U1-U2-El ojo como sistema óptico

Autor: Oc. Virginia Sepúlveda
Física II - Fac. Ciencias Naturales - Sede Trelew
EL OJO HUMANO COMO SISTEMA ÓPTICO
El ojo humano muestra los logros de la evolución en la naturaleza. Tiene un
alcance de intensidad de 109, cubre un campo de visión de unos 180º, puede
cambiar muy rápidamente su enfoque desde distancias muy cortas hasta el
infinito y tiene un poder de resolución próximo al límite impuesto por la
difracción. Dispone de dos elementos para enfocar, la córnea y la lente del
cristalino. Para los propósitos del trazado de rayos, la luz que pasa a través del
ojo, se comporta como si fuera refractada en un plano único, llamado plano
principal, orientado perpendicularmente al eje óptico. El punto donde el plano
principal corta al eje óptico, se denomina punto principal P del sistema óptico.
El plano principal tiene todas las propiedades de una lente, con dos
excepciones:
1 - Como el ojo está lleno de un fluido líquido en lugar de aire, los puntos
focales anterior y posterior no están a la misma distancia del plano principal.
2 - El punto a través del cual pasa un rayo sin desviarse por el sistema óptico,
no es el punto Principal P sino un segundo punto llamado el punto nodal N. Un
rayo Principal es un rayo que pasa por N sin desviarse.
Descripción
El globo ocular tiene forma
casi esférica,
con un
diámetro aproximado de
2,5 cm. En la zona
anterior,
tiene
una
curvatura
más
pronunciada
y
está
recubierto
por
una
membrana dura y transparente: la córnea. Por detrás de la córnea hay un
líquido llamado humor acuoso. A continuación está la lente: el cristalino, una
cápsula con una gelatina fibrosa, dura en la zona central y más suave en la
periferia. El cristalino está sostenido por ligamentos que lo sujetan al músculo
ciliar. Por detrás del cristalino, el ojo está lleno de una gelatina acuosa poco
viscosa: el humor vítreo. Tanto el humor acuoso como el humor vítreo poseen
índice de refracción similar al del agua, alrededor de 1,336. El índice de
refracción del cristalino es en promedio de 1,437. La mayor parte de la
refracción de la luz que penetra en el ojo se produce en la superficie externa de
la córnea.
La imagen del objeto que se mira, es real e invertida. Se forma en la retina, que
es sensible a la luz y recubre la superficie interna posterior del ojo.
Los conos y bastoncillos de la retina, son células especializadas del tejido
nervioso; actúan a modo de fotoceldas minúsculas, perciben la imagen y la
transmiten al nervio óptico hasta el cerebro.
El iris se ubica justo sobre el cristalino, y posee una abertura de diámetro
variable, la pupila. La luz proveniente del objeto que se observa, pasa por esa
abertura. Para que el objeto se vea con nitidez, la imagen se debe formar
donde se encuentra la retina, en una pequeña región central de mayor agudeza
visual, llamada fóvea centralis, ubicada en una depresión que contiene la
retina: la mancha amarilla o mácula. Allí se encuentran concentrados los conos
y bastones inmersos en un líquido llamado púrpura visual. La pupila se abre y
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cierra según la intensidad de luz, es capaz de variar cuatro veces su diámetro.
Este proceso se llama adaptación.
En el ojo normal, un objeto situado en el infinito está enfocado nítidamente
cuando el músculo ciliar se encuentra relajado. Para permitir la formación de
imágenes nítidas de objetos más cercanos en la retina, la tensión del músculo
ciliar que rodea al cristalino aumenta, el músculo ciliar se contrae, el cristalino
se abomba, y los radios de curvatura de sus superficies se contraen; esto
reduce la distancia focal. Este proceso se llama acomodación.
Los extremos del rango de visión definida se conocen como punto remoto y
punto próximo. El rango de acomodación disminuye gradualmente con la edad.
Esto se debe, a que el cristalino crece a lo largo de la vida de las personas, y
los músculos son menos capaces de deformar un cristalino más grande.
Los defectos comunes de la visión son resultado de las relaciones incorrectas
de la distancia en el ojo.
Todos estos defectos se corrigen mediante el uso de lentes, y más
recientemente, con cirugías.
El ojo humano - Anatomía y defectos
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Ojo normal (emétrope) - Imagen formada en la retina
Ojo defectuoso (amétrope)
Ojo hipermétrope
Corrección
Ojo miope
Corrección
Ejemplo
El globo ocular de una persona normal tiene 2,5 cm de diámetro. Supongamos
que un individuo tiene un globo ocular deforme, de manera que la córnea y el
cristalino son normales, pero la distancia de este último a la retina es de 2,7
cm. (a) ¿Qué tipo de defecto visual resulta? (b) ¿En cuánto habrá variado la
gama de potencias respecto a una persona normal? (c) ¿Qué potencia han de
tener las lentes correctoras?
Respuestas: (a) ojo miope; (b) Pp = 41 D PR = 37 D, (c) Lente divergente de
-3 D
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