LAS GAFAS (ÓPTICA)(por Jose Enrique)

¿Qué es la óptica?
La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. estudia la luz.

¿Qué son las gafas?

Las gafas, también conocidas como lentes (en este caso la acepción es en género masculino) o anteojos son un instrumento óptico formado por un par de lentes sujetadas a un armazón, que se apoya en la nariz mediante un arco y dos patillas que ayudan a sostenerlas en las orejas.
Son una combinación de dos productos sanitarios las lentes y la montura que el profesional óptico/optometrista adapta a un paciente determinado en base a la corrección precisa en cada ojo, su distancia interpupilar y la montura escogida. Se usan principalmente para compensar defectos de la vista, tales como la miopía o el astigmatismo, aunque también existen gafas especiales para proteger a los ojos en actividades en las que exista un riesgo para éstos (en este caso si no tienen corrección óptica no son producto sanitario). Funcionan enfocando la luz a través de las lentes para compensar los defectos visuales.
Existen también gafas bifocales, en las que se combinan dos lentes distintas en una sola, usadas cuando se tienen miopía y astigmatismo simultaneamente. Estas están en desuso al permitir la tecnología actual la fabricación de lentes progresivas.



HISTORIA DE LAS GAFAS


El ser humano recibe multitud de informaciones a través de sus sentidos: vista, oído, olfato, gusto y tacto. De todos ellos, el que más perturbaciones sufre es la vista. Casi el 70% de la población tiene alguna ametropía.Desde la Edad Media, el saber humano ha aumentado de manera casi exponencial. Precisamente en el Renacimiento, el desarrollo intelectual se aceleró de manera considerable paralelamente con el progreso técnico.
¿Por qué y cómo fue posible esto?
No fueron tan sólo algunos personajes geniales los que impulsaron este desarrollo, sino también las aportaciones de cada vez más personas al mismo. Dos grandes hitos en este camino fueron la invención de la imprenta y, finalmente, la invención y desarrollo de las ayudas ópticas, las gafas. Algunos inventos más que hicieron historia son el microscopio, el telescopio y la cámara.


¿Hasta cuándo puede remontarse a sus orígenes este desarrollo?
En las altas culturas antiguas, incluso en el Imperio Romano, no habían gafas. Marcus Tullius Cicero le describe a su amigo Atticus-Cicero, uno de los más grandes autores y políticos de Roma, como en su vejez, ya no puede leer y sus esclavos han de leerle todo. Plinius cuenta que Nerón observaba las luchas de los gladiadores a través de una esmeralda. Sin embargo, estas piedras preciosas sirven para que el ojo tenga una vista más agradable, debido al filtro de color, más que para mejorar la vista. Vayamos más hacia atrás, a la cultura de la antigua China. Los antiguos chinos ya conocían los vidrios y los utilizaban para ayudar mediante las fuerzas imaginarias del "Yoh Shui" a la persona que veía mal.


¿Entonces, cuándo aparecen las primeras gafas como ayudas ópticas?
Las representaciones gráficas y los cuadros de las culturas antiguas que se han conservado hasta hoy son una gran ayuda en este asunto. A partir del siglo XV, muchos pintores pintan cuadros en los que aparecen personajes bíblicos con gafas. En los cuadros se suele representar la manera de vivir, así como objetos de la época en que fueron pintados, por eso, nos proporcionan una información muy interesante en este sentido.
No está claro si el doctor de la Iglesia Sofronius Eusebius Hieronymus, que vivió de 340 - 420 después de J. C., fue el verdadero inventor de las gafas o no. En una multitud de imágenes aparece siempre con leones, una calavera y con gafas. Desde entonces es el patrón de los ópticos.
Piedras para leer
Piedras para leer

Piedras para leer
Aunque el filósofo griego Aristofanes sabía que el vidrio puede emplearse como vidrio ustorio, a pesar que Ptolemäus, aprox. 150 después de J. C., reconociera las regularidades ópticas elementares de la refracción de la luz e incluso que relatara sobre este tema detalladamente, y que Roger Bacon, aprox. 1250 después de J. C., diera la prueba de que las personas que ven mal pueden volver a ver las letras si utilizan vidrios tallados, aún duró 300 años hasta que Snellius, entre 1600 y 1620, redactara las leyes de refracción.

Los frailes de la Edad Media desarrollaron la llamada piedra para leer según las teorías del matemático árabe Alhazen (alrededor de 1000 después de J. C.). Esta parece que fuera de cristal de roca, o de las llamadas piedras semipreciosas. Estaba tallada en forma de una media esfera y aumentaba la letra. Como piedra semipreciosa se utilizaba el berilo que es tan bonito y transparente.


Gafas de concha de la Edad Media (museo Zeiss)
Gafas de concha de la Edad Media (museo Zeiss)

Gafas de concha de la
Edad Media
En aquella época, tan sólo los sopladores de vidrio de Venecia sabían hacer cristal blanco. Del taller de los famosos sopladores de vidrio de Venecia Murano proceden, pues, los primeros cristales tallados, concebidos primero para un ojo sólo. A finales del siglo XIII, surgió la idea de ponerles un borde de madera o de concha a dos de esos cristales tallados y de unirlos con remaches, de manera que formaran una unidad.
En la Edad Media, poseer unas gafas significaba saber mucho y tener muchos estudios. Muchos siglos más tarde, aproximadamente hacia 1850, las gafas adquirieron la forma con la que las conocemos hoy en día.


Tanto, pues, sobre la historia de las gafas.


¿Cuál es el porcentaje de personas que llevan gafas?


Es el 70% aproximadamente.


Esto es mucho, ¿hay alguna explicación?
A parte de la multitud de niños y de jóvenes que son miopes o hipermétropes, la capacidad de ver todo bien nítido de cerca mengua a partir del 25º año de vida, de manera que, a partir de los 40 años, necesitamos nuestra primera ligera ayuda óptica, unas gafas para leer.
Como también está aumentando el porcentaje de personas que sufren de miopía, y debido a que la gente vive cada vez más, aumenta extremadamente el porcentaje de personas que llevan gafas. Además, las personas miopes, también se vuelven hipermétropes debido a la vejez.


¿Cómo se da uno cuenta de que se está volviendo hipermétrope debido a la vejez?
Ya no pueden leerse las letras pequeñas, o se ven sólo con dificultades bajo la luz clara. Puede ser que tenga dolores de cabeza al llevar un tiempo leyendo, etc.


¿Hay también enfermedades las cuales van acompañadas de trastornos de la vista al mirar de cerca?
Si, son la hipertensión arterial, la diabetes (diabetes mellitus), pero también ciertas formas de la jaqueca.


¿Qué ayudas ópticas hay?
En general, como ya conoce, las gafas, los lentes de contacto, o el tratamiento operativo.


¿Cuáles son las gafas que suelen recetarse ?
Gafas para niños - gafas para lejos -gafas para leer - gafas para el trabajo - gafas combinadas o las llamadas gafas multifocales.


De este modo podemos relacionar la óptica con las gafas mediante la Óptica Geométrica.

LA ÓPTICA GEOMÉTRICA

En física, la óptica geométrica parte de las leyes fenomenológicas de Snell (o Descartes según otras fuentes) de la reflexión y la refracción. A partir de ellas, basta hacer geometría con los rayos luminosos para la obtención de las fórmulas que corresponden a los espejos, dioptrio y lentes (o sus combinaciones), obteniendo así las leyes que gobiernan los instrumentos ópticos a que estamos acostumbrados.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz.
Esta aproximación es llamada de la Eikonal y permite derivar la óptica geométrica a partir de las ecuaciones de Maxwell.

  • Propagación de la luz
Como se indicó anteriormente, en la óptica geométrica, la luz se propaga como una linea recta a una velocidad aproximada de 3*108 ms-1. La naturaleza ondulatoria de la luz puede ser despreciada debido a que aquí la luz es como un chorro lineal de partículas que pueden colisionar y, dependiendo del medio, se puede conocer cual es su camino a seguir. Éstos rayos pueden ser absorbidos, reflejados o desviados siguiendo las leyes de la mecánica.

  • Reflexión y Refracción

Reflexión de la luz, un haz choca contra un espejo y se refleja.
El fenómeno más sencillo de esta teoría es la de la reflexión, si pensamos unos minutos en los rayos luminosos que chocan mecánicamente contra una superficie que puede reflejarse. La proporción entre los rayos que chocan y los que salen expedidos esta regulada por los ángulos de éstos en relación con una línea perpendicular a la superficie en la que se reflejan. Entonces la ley de reflexión nos dice que el ángulo incidente es igual al ángulo reflejado con la perpendicular al espejo.
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La segunda ley de la reflexión nos indica que el rayo incidente, el rayo reflectado y la normal con respecto a la superficie reflejada están en el mismo plano.

Ley de Snell

El índice de refracción "n" de un medio viene dado por la siguiente expresión, donde v es la velocidad de la luz en ese medio, y "c" la velocidad de la luz en el vacío:

 n = frac {c} {v}
n = frac {c} {v}

Ya que la velocidad de la luz en los materiales depende del índice de refracción, y el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz, la luz a diferentes frecuencias viaja a diferentes velocidades a través del mismo material. Esto puede causar distorsión de ondas electromagnéticas que consisten de múltiples frecuencias, llamada dispersión.
Los ángulos de incidencia (i) y de refracción (r) entre dos medios y los índices de refracción están relacionados por la Ley de Snell. Los ángulos se miden con respecto al vector normal a la superficie entre los medios:

 n_{i} cdot sin(alpha_{i}) = n_{r} cdot sin(alpha_{r})
n_{i} cdot sin(alpha_{i}) = n_{r} cdot sin(alpha_{r})

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  • Lentes

Las lentes con superficies de radios de curvatura pequeños tienen distancias focales cortas. Una lente con dos superficies convexas siempre refractará los rayos paralelos al eje óptico de forma que converjan en un foco situado en el lado de la lente opuesto al objeto. Una superficie de lente cóncava desvía los rayos incidentes paralelos al eje de forma divergente; a no ser que la segunda superficie sea convexa y tenga una curvatura mayor que la primera, los rayos divergen al salir de la lente, y parecen provenir de un punto situado en el mismo lado de la lente que el objeto. Estas lentes sólo forman imágenes virtuales, reducidas y no invertidas.
Si la distancia del objeto es mayor que la distancia focal, una lente convergente forma una imagen real e invertida. Si el objeto está lo bastante alejado, la imagen será más pequeña que el objeto. Si la distancia del objeto es menor que la distancia focal de la lente, la imagen será virtual, mayor que el objeto y no invertida. En ese caso, el observador estará utilizando la lente como una lupa o microscopio simple. El ángulo que forma en el ojo esta imagen virtual aumentada (es decir, su dimensión angular aparente) es mayor que el ángulo que formaría el objeto si se encontrara a la distancia normal de visión. La relación de estos dos ángulos es la potencia de aumento de la lente. Una lente con una distancia focal más corta crearía una imagen virtual que formaría un ángulo mayor, por lo que su potencia de aumento sería mayor. La potencia de aumento de un sistema óptico indica cuánto parece acercar el objeto al ojo, y es diferente del aumento lateral de una cámara o telescopio, por ejemplo, donde la relación entre las dimensiones reales de la imagen real y las del objeto aumenta según aumenta la distancia focal.
La cantidad de luz que puede admitir una lente aumenta con su diámetro. Como la superficie que ocupa una imagen es proporcional al cuadrado de la distancia focal de la lente, la intensidad luminosa de la superficie de la imagen es directamente proporcional al diámetro de la lente e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia focal. Por ejemplo, la imagen producida por una lente de 3 cm de diámetro y una distancia focal de 20 cm sería cuatro veces menos luminosa que la formada por una lente del mismo diámetro con una distancia focal de 10 cm. La relación entre la distancia focal y el diámetro efectivo de una lente es su relación focal, llamada también número f. Su inversa se conoce como abertura relativa. Dos lentes con la misma abertura relativa tienen la misma luminosidad, independientemente de sus diámetros y distancias focales.

  • Espejos

Hay dos tipos de espejos: 1) Cóncavos o convergentes: si la curvatura de un espejo es "hacia adentro" desde el punto de vista observado diremos que es un espejo cóncavo.
2) Convexos o divergentes: si la curvatura de un espejo esta "hacia afuera" desde el punto de vista observado diremos que es un espejo convexo.

  • Prismas

Un prisma es un objeto capaz de refractar, reflejar y descomponer la luz en los colores del arco iris. Generalmente, estos objetos tienen la forma de un prisma triangular, de ahí su nombre.
De acuerdo con la ley de Snell, cuando la luz pasa del aire al vidrio del prisma disminuye su velocidad, desviando su trayectoria y formando un ángulo con respecto a la interfase. Como consecuencia, se refleja o se refracta la luz. El ángulo de incidencia del haz de luz y los índices de refracción del prisma y el aire determinan la cantidad de luz que será reflejada, la cantidad que será refractada o si sucederá exclusivamente alguna de las dos cosas.
1. Los prismas reflectivos son los que únicamente reflejan la luz, como son más fáciles de elaborar que los espejos, se utilizan en instrumentos ópticos como los prismáticos, los monoculares y otros.
2. Los prismas dispersivos son usados para descomponer la luz en el espectro del arcoiris, porque el índice de refracción depende de la frecuencia (ver dispersión); la luz blanca entrando al prisma es una mezcla de diferentes frecuencias y cada una se desvía de manera diferente. La luz azul es disminuida a menor velocidad que la luz roja.
3. Los prismas polarizantes separan cada haz de luz en componentes de variante polarización.

  • Sistema óptico


En óptica geométrica se denomina sistema óptico a un conjunto de superficies que separan medios con distintos índices de refracción.
Estas superficies pueden ser refractantes o espejos, pero no tienen por qué ser de revolución ni presentar ningún tipo de alineación. Con frecuencia nos encontramos con sistemas formados por superficies esféricas, con sus centros de curvatura situados sobre una misma recta llamada eje del sistema o eje óptico. A estos sistemas se les denomina sistemas ópticos centrados, aunque con frecuencia se omite este último adjetivo al referirse a ellos.
Los sistemas ópticos pueden clasificarse en:
  • Dióptricos, si están formados solo por superficies refractantes.
  • Catóptricos, si lo están solo por espejos.
  • Catadióptricos, si están formados por unos y otros.

Esquema del sistema óptico centrado de un microscopio, formado por el objetivo y el ocular, representados como segmentos perpendiculares al eje del sistema
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Miopía.
El ojo miope tiene un sistema óptico con un exceso de convergencia.
El foco está delante de la retina cuando el ojo está relajado, sin efectuar acomodación, y al alcanzar la máxima acomodación está más cerca del cristalino que en el ojo normal.
La persona miope no ve bien de lejos. Al estar el punto focal del ojo más cerca de la córnea que en un ojo normal, los objetos situados en el infinito forman la imagen delante de la retina y se ven borrosos. Empiezan a verse bien cuando están cerca (en el punto remoto).
Del punto remoto al punto próximo realiza acomodación como el ojo normal.
En consecuencia:
El punto remoto y el punto próximo están más cerca que en el ojo normal.
miopia
miopia

Para corregir la miopía se necesitan lentes divergentes: divergen los rayos que llegan.
El foco de las lentes divergentes empleadas para corregir la miopía debe estar en el punto remoto para que los rayos que salen de ellas se enfoquen en la retina.

correción da miopia
correción da miopia

Practica con esta aplicación


Hipermetropía
Es un defecto de convergencia del sistema óptico del ojo. El foco imagen del ojo está detrás de la retina cuando el ojo está en actitud de descanso sin empezar la acomodación.
El foco está fuera del globo ocular.
El ojo miope cuando está en reposo (sin iniciar la acomodación), tiene la lente del cristalino muy poco convergente.
hipermetropia
hipermetropia

Para ver los objetos situados en el infinito tiene que realizar acomodación. Ve bien a lo lejos pero para hacerlo ya gasta recorrido de acomodación.
Tiene el punto próximo más lejos que el ojo normal (más de 25 cm) porque "gasta antes" el recorrido de acomodación que es capaz de hacer.
El punto remoto es virtual y está detrás del ojo.
La hipermetropía se corrige con lentes convergentes. En algunos casos se corrige al crecer la persona y agrandarse el globo ocular.
hipermetropia
hipermetropia

Practica con esta aplicación


Presbicia
Vista cansada.
presbiccia
presbiccia

Con el paso de los años se reduce la capacidad de adaptación del cristalino (pierde flexibilidad) y aumenta la distancia a la que se encuentra el punto próximo. Este defecto se llama presbicia y se corrige con lentes convergentes.

presbicia
presbicia
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Astigmatismo
Astigmatismo
Astigmatismo

Si el ojo tiene una córnea deformada (como si la córnea fuese esférica con una superficie cilíndrica superpuesta) los objetos puntuales dan como imágenes líneas cortas. Este defecto se llama astigmatismo y para corregirlo es necesario una lente cilíndrica compensadora.
astigamatismo
astigamatismo

Practica con esta aplicación


Cataratas
Es muy frecuente que al envejecer el cristalino se vuelva opaco y no permita el paso de la luz. En esto consiste la catarata. Recuerda que muchos personajes históricos que vivieron muchos años, en su vejez se volvieron ciegos.
Hoy se operan extirpando el cristalino e instalando en su lugar una lente plástica intraocular que hace su funciones y que no necesita ser sustituida en el resto de la vida.
Para saber más



BIBLIOGRAFÍA


http://teleformacion.edu.aytolacorun.es
http://www.unav.es/
http://es.wikipedia.org/