¡Descarga microscopio y más Apuntes en PDF de Ingeniería Marina solo en Docsity!
LABORATORIO DE Ó PTICA (Ó PTICA INSTRUMENTAL ) C URSO 2009/
___________________________________________________________________________________
Práctica 2: El microscopio
___________________________________________________________________________________
2.1 Objetivo de la práctica
El objetivo de esta práctica es la comprensión de los fundamentos del microscopio compuesto. Para ello se realiza la medida de magnitudes características de éste, tales como el aumento visual, el aumento lateral del objetivo, el campo visual o la profundidad de enfoque.
2.2 Material necesario
− Banco de óptica de 100 cm. − Fuente de iluminación de luz blanca. − Pantalla difusora milimetrada. − Objeto test difusor con escala de 20 mm ( 1 div = 0 ´ 2 mm ). − Objeto difusor (fotografía de una sección de un ojo). − Transparencia retículo de 20 mm ( 1 div = 0 ´ 2 mm ).
− Objetivo de distancia focal f ´ob = 50 mm y diámetro φ ob = 10 mm.
− Objetivo de distancia focal f ´ob = 40 mm y diámetro φ ob = 6 mm.
− Ocular simple de distancia focal f ´oc = 50 mm y diámetro φoc = 21 mm (esta misma lente se utili- zará como lente de ojo − Lente de campo de distancia focal
para construir el ocular doble).
f ´ F = 100 mm y diámetro φF = 46 mm.
− Lente “ojo” de distancia focal f ´ A = 200 mm y diámetro φ A = 10 mm.
− 3 soportes para objetos. − Diafragma iris. − Siete deslizadores. − Reglilla milimetrada. − Hoja de papel vegetal.
Laboratorio de Óptica (Óptica Instrumental)
Figura 2.1: Escala milimetrada que al imprimirla en papel vegetal constituye el objeto test, y al imprimirla en un soporte transparente constituye el retículo. Como pantalla difusora se utiliza la misma que en la práctica de la lupa. A la derecha se muestra la fotografía de la sección transversal de un ojo. En la parte final de la práctica se utiliza el microscopio para medir el espesor de la córnea.
2.3 Desarrollo de la práctica
Durante la realización de la práctica se debe tener extremo cuidado en que el sistema óptico esté perfectamente centrado para evitar, en lo posible, aberraciones. Para ello todos los elementos se deben colocar centrados a la altura que la fuente de iluminación. Por otra parte, las experiencias propuestas en las que el ojo del observador se sitúa sobre la pupila de salida del microscopio, han sido diseñadas considerando que dicho ojo es emétrope. Por ello, se recomienda que los estudiantes que padezcan una ametropía realicen estas experiencias con el ojo debidamente compensado (es decir, con las gafas puestas).
Con el fin de poner de manifiesto la dependencia de los diferentes parámetros óptico- geométricos del microscopio con respecto al intervalo óptico, t , y con respecto a la distancia focal del objetivo, todas las experiencias que se proponen en esta práctica deben realizarse para las siguientes configuraciones:
(a) f ´ob = 50 mm y φob = 10 mm , f ´oc = 50 mm y φoc = 21 mm , y t = 160 mm. (b) f ´ob = 40 mm y φob = 6 mm , f ´oc = 50 mm y φoc = 21 mm , y t = 160 mm. (c) f ´ob = 40 mm y φob = 6 mm , f ´oc = 50 mm y φoc = 21 mm , y t = 180 mm.
Se recomienda realizar primero todas las experiencias
Para comenzar, en cada caso, se dispondrán en el banco de óptica, tal y como se muestra en la Fig. 2.2, el objetivo y el ocular separados una distancia
para la configuración (a), poste- riormente para la configuración (b) y finalmente para la (c).
e = f ' (^) ob + t + f ' oc.
Figura 2.2: Para construir el microscopio se sitúan el objetivo y el ocular perfectamente alineados sobre el banco de óptica.
Laboratorio de Óptica (Óptica Instrumental)
ob oc
ob oc f f
t Γ =β Γ = − (2.3)
El valor negativo del aumento visual indica que la imagen final está invertida.
Figura 2.4: Dispositivo para la medida del aumento lateral del objetivo. Esta configuración tam- bién permite medir las dimensiones del campo visual.
Para medir experimentalmente el aumento lateral del objetivo, se procede del modo siguiente. En primer lugar se sitúa el objeto test delante del objetivo –aproximadamente a una distancia 2 f 'ob–, centrado sobre el eje óptico del microscopio, y el ojo del observador en la pupila de salida de éste, tal como se muestra en la Fig. 2.4. A continuación se desplaza el objeto lentamente hacia el objetivo, hasta la primera posición en que el observador ve nítidamente la imagen (ver Fig. 2.5(a)).
Seguidamente, se coloca la transparencia retículo, debidamente centrada en su soporte, en el plano focal objeto del ocular. Para ello, con ayuda de la reglilla se comprueba que la distancia desde el retículo hasta el ocular es igual a f 'oc. Con el ojo situado en la pupila de salida, se comprueba si la imagen del retículo es nítida. En caso de no serlo (lo que puede ser debido a una miopía mal compen- sada), se acercará lentamente el retículo hacia el ocular hasta alcanzar la primera posición en que la imagen sea nítida [1]
(a) (b)
Figura 2.5: (a) Imagen del vista por el observador cuando el objeto está en foco; (b) Imagen vista por el observador cuando tanto el objeto como es retículo están situados correctamente. En este ejemplo la imagen intermedia es 3 veces mayor que la escala del retículo. Por tanto el aumento late- ral del objetivo es
β (^) ob =− 3. 0. Nótese que la imagen intermedia está invertida.
Al observar ahora a través del microscopio se verán enfocadas, tal y como se muestra en la Fig. 2.5(b), las imágenes superpuestas del objeto y del retículo. Comparando ambas escalas se puede determinar directamente el valor del aumento lateral del objetivo. Las medidas las anotamos en la tabla siguiente. Parar comprobar la bondad de las medidas, es conveniente comparar el valor medio de las tres mediciones realizadas con el valor predicho por la teoría.
[1] (^) Este proceso de enfoque también se puede realizar del siguiente modo: situar, en primer lugar, el retículo en el
plano focal objeto del ocular y, a continuación desplazar el objeto hasta conseguir una imagen nítida de ambos.
Práctica nº 2: El microscopio
y mm ( ) y '( mm ) β ob = y '/ y βob
1.0 mm 1.6 mm 2.0 mm
Antes de pasar al apartado siguiente, y con el propósito de poner de manifiesto la importancia de situar la pupila del ojo sobre la pupila de salida del microscopio, se recomienda realizar la siguiente experiencia:
Retiramos el retículo, y situamos el ojo, centrado en el eje óptico, unos centímetros detrás de la pupila de salida. En estas condiciones comprobamos que el campo visual es muy reducido. Si a continuación acercamos el ojo lentamente hacia el ocular, comprobamos que el campo visual aumenta progresivamente hasta alcanzar un tamaño máximo. Esto sucede cuando el ojo está jus- tamente sobre la pupila de salida. Si la práctica está siendo realizada por dos estudiantes, el se- gundo puede comprobar que sobre la córnea del primero se forma una imagen nítida de la mon- tura del objetivo. Si continuamos acercando el ojo hacia el ocular, al campo visual vuelve a re- ducirse.
2.3.3 Campo visual
Un parámetro de gran importancia a la hora de caracterizar el rendimiento de un instrumento óptico es el denominado campo visual, que se define como la porción del plano objeto que es visible a través del instrumento. En concreto, para el caso del microscopio el diámetro del campo visual de iluminación media vale
, '
p
oc m (^) a
donde
. '
2
f t
f a f ob
oc p =^ oc + + (2.5)
Sin variar la configuración del apartado anterior se puede medir el diámetro del campo visual. Para ello basta con evaluar la porción de objeto que es visible a través del microscopio (en el ejemplo
de la Fig. 2.5 el campo de iluminación es 2 ρ m = 5. 6 mm ) [2]
2.3.4 Medición de objetos
. El valor del campo lo anotamos en la tabla de la sección 2.3.7.
Una vez establecido el aumento lateral del objetivo, lo que implica que la escala del retículo queda calibrada, se puede proceder a la medición de objetos (como, por ejemplo, el espesor de la córnea en la fotografía de la sección de un ojo). Para ello basta con medir con la escala del retículo el tamaño de la imagen intermedia, y'. El tamaño del objeto viene dado por y = y'/ β ob.
y ' y ' y = y '/ β ob
[2] (^) Estrictamente, lo que se está midiendo es el diámetro del campo límite. Sin embargo, dado que la pupila de
salida del microscopio es muy pequeña, no existen diferencias sustanciales entre el campo de media y el límite
Práctica nº 2: El microscopio
Figura 2.6: Para trabajar con un microscopio cuyo ocular es doble, se debe situar la lente de campo en el plano de la imagen intermedia. Nuestro ocular doble está constituido, pues, por una lente de campo de focal f 'F = 100 mm y una lente de ojo de focal f 'E = 50 mm.
Ocular simple Ocular doble
2 ρ m 2 ρ m 2 ρ m 2 ρ m
2.3.8 Aumento visual del microscopio con ocular simple y con ocular doble
Para medir este parámetro, es necesario hacer uso de un “ojo artificial” compuesto por una lente de focal f ' (^) A = 200 mm , que hace las funciones del acoplamiento córnea-cristalino, y una pantalla milimetrada, que hace las veces de retina. Tal y como se muestra en la Fig. 2.7, este “ojo artificial” se sitúa en el dispositivo de forma que la lente este centrada sobre la pupila de salida del microscopio. A continuación, con la ayuda de la reglilla, se sitúa la “retina” en el plano focal imagen de la lente “ojo”. Si la práctica se ha realizado correctamente, sobre la “retina” aparecerá nítidamente enfocada la ima- gen del objeto. Si no es así, se debe corregir ligeramente la posición del objeto.
Fig. 2.7: Dispositivo para la medida del tamaño angular de la imagen.
Nótese que en la pantalla sólo se forma la imagen de una fracción del objeto test. Para la deter- minación del aumento normal del microscopio, es necesario entonces seleccionar la fracción del Test que actúa como objeto para el experimento. Para el caso del microscopio (a) una buena selección es tomar el objeto de tamaño y = 1.0 mm. Con ayuda de la escala impresa en la pantalla, se mide entonces el tamaño, y 'r, de la imagen retiniana. Este dato permite calcular el valor del tamaño angular de ima- gen, esto es
r A
tan '. '
y w f
Laboratorio de Óptica (Óptica Instrumental)
A continuación ya se puede proceder al cálculo del aumento normal del microscopio, que al igual que para el caso de la lupa, se define como
A
tan ' , tan
w w
donde ω (^) A representa el tamaño angular del objeto cuando está situado a 250 mm del ojo del observa- dor, es decir
tan (^) A 250.
y w = (2.11)
Para la presentación ordenada de los resultados de este último apartado se recomienda hacer uso de la tabla siguiente.
Aumento visual con ocular simple tan( wA ) = y / f A' y ' (^) r tan( w ') = y ' /r f A' Γ Γ
y = 1.0 mm
y = 1.6 mm
y = 2.0 mm
Por último, para comprobar que el uso de la lente de campo no afecta al valor del aumento vi- sual, se repetirá este mismo experimento situando la lente de campo en el foco objeto del ocular.
Aumento visual con ocular doble tan( wA ) = y / f A' y ' (^) r tan( w ') = y ' /r f A' Γ Γ
y = 1.0 mm
y = 1.6 mm
y = 2.0 mm
