reporte 1. optica del ojo humano
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Utilizando un modelo del ojo humano PASCO seestudia el funcionamiento del ojo, analizando la formación de imágenes en la retina, también se identifican las partes del ojo humano representadas por partes, accesorios y lentes del modelo.TRANSCRIPT
Universidad Autónoma de Baja California
Facultad de Ciencias
Física Médica
Vania Saiasi Aguilar Flores
ÓPTICA DEL OJO HUMANO
Utilizando un modelo del ojo humano PASCO se estudia el funcionamiento del ojo, analizando
la formación de imágenes en la retina, también se identifican las partes del ojo humano
representadas por partes, accesorios y lentes del modelo.
Introducción
El modelo del ojo humano PASCO
(Figura 1) consiste en un tanque de plástico
que representa una sección transversal
horizontal del globo ocular, con un lente de
vidrio en la parte frontal del modelo
actuando como córnea. El tanque se llena
con agua, simulando los humores acuoso y
vítreo. El cristalino del ojo se representa por
lentes reemplazables detrás de la córnea. La
pantalla en la parte posterior del modelo
representa la retina.
Las lentes están equipados con asas
marcadas con su focal, y sustituyendo unas
por otras, en las distintas ranuras, se
obtienen distintos objetivos simulando el
cambio de la potencia del cristalino.
Figura 1. Modelo de ojo humano PASCO
Una lente cilíndrica al colocarse en la ranura
A o B logra el efecto astigmatico en el ojo.
Las dos ranuras al frente de la córnea,
etiquetadas 1 y 2, simulan lentes que
corrigen la miopía, la hipermetropía y el
astigmatismo.
Un círculo marcado en la pantalla,
representa la fóvea, y un agujero en la
pantalla representa el punto ciego. La
pantalla se puede colocar en tres posiciones
diferentes (con la etiqueta NORMAL, NEAR,
y FAR) para simular un ojo normal, miopía o
hipermetropía.
índices de refracción
Los rayos de luz se curvan, o refractan,
cuando cruzan una interfaz entre dos
materiales que tienen diferentes índices de
refracción. El índice de refracción de un
material es la relación de la velocidad de la
luz en el vacío a la velocidad de la luz en el
medio. La luz que pasa a través de una lente
atraviesa dos de estas interfaces: una en la
parte delantera del lente y otra cuando sale
del lente hacia la superficie posterior.
Lentes y distancia focal
La cantidad que se dobla la luz se cuantifica
por la longitud focal del objetivo. Un lente
que puede desviar los rayos de manera que
se intersecan en una distancia corta, se dice
que tiene una distancia focal corta (Figura
2). Una lente más débil, curva menos los
rayos, de modo que se intersectan más
lejos, y se dice que tiene una longitud focal
larga (Figura 2). Si los rayos incidentes son
paralelos, la distancia en la que los rayos
salientes se cruzan es igual a la longitud
focal de la lente.
Figura 2. Lentes de distancia focal corta y larga
respectivamente.
La longitud focal de una lente se determina
por las curvaturas de su superficie, por su
índice de refracción, y por el índice de
refracción del material que rodea la lente.
Una lente con superficies muy curvadas por
lo general tiene una longitud focal más
corta que uno más plano. Una lente con un
alto índice de refracción tiene una longitud
focal más corta que una lente de forma
idéntica con un bajo índice de refracción.
Hay dos tipos de lentes: convergentes y
divergentes (Figura 3). Una lente
convergente hace que rayos paralelos
entrantes converjan o se unan. Una lente
convergente es más gruesa en el centro que
en el borde.
Una lente divergente hace que los rayos
paralelos entrantes diverjan o se separen.
Una lente divergente tiene una superficie
cóncava y es más delgada en la centro que
en el borde.
Figura 3. Lentes convergentes y divergentes.
Cuando se coloca un objeto delante de una
lente, la luz del objeto que pasa por la lente
forma una imagen. Hay dos tipos de
imágenes: real y virtual. Una imagen real se
forma mediante la convergencia de los
rayos en el punto donde se cruzan, esta
puede visualizarse en una pantalla colocada
en ese punto, y se puede ver directamente
si coloca el ojo detrás de ese punto. Una
imagen virtual está formado por rayos
divergentes en el punto donde las líneas
imaginarias trazadas por los rayos cruzan.
La distancia desde la lente a la imagen se
denomina la distancia de la imagen. Una
imagen real es formada detrás de la lente y
tiene una distancia imagen positiva. Una
imagen virtual se forma frente a la lente y
tiene una distancia de imagen negativa:
Figura 4. Imagen real y virtual.
La longitud focal de una lente (f) está
relacionada con la distancia del objeto (o) y
la distancia de la imagen (i) por la siguiente
fórmula: !!= !
!+ !
! (1)
Si el objeto está muy lejos de la lente, la
distancia al objeto se considera infinita. En
este caso, los rayos procedentes del objeto
son paralelos y la distancia de la imagen es
igual a la longitud focal. Esto lleva a la
definición del punto focal que es el lugar
donde una lente enfoca los rayos paralelos
entrantes de un objeto distante. Una lente
tiene dos puntos focales, uno en cada lado.
La distancia desde la lente a cada punto
focal es la longitud focal.
Anatomía del ojo
El ojo humano logra la formación de una
imagen por estimulación de terminaciones
nerviosas creando la sensación de la vista.
La luz entra al ojo y por medio de un
“sistema de lentes” se centra en la pared
del fondo. El “sistema de lentes” consiste en
dos lentes: la lente de la córnea en la
superficie frontal del ojo y el cristalino en el
interior el ojo. El espacio entre estas lentes
esta lleno de un fluido transparente
llamado humor acuoso. También entre los
lentes esta el iris, una membrana opaca. En
el centro del iris se encuentra la pupila, un
músculo de diámetro o apertura variable,
que controla la cantidad de luz que entra en
el ojo. En el interior del ojo detrás de la
lente del cristalino esta lleno con un gas
incoloro y transparente llamado humor
vítreo.
En la pared posterior del ojo se encuentra la
retina, una membrana que contiene células
nerviosas sensibles a la luz conocidas como
bastones y conos. Los bastones son muy
sensibles a bajos niveles de luz, pero
proporcionan solo una visión a blanco y
negro en baja resolución. Los conos nos
permiten ver a colores en una resolución
más alta, pero requieren mayores niveles
de luz.
La fóvea, una pequeña zona cerca del
centro de la retina, contiene solo conos y es
responsable de la mayor parte aguda de la
visión. Las señales de los bastones y conos
son transportados por las fibras nerviosas
en el nervio óptico, que conduce al cerebro.
El nervio óptico se conecta a la parte
posterior del ojo; ahí no hay células
sensibles a la luz, y se le conoce como el un
punto ciego.
Óptica del ojo
La lente de la córnea y el cristalino juntos
actúan como una sola lente convergente. La
luz entra en el ojo pasa a través de este
sistema de lentes y forma una imagen real
invertida en la retina (Figura 5).
Figura 5. Formación de la imagen en el ojo.
El ojo enfoca los objetos a diferentes
distancias, usando los músculos para
cambiar la curvatura, y por lo tanto la
distancia focal del cristalino.
En su estado más relajado, el cristalino
tiene una distancia focal larga, y el ojo
puede enfocar la imagen de un objeto
distante sobre la retina.
Método Experimental
Al iniciar el profesor dio una introducción
en el tema de la óptica, una vez terminado
se empezó a preparar el arreglo
experimental, se colocó la pantalla en la
ranura central marcada como NORMAL y se
colocó una lente de 400 mm en la ranura
etiquetada como SEPTUM, se colocó el
modelo de ojo a unos 25 cm de distancia de
la fuente de luz, al observar desenfocada la
imagen se desplazo hasta encontrar una
distancia donde la imagen enfocara lo más
claro posible. Una vez anotada la distancia
se regreso a la distancia inicial y se lleno el
modelo con agua, al hacer esto se pudo
observar como la imagen se torno borrosa.
Al cambiar la lente de 400 mm por una de
62 mm se enfocó la imagen pero se observo
que se deformo la imagen ovaladamente.
Figura 6. Medición de distancia focal
Para continuar se buscó la mínima distancia
a la cual aún se lograba enfocar, se agrego
la lente de 400 en la ranura B teniendo ya la
de 62 en la A y se tomo la distancia a la que
enfoco, posteriormente se retiro la lente de
62 mm y se coloco la de 120 mm he
igualmente se midió la distancia focal
(Figura 6). Se removieron ambos lentes y se
colocó la de 62 mm, observando una
disminución de la intensidad, midiendo la
distancia focal.
Para terminar se colocó una pupila circular y
una pupila en forma de ojo de gato y se
observaron las diferencias.
Resultados
Sin agua
Colocando la lente de 400 mm a una
distancia de 35 cm, se logró ver una imagen
mal enfocada e invertida.
La distancia a la cual se logró enfocar fueron
50.7 cm, disminuyendo la intensidad de la
luz en la imagen.
Con agua
Al llenar el modelo de agua se desenfocó la
imagen. Al colocar la lente de 62 mm se
enfocó y al buscar la mínima distancia en la
que se forma la imagen se logró un mínimo
de 35 cm.
Por la formula (1) se obtuvo una distancia
focal de 8.94 cm.
Se aumento el enfoque añadiendo la lente
de 400 mm en la ranura B teniendo
previamente la lente de 62 mm en A y la
distancia focal ahora fue de 8.21 cm, se
conservó la lente de 400 mm y se colocó la
de 120 mm y la distancia focal fue 10.34 cm.
Se retiraron ambas lentes y se colocó
únicamente la de 62 mm, observando que
la intensidad y claridad de la luz de la
imagen volvió a disminuir. Al colocar una
pupila normal y otra de ojo de gato no se
observó cambio alguno, se mantuvo la
intensidad y nitidez de la imagen.
Discusión
Al llenar el modelo de agua se observó que
se desenfocó la imagen, esto fue producido
por el cambio de índice de refracción del
aire al índice de refracción de agua,
produciendo una refracción mayor de la luz
desplazando el punto focal.
Cuando se coloco la lente de 62 mm y se
logró enfocar la imagen se vio deformada
ovaladamente esto debido por efectos de
refracción del medio.
Conclusión
Se logran identificar las partes del ojo
humano representadas por el modelo
PASCO. Las dos lentes que representan la
córnea y el cristalino, el llenado de agua que
simula el humor vítreo del ojo, un iris
ajustable para formar la imagen sobre una
pantalla representando la retina y pudiendo
colocar esta, a distancias diferentes del
cristalino para mostrar una visión normal,
miopía o hipermetropía.
De igual forma se logra estudiar el
funcionamiento óptico del ojo, el efecto
reflectivo, los cambios del índice de
refracción en los medios, las intensidades
de la luz aumadas a la nítidez debido a la
distancias entre otros.
Referencias
[1]
ftp://ftp.pasco.com/support/Documents/En
glish/OS/OS-‐
8503/Human%20Eye%20Model%20Manual(
OS-‐8503).pdf
[2]
http://www.tecnoedu.com/Pasco/OS8477A
.php