La lupa y la formación de imágenes

Aumento

La lupa, o microscopio simple, es el instrumento óptico más sencillo: es una lente convergente, generalmente biconvexa, de pequeña distancia focal, por tanto, de gran potencia, que se interpone entre el ojo y el objeto a observar para aumentar el tamaño de la imagen formada en la retina. Tal y como se ve en la imagen, el objeto debe estar colocado entre el foco y la lente ya que es la única forma de obtener una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño. Si se quiere observar con detalle un objeto de pequeño tamaño, se suele acercar el ojo para que sea mayor la imagen sobre la retina.

Sin embargo, la existencia de un punto próximo limita nuestras posibilidades de ver el objetivo con nitidez. Por eso se acude a la ayuda de la lupa: permite colocar el objeto a menor distancia que el punto próximo y que la imagen obtenida se forme en el punto próximo. El aumento angular o poder amplificador (Aa) de la lupa es la relación entre el ángulo visual, αf, cuando se observa el objeto con la lupa, y el ángulo visual α0, cuando se observa el objeto sin lupa colocándolo en el punto próximo.

El ojo humano y la formación de imágenes

El ojo humano es un sistema óptico que produce imágenes de los objetos observados sobre una “pantalla” denominada retina. El ojo tiene forma aproximadamente esférica. Está limitado exteriormente por la esclerótica, una membrana blanca, que en su parte interior se abomba y se hace transparente, el humor acuoso; el cual es retenido por el cristalino, un cuerpo elástico, transparente, que se comporta como una verdadera lente convergente. El cristalino está sujeto por sus extremos al globo ocular mediante los músculos ciliares que, según la presión que ejercen, hacen que el cristalino se abombe más o menos, variando su radio de curvatura y en definitiva su distancia focal; por lo tanto es una lente convergente de distancia focal variable.

Acomodación

Cuando el ojo se encuentra relajado, está enfocado al infinito. Para que la imagen de un objeto cercano se forme en la retina, los músculos ciliares modifican la forma del cristalino, variando su distancia focal. Esto se denomina acomodación.

Punto próximo y punto remoto

Pero la acomodación tiene un límite; se observa un objeto próximo y se acerca lentamente hacia el ojo, a partir de una determinada distancia ya no se aprecia nítidamente; el punto más cercano al ojo que puede verse con nitidez se llama punto próximo y su distancia al ojo es la distancia mínima de la visión distinta. Esta distancia varía de unas personas a otras y con la edad, pero es de unos 25 cm. El punto remoto es el punto más alejado donde puede estar un objeto para que se pueda ver nítidamente por el ojo en reposo; su distancia al ojo es la distancia máxima de visión distinta.

El efecto fotoeléctrico

Descripción, explicación cuántica, teoría de Einstein, umbral y trabajo de extracción

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por una superficie metálica cuando incide sobre ella una luz de frecuencia suficientemente elevada.

Cuando la luz incide sobre un cátodo metálico (electrodo unido al polo negativo de una pila), produce la emisión de electrones. Estos electrones llenan el ánodo (electrodo positivo) contribuyendo a la corriente que circula por el circuito, que es detectada por el amperímetro. Si se invierte un poco la polaridad del ánodo, el potencial inverso creado disminuye el número de electrones que alcanza el ánodo y, por tanto, la corriente del circuito. La corriente llega a anularse cuando el producto de la carga del electrón, e, por el potencial inverso aplicado, es decir, la energía potencial electrostática, iguala a la energía cinética de los electrones emitidos, Ec. El potencial inverso que anula la corriente se denomina potencial retardador, Vr.

Las siguientes características experimentales del efecto fotoeléctrico no son explicables mediante la teoría ondulatoria de la luz, ya que en ella se supone que la energía llega a la superficie del metal de forma continua:

1. La energía de los electrones emitidos es independiente de la intensidad de la luz incidente. Sin embargo, en la teoría ondulatoria la energía de la luz depende de la intensidad de la misma y, por tanto, la energía de los electrones emitidos debería aumentar con la intensidad de la luz.
2. Los electrones se emiten de forma instantánea a la llegada de la luz. Sin embargo, según la teoría ondulatoria, si la energía de la luz incidente llegase de manera continua y se repartiese uniformemente entre los átomos de la superficie de metal, estos tardaría mucho tiempo en tener energía suficiente para abandonar la superficie.
3. La energía cinética máxima de los electrones emitidos, Ec.máx, depende de la frecuencia (f) de la radiación incidente. Por debajo de una frecuencia (f) llamada frecuencia umbral propia de cada metal, no existe emisión electrónica. Resulta inexplicable desde el punto de vista de la teoría ondulatoria porque cualquier radiación incidente con el tiempo llegaría a acumular suficiente energía para extraer los electrones de la superficie.