos metálicos que probablemente servían para desviar los rayos del sol. Las lentes positivas fueron usadas como lupas desde tiempos muy remotos. Los hallazgos arqueológicos demostraron que fueron utilizadas para hacer las pequeñas inscripciones que aparecieron en objetos hallados en las esfinges de la Tumba de Minos, en Egipto. En Pompeya se halló una lente de 5 cm. de diámetro y se sabe que 3000 años a. C. en Mesopotamia se hacían lentes plano-convexas y biconvexas (algunas se conservan en museos como el de Berlín). Lo mismo ocurría en Creta donde se utilizaban como objetos sagrados para encender el fuego.

En el siglo XV antes de Cristo, durante el reinado de Tumes III, aparecen los primeros vasos de vidrio y esmaltes artísticos de este material. La relación entre el vidrio y la óptica es importantísima.

En el SIGLO VI a. C. Confucio (China entre el 551 y el 479 a. C.) habla de un zapatero que usaba "vidrios" en los ojos. Esto hace suponer el uso de este material como decorativo o medicina y Empédocles de Agrigento (Sicilia hacia el año 495 a.C.) menciona por primera vez el campo visual.

En el siglo V a. C. los griegos, romanos, árabes... conocían las propiedades de los espejos, cauterizaban las heridas con lentes positivas y para encender usaban unas esferas de vidrio llenas de agua llamadas "cristales encendedores".Quizá la primera lente que hubo en el mundo fue la que construyó Aristófanes en el año 424 a. C. con un globo de vidrio soplado, lleno de agua. Sin embargo, su propósito no era la de amplificar imágenes, sino la de concentrar la luz solar.

Los matemáticos griegos se preocuparon también por la óptica en sus aspectos geométricos. En los escritos del gran geómetra alejandrino Euclides (siglo IV-siglo III), "Optica" y "Catróptica", aparecen observaciones geométricas tan importantes como la propagación rectilínea de la luz, que él consideraba como un tentáculo lanzado desde el ojo hasta el objeto.

Arquímedes (287 -212), según cuenta la tradición, defendió su ciudad natal, Siracusa, empleando espejos "ustorios", que son espejos cóncavos de gran tamaño, para concentrar los rayos del Sol en los barcos enemigos y quemar las naves de los romanos. Hace unos 4 años científicos británicos realizaron un experimento para comprobar si era posible y descubrieron que para que un barco se incendiara se necesitaba un espejo de 420 metros cuadrados, espejo que era totalmente imposible construir en su época.

Los filósofos de la antigua Grecia idearon teorías sobre la naturaleza de la luz en las que confundían la luz con el fenómeno de la visión. Según decían los pitagóricos "la visión es causada por la proyección de imágenes lanzadas desde los objetos hacia los ojos". Por el contrario, los platónicos afirmaban que la sensación visual se produce cuando los "haces oculares" enviados desde los ojos chocan con los objetos. El griego Epicuro (341 a.C.-270 a. C.) dice que "de los objetos brotan partículas que hieren los ojos e impresionan la vista". Conocía la ley de la reflexión de la luz, como lo expresa Lucrecio en su libro "De la naturaleza de las cosas" donde se dice claramente que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. También habla de la refracción de la luz, indicando que una varilla, parcialmente sumergida en el agua se ve quebrada, pero no ofrece ninguna explicación del fenómeno.

Aristóteles (284-348 a.C.) rechazaba estas dos teorías de la visión y proponía que el medio existente entre el objeto y el ojo desempeñaba un papel esencial. Decía que cuando este medio (que puede ser o aire o agua, por ejemplo) está en reposo hay oscuridad pero que, excitado por la "lumbre" de un objeto, el medio pasa al estado activo y se vuelve transparente. Los colores del objeto pueden entonces

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