Maestra en Fsica Aplicada 2015-1 Laboratorio de ptica y Ondas Electromagnticas

Laboratorio N2

FORMACIN DE IMGENES Y EL OJO HUMANO

1.1 Objetivos

Estudiar la formacin de imgenes con lentes delgadas.

Determinar la distancia focal y potencia de una lente convergente.

Comprender como se forman las imgenes en el ojo.

Conocer cmo se corrige la miopa y la hipermetropa usando lentes.

1.2 Fundamento Terico

En el entorno en el que vivimos usamos frecuentemente cmaras fotogrficas, binoculares,

telescopios, microscopios, anteojos y otros. El uso de estos instrumentos que poseen lentes, nos lleva

hacernos una pregunta: Cmo se forman las imgenes con lentes?

En general cuando los rayos que inciden en una lente que normalmente proceden de un objeto

conocido, y tras atravesar la lente se forma una imagen idntica del objeto. La distancia S desde

donde se forma la imagen hasta la lente, as como su tamao y orientacin, va a depender de la

distancia S a la que coloquemos el objeto de la lente. Debemos tener en cuenta, el tipo de lente

utilizada tambin determina las caractersticas de la imagen que se forma.

La ecuacin de lentes delgadas o ecuacin de Gauss, establece que:

1

+

1

=

1

(ec.1)

donde

S: Distancia del objeto al centro de la lente.

S: Distancia de la lente al centro de la lente.

f: Distancia focal de la lente.

La potencia de una lente se define como el inverso de la distancia focal, y se expresa en

dioptras (1) siempre que la distancia focal se mida en metros.

Figura 1.- Esquema de la formacin de imgenes con una lente convergente

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La otra relacin, que nos da el tamao del objeto se llama aumento lateral o magnificacin.

M =h

h (ec.2)

donde h y h son el tamao del objeto e imagen, respectivamente.

El ojo humano

El ojo es un rgano que detecta la luz siendo la base del sentido de la vista y est compuesto

de un sistema sensible a los cambios de la luz.

Cuando los msculos del esfnter del iris que estn conectados con los ligamentos

suspensores, estn relajados la lente tienes su forma ms plana y el ojo normal est enfocado

al infinito. Cuando estos msculos se contraen la lente abulta de modo que sus radios son

ms cortos y el ojo se enfoca a los objetos ms cercanos. A este proceso se llama

acomodacin.

La miopa o visin borrosa de lejos es causada por la longitud del ojo miope que es ms

grande de lo normal, la imagen de un objeto distante no se enfoca claramente sobre la retina

sino delante de ella.

La hipermetropa se debe a que la longitud del ojo es ms corta que el ojo normal. En este

caso, la imagen de un objeto cercano no se enfoca sobre la retina, sino detrs de ella,

originando una visin borrosa de cerca y algunas veces tambin de lejos.

Figura 2.- Esquema de la estructura principal del globo ocular.

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1.3 Recomendaciones

En todas sus mediciones y clculos debe tener en cuenta la incertidumbre en la

medicin.

Verifique la limpieza de las superficies de los elementos. Manipule estos objetos por sus

bordes con el fin de evitar huellas. En caso de necesitar limpiarlos consulte con el

profesor.

1.4 Equipos y Materiales

Fuente de luz/objeto deslizante

Dos lentes convergentes

Un carril de plstico/banco ptico

Cinta mtrica/regla

Pantalla

1.5 Procedimiento

Experimento 1: Formacin de imgenes

Coloque la fuente de luz y la pantalla sobre el carril ptico alejados entre s 120 cm, tal

como se muestra en la figura 3. Coloque el lente convergente entre los dos objetos

mencionados.

Empiece acercando el lente a la pantalla, y deslcelo por el carril alejndose de la pantalla

hasta que llegue a una posicin donde observe una imagen clara de la imagen (delfn)

formada sobre la pantalla. En ese momento mida la distancia de la lente con respecto a

la pantalla (imagen) y de la lente con respecto a la fuente de luz (objeto) y registre sus

datos en la tabla 1.

Mida el tamao del objeto (en la fuente de luz) y de la imagen (en la pantalla) para esta

posicin del lente.

Repita todo el proceso desde el segundo paso para distancias variables entre la pantalla

y la fuente para 110, 100, 90, 80, 70 y 60 cm; y registre nuevamente todos sus datos en

la tabla 1.

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Experimento 2: El Ojo Humano Acomodacin del ojo

Monte su modelo del ojo usando la lente positiva de menor potencia, la pantalla y el banco ptico. Use su modelo del ojo para ver un objeto distante. Ajuste la distancia de la lente a la pantalla (retina) para obtener una imagen clara (figura 4). Describa la imagen observada.

Luego coloque el objeto a una distancia de 2 veces la distancia focal con respecto a la lente. Describa la imagen observada.

Ahora agrega una lente similar a la lente-cristalino, tal como se muestra en la figura 5, manteniendo la misma distancia de la lente-cristalino a la pantalla. Luego mueve la lente agregada hasta que consiga una imagen clara sobre la pantalla. Puede conseguir una imagen clara sobre la pantalla? Describa la imagen observada.

Figura 3. Montaje del carril ptico.

Figura 4. Acomodacin del ojo para observar objetos lejanos

Figura 5. Acomodacin del ojo para observar objetos cercanos

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Modelando la miopa

Nuevamente, usando la lente de menor potencia, ponga la fuente de luz/objeto deslizante, la lente y la pantalla sobre el riel de tal forma que el objeto sea enfocado en una imagen clara sobre la pantalla (retina).

Ahora mueva la pantalla a un poco ms lejos de la lente. No cambie la distancia de la lente a la retina por el resto de esta actividad. Qu tipo de lentes se necesita para volver a enfocar la imagen sobre la pantalla (retina)? (Positiva o negativa?)

Modelando la hipermetropa

Nuevamente, usando la lente de menor potencia, ponga la fuente de luz/objeto deslizante, la lente y la pantalla sobre el riel de tal forma que el objeto sea enfocado en una imagen clara sobre la pantalla (retina).

Ahora, acerque unos 10 cm la pantalla a la lente, sin mover el objeto. No cambie la distancia de la lente a la retina por el resto de esta actividad.

Experimenta con las lentes que tenga disponibles para encontrar la mejor lente correctiva que vuelva a enfocar la imagen sobre la pantalla (retina). Qu tipo de lentes se necesita para volver a enfocar la imagen sobre la pantalla (retina)? (Positiva o negativa?)

1.6 Bibliografa

1.- Hecht E., ptica, Addison Wesley, Espaa, 1999.

2.- Manual de experimentos de ptica OSA-PUCP, 2009.

3.- Warren J. Smith. Modern Optical. McGraw-Hill. New York 2000.

Figura 6. Modelando la miopa

Figura 6. Modelando la hipermetropa