Metrologia Optica E Instrumentacion Basica

Introducción a la Óptica

La parte de la física que estudia la luz recibe el nombre de óptica. La luz estaba considerada, hasta la mitad del siglo XVII como una corriente de corpúsculos. Huygens fue el primero en afirmar que la luz era una onda: suponía que era un movimiento ondulatorio de tipo mecánico (como el sonido) que se propaga en un supuesto medio elástico que llena todo y que se conocía con el nombre de éter.

El hecho real es que la luz parecía presentar características corpusculares al tiempo que ondulatorias. Maxwell, en 1873, contribuyó decisivamente a la teoría ondulatoria demostrando que la luz no era otra cosa que una onda electromagnética.

La óptica es la ciencia de controlar la luz. La luz es parte de un tipo de energía llamada “radiación electromagnética” (EM). La luz es la parte de las ondas EM que podemos ver y forma los colores del arcoíris.

Hablando más formal, la óptica es el campo de la ciencia y la ingeniería que comprende los fenómenos físicos y tecnologías asociadas con la generación, transmisión, manipulación, uso y detección de la luz.

La luz (viaja a 300 000 km/seg) es una onda electromagnética, esto significa que es una combinación de una onda eléctrica y una onda magnética (y una onda electromagnética viaja a la velocidad de la luz).

El estudio de la óptica se puede dividir en tres partes:

1.- Óptica geométrica. Utiliza el método de los rayos luminosos.

2.- Óptica física. Trata la luz considerada como un movimiento ondulatorio.

3.- Óptica cuántica. Se refiere a las interacciones entre luz y las partículas atómicas.

Óptica Geométrica:

Se ocupa de los fenómenos de radiación luminosa en los medios homogéneos, sin considerar su naturaleza u origen.

La óptica geométrica estudia los fenómenos que se producen cuando un haz de radiación luminosa incide sobre cuerpos transparentes u opacos, o interfiere con otras radiaciones luminosas. Su teoría, que es de origen geométrico, presupone que la luz se propaga en línea recta en un medio homogéneo.

El concepto básico con que opera la óptica geométrica es el rayo luminoso, que, como veremos, da solo una descripción aproximada del camino que la luz sigue en el espacio, pero para muchos fines prácticos esa aproximación es suficiente.

Siendo un rayo luminoso un concepto geométrico. No se puede reproducir en un laboratorio, pero hacemos uso de una fuente de rayo paralelo y, limitado de esta porción, de tal manera que se deje pasar un haz cilíndrico de luz, se pueden reproducir casi todos los resultados teóricos con una aproximación.

Óptica Física:

Estudia la velocidad, la naturaleza y las características de la luz.

La óptica física es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos fenómenos que no se podrían explicar tomando la luz como un rayo. Estos fenómenos son:

Difracción: Es la capacidad de las ondas para cambiar la dirección alrededor de obstáculos en su trayectoria, esto se debe a la propiedad que tienen las ondas de generar nuevos frentes de onda.

Polarización: Es la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran las ondas de luz se filtra impidiendo su paso. Esto produce efectos como eliminación de brillos.

Instrumentos Ópticos:

Los instrumentos ópticos son una aplicación de los espejos y las lentes a la formación de imágenes más grandes, más pequeñas, más próximas o más alejadas de un objeto.

Los instrumentos ópticos se clasifican de acuerdo con la imagen producida, según sea real o virtual.

Los instrumentos que forman imágenes reales se denominan objetivos y no necesitan del ojo humano para observar la imagen del objeto. Los instrumentos de este tipo más importantes son instrumentos de proyección, como la cámara fotográfica o los diversos proyectores de cine, de diapositivas, de vídeo, el retroproyector o el episcopio.

Los instrumentos que forman imágenes virtuales se denominan subjetivos y necesitan del ojo humano para observar la imagen del objeto. El ojo puede sustituirse por una cámara fotográfica o de grabación. Los instrumentos de este tipo más importantes son instrumentos de observación, como la lupa, el microscopio o el telescopio.

El ojo se puede considerar como un instrumento óptico que produce una imagen real sobre la retina.

Existen una gran cantidad de instrumentos de medida que utilizan combinaciones de lentes y espejos, como los telémetros, goniómetros, teodolitos y otros instrumentos de metrología.

El aumento de los instrumentos ópticos que forman imágenes reales viene dado por la relación entre el tamaño de la imagen y la del objeto, pero en los que forman imágenes virtuales se da como la relación entre el tamaño de las imágenes formadas en la retina con instrumento óptico y sin instrumento óptico.

Para nosotros los seres humanos es muy importante controlar la luz, ya que los usos que le hemos dado son tan variados, como:

 Lentes de contacto

 Fotocopiadoras

 Microscopios y lupas

 Proyectores

 Reproductores de cd

 Rayos X

 Laser (Luz Amplificada por Efecto de Radiación Estimulada)

Otros instrumentos ópticos son:

 Lentes de aumento

 Telescopio

 Cámara fotográfica

La flexibilidad es el tema clave en la tecnología de multisensores. La flexibilidad en el mundo de la metrología significa tener la libertad de elegir entre medición por contacto y medición óptica, con sólo un sistema de medición. Por lo tanto, un único sistema es suficiente para la medición por contacto y la medición óptica de todas las características de inspección en una pieza de trabajo.

Para la medición de materiales sensibles al tacto, la solución ideal son los sistemas de medición óptica. Estos sistemas miden de forma no destructiva y con precisión. Gracias al versátil rango de sistemas de medición ópticos disponemos de la solución correcta para cada tarea de medición.

Espejo: Dispositivo óptico, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida, que forma imágenes mediante la reflexión de los rayos de luz. Además de su uso habitual en el hogar, los espejos se emplean en aparatos científicos; por ejemplo, son componentes importantes de los microscopios y los telescopios.

Prisma (Óptica): Bloque de vidrio u otro material transparente que tiene la misma sección transversal en toda su longitud. Los dos tipos de prisma más frecuentes tienen secciones transversales triangulares con ángulos de 60 o de 45º. Los prismas tienen diversos efectos sobre la luz que pasa a través de ellos.

Fibra Óptica: Fibra o varilla de vidrio u otro material transparente con un índice de refracción alto que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada.

Microscopio: Cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos. El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto.

Telescopio: Es un instrumento óptico empleado para observar objetos muy grandes que se encuentran a muy lejanas distancias como por ejemplo estrellas, cometas, planetas, entre otros.

Cristal: Porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida y con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente dispuestas. Los cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido; esta formación puede resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia disuelta o la condensación directa de un gas en un sólido.

Interferómetro: Instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida ultra precisa de longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas y de determinados fenómenos ópticos.

Red De Difracción: Dispositivo óptico empleado para separar las distintas longitudes de onda (colores) que contiene un haz de luz. El dispositivo suele estar formado por una superficie reflectante sobre la que se han trazado miles de surcos paralelos muy finos.

Un CD-ROM crea un patrón de difracción por reflexión. Por su construcción tiene similitudes con las redes de difracción. En la foto se pueden apreciar los dos primeros órdenes de difracción.

Espectroheliógrafo: Elemento importante del equipo utilizado en astronomía para fotografiar las protuberancias del Sol, como la fotosfera y la cromosfera. El espectroheliógrafo, junto con un telescopio, fotografía el Sol en luz monocromática.

Instrumentos Mecánicos:

Son los instrumentos de medición que deben ser manipulados físicamente por el inspector. Los dispositivos mecánicos pueden ser de pasa-no pasa o variables.

Los instrumentos mecánicos cada día son remplazados por electrónica que nos permite tener una mejor resolución y evitan errores de paralaje. Sin embargo hoy por hoy constituyen una alternativa económica en algunos casos.

Dicho tipo de instrumentos están constituidos por todos aquellos que se valer de una medición directa a través de un mecanismo, que nos permita tomar la lectura del valor directamente de dicho instrumento, tales como:

a) Micrómetros

b) Vernier

c) Durómetros

d) Indicadores de carátula

e) Palpadores

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