Lente
Tipos principales de lentes.
Una lente. Las lentes son objetos transparentes (normalmente de vidrio vidrio), ), limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva. Las lentes más comunes se basan en el distinto grado de refracción que experimentan los rayos de luz al incidir en puntos diferentes de la lente. Entre ellas están las utilizadas para corregir los problemas de visión en gafas , anteojos o lentillas.. También se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos lentillas espejos,, en telescopios y microscopios microscopios.. El primer telescopio astronómico fue construido por Galileo Galilei usando una lente convergente (lente positiva) como objetivo y otra divergente (lente negativa) como ocular. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se
les denomina también lentes. Por ejemplo, en los microscopios electrónicos las lentes son de carácter magnético. En astrofísica es posible observar fenómenos de lentes gravitatorias cuando la luz procedente de objetos muy lejanos pasa cerca de objetos masivos, y se curva en su trayectoria. Etimología La palabra lente proviene del latín "lens, lentis" que significa "lenteja" con lo que a las lentes ópticas se las denomina así por parecido de forma con la legumbre. En el siglo XIII empezaron a fabricarse pequeños discos de vidrio que podían montarse sobre un marco. Fueron las primeras gafas de libros. Lentes artificiales Se suele denominar lentes artificiales a las construidas con materiales artificiales no homogéneos, de modo que su comportamiento exhibe índices de refracción menores que la unidad (conviene recordar que la velocidad de fase sí puede ser mayor que la velocidad de la luz en el vacío), con lo que, por ejemplo, se tienen lentes biconvexas divergentes. Nuevamente este tipo de lentes es útil en microondas y sólo últimamente se han descrito materiales con esta propiedad a frecuencias ópticas. Tipos de lentes Convergentes Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por el borde, y concentran (hacen converger) en un punto los rayos de luz que las atraviesan. A este punto se le llama foco (F) y la separación entre él y la lente se conoce como distancia focal (f). Tipos de lentes Divergentes Las lentes divergentes son más delgadas en la parte central que en los extremos, hacen divergir (separan) los rayos de luz que pasan por ellas. Si miramos por una lente divergente da la sensación de que los rayos proceden del punto F. A éste punto se le llama foco virtual.
Las lentes convergentes se utilizan en muchos instrumentos ópticos y también para la corrección de la hipermetropía. Según el valor de los radios de las caras pueden ser: biconvexas, plano convexas y menisco convergente Se representan esquemáticamente con una línea con dos puntas de flecha en los extremos. Lentes Divergentes 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 dioptrías) pueden ser: bicóncavas, plano cóncavas y menisco divergente. Las lentes más comunes se basan en el distinto grado de refracción que experimentan los rayos de luz al incidir en puntos diferentes de la lente. Entre ellas están las utilizadas para corregir los problemas de visión en gafas, anteojos o lentillas. También se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios y microscopios. El primer telescopio astronómico fue construido por Galileo Galilei usando una lente convergente como objetivo y otra divergente como ocular. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se les denomina también lentes. Por ejemplo, en los microscopios electrónicos las lentes son de carácter magnético. TELESCOPIO Se denomina telescopio al instrumento óptico que permite ver objetos lejanos con mucho más detalle que a simple vista. Es herramienta fundamental de la astronomía, y cada desarrollo o perfeccionamiento del telescopio [1] ha sido seguido de avances en nuestra comprensión del Universo. Un telescopio es básicamente un instrumento óptico que recoge cierta cantidad de luz y la concentra en un punto. La cantidad de luz colectada por el instrumento depende fundamentalmente de la apertura del mismo (el diámetro del objetivo).
Para visualizar las imágenes se utilizan los oculares, los cuales se disponen en el punto donde la luz es concentrada por el objetivo, el plano focal. Son los oculares los que proporcionan los aumentos al telescopio: al intercambiar oculares se obtienen diferentes aumentos con el mismo instrumento. La idea principal en un telescopio astronómico es la captación de la mayor cantidad de luz posible, necesaria para poder observar objetos de bajo brillo, así como para obtener imágenes nítidas y definidas, necesarias por ejemplo para observar detalles finos en planetas y separar estrellas dobles cerradas.
Existen dos grandes divisiones entre los telescopios, según el tipo de objetivo que utilizan: los reflectores y los refractores. Los reflectores se constituyen de un espejo principal (espejo primario u objetivo), el cual no es plano como los espejos convencionales, sino que fue provisto de cierta curvatura (idealmente parabólica) que le permite concentrar la luz en un punto. Los telescopios refractores poseen como objetivo una lente (o serie de lentes, la cantidad varía según el diseño y calidad) que de forma análoga al funcionamiento de una lupa, concentran la luz en el plano focal. En astronomía se utilizan ambos tipos de telescopios, cada uno con sus propias ventajas.
En el gráfico superior se puede ver el funcionamiento simplificado de un típico telescopio refractor de diseño kepleriano. Este es un sistema muy simple donde los rayos convergen en el plano focal y es ahí donde se dispone el correspondiente ocular para ampliar la imagen. Los rayos de los extremos del objetivo son los que sufren la mayor refracción, mientras que en el eje óptico (o eje de simetría), la luz no es desviada. En un telescopio de aficionado este sistema está muy mejorado para evitar los efectos ópticos que provoca la refracción de la luz. Estos incorporan los llamados dobletes acromáticos, destinados a corregir la aberración cromática, el típico efecto de "arco iris" en donde las estrellas parecen tener un borde azul y otro rojo. El doblete acromático dispone de una lente convexa (la misma que en el refractor kepleriano) unida a una cóncava. Diseños más complejos corrigen muy bien las aberraciones, logrando estrellas muy puntuales e imágenes planetarias muy definidas. Una de las ventajas de los telescopios refractores sobre los reflectores es que carecen de obstrucción central (debida al espejo secundario, el cual hace sombra al primario) Esto hace que las imagenes sean más nítidas, y eso se vuelva especialmente adecuado para la observación planetaria y lunar, donde los detalles más finos son los más apreciados.
En la figura superior se muestra la marcha de los rayos en un telescopio reflector simple. El espejo primario (objetivo) está especialmente diseñado para reflejar la mayor cantidad de luz posible. A través del proceso de aluminización, una fina película de aluminio es depositada sobre la previamente pulida superficie del objetivo. A este tipo de espejos es posible brindarles diferentes curvaturas para responder a distintas necesidades. La curvatura influye en la distancia focal, la distancia entre el objetivo y el plano focal (y estos factores hacen a la razón foca, F) El telescopio reflector es el más utilizado por los astrónomos profesionales, dado que es posible construir y dar forma a espejos de grandes dimensiones, no sucede así con los refractores, donde el peso de la lente objetivo se vuelve excesivo y la dificultad de producir una lente de calidad de tales dimensiones es casi imposible y altamente costoso. El telescopio refractor más grande del mundo posee 1 metro de diámetro, y está ubicado en el Observatorio Yerkes de la Universidad de California. Fue construido en 1897 por Alvan Clark e Hijos, siendo en su tiempo una pieza clave para la determinación de la forma de nuestra galaxia. Diferentes Telescopios Reflectores Existen dentro de los reflectores varios diseños de telescopios. Los más conocidos y populares entre los aficionados son el reflector Newtoniano y el reflector Schmidt-Cassegrain. La principal diferencia radica en la configuración óptica. El reflector Newtoniano dispone de dos espejos, el primario (idealmente parabólico, aunque en pequeñas aperturas usualmente es esférico) y el secundario (más pequeño y plano), mientras que los Schmidt-Cassegrain poseen un espejo primario también parabólico, pero con una perforación en su centro, para recibir la
luz proveniente del espejo secundario, el cual es convexo. El diseño Schmitd en particular posee una placa correctora en la entrada de luz del telescopio.
En el gráfico superior se observa la configuración de un típico telescopio reflector Newtoniano de aficionado. Este diseño es muy utilizado, dada su simpleza y facilidad de alineado de las partes ópticas (colimación) y porque el objetivo se encuentra protegido, evitando muchas veces que se empañe durante las noches de observación. Los diseños newtonianos son más económicos que los Schmidt-Cassegrain, pero se vuelven muy voluminosos al aumentar el diámetro del objetivo. A mayor diámetro la distancia focal aumenta, por ejemplo se tiene un telescopio de 114 mm (4.5 pulgadas) de apertura (diámetro del objetivo) con 910 mm de distancia focal, mientras que uno de 203 mm (8 pulgadas) de apertura posee una distancia focal de 1220 mm. La ventaja de los Schmidt-Cassegrain es que su diseño es más compacto, pudiendo tener distancias focales muy grandes en tamaños reducidos.
Arriba se muestra el diseño de un reflector Schmidt-Cassegrain. Este diseño es muy compacto y muy utilizado por aficionados avanzados. Es un telescopio apto tanto para la observación planetaria como para objetos del espacio profundo. La función de la placa correctora es "adaptar" la luz al espejo primario, este la envían al secundario (convexo), el cual posee el trabajo de recibir rayos en diferentes ángulos y reflejarlos todos paralelos para ser captados por el ocular. El modelo básico Schmidt-Cassegrain es el usualmente usado por los astrónomos profesionales en los grandes observatorios. Incluso el telescopio espacial Hubble posee un diseño Cassegrain similar, solo que en lugar del ocular la luz es enviada a diferentes detectores electrónicos. MICROSCOPIO El ser humano posee el sentido de la vista desarrollado. Sin embargo, no se pueden ver a simple vista cosas que midan menos de una décima de milímetro. Y muchos de los avances en química, biología y medicina no se hubieran logrado si antes no se hubiera inventado el microscopio. El primer microscopio fue inventado, por una casualidad en experimentos con lentes, lo que sucedió de similar manera pocos años después con el telescopio de Hans Lippershey (1608). Entre 1590 y 1600, el óptico holandés Zacharías Janssen (1580-1638) inventó un microscopio con una especie de tubo con lentes en sus extremos, de 8 cm de largo soportado por tres delfines de bronce; pero se obtenían imágenes borrosas a causa de las lentes de mala calidad. Estos primeros microscopios aumentaban la imagen 200 veces. Estos microscopios ópticos no permiten agrandar la imagen más de 2000 veces. En la actualidad los de efecto túnel los amplían 100 millones de veces. Galileo hizo un microscopio en el Siglo XVII. Durante el siglo XVII muchos estudiosos de las lentes y los microscopios hicieron toda clase de pruebas y ensayos para lograr un resultado de mayor precisión. Entre los intentos fue el del italiano Marcello Malpighi (1628-1694) que en 1660 logró ver los vasos capilares de un ala de murciélago.
El inglés Robert Hooke (1635-1701) hizo múltiples experiencias que publicó en el libro "Micrographia"(1665) con dibujos de sus observaciones. Sus aparatos usaban lentes relativamente grandes. El holandés Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), perfeccionó el microscopio usando lentes pequeñas, potentes, de calidad, y su artefacto era de menor tamaño. Alrededor del 1676 logró observar la cantidad de microorganismos que contenía el agua estancada. También descubrió los espermatozoides del semen humano; y más adelante, en 1683, las bacterias. Durante las siguientes décadas los microscopios fueron creciendo en precisión y complejidad y fueron la base de numerosos adelantos científicos. Pero recién en el Siglo XX llegó el gran cambio, con el microscopio electrónico, que sustituyó la luz por electrones; y las lentes por campos magnéticos. El primer microscopio electrónico lo construyó el físico canadiense James Hillier en 1937 y podía ampliar las imágenes hasta 7000 veces. Se continuó perfeccionando hasta llegar a aumentar unos dos millones de veces. En 1981 surgió el microscopio de efecto túnel (MET), que surgió aplicando la mecánica cuántica, y logrando atrapar a los electrones que escapan en ese efecto túnel, para lograr una imagen ultradetallada de la estructura atómica de la materia con una espectacular resolución, en la que cada átomo se puede distinguir de otro, y que ha sido esencial para el avance -a su vez- de la microelectrónica moderna.
