Optika geometrikoa: Dioptrioak, Ispiluak, Lenteak eta Tresna Optikoak

Optika geometrikoa

Optika geometrikoa optikaren zati bat da, non, geometriaren bidez, islapen- eta errefrakzio-fenomenoetan argi-izpiek pairatzen dituzten desbideraketak aztertzen diren. Optika geometrikoa suposizio batzuetatik abiatzen da: argia ibilbide zuzenean hedatzen dela ingurune homogeneo eta isotropoetan, argi-izpiak itzulgarriak direla eta islapen- eta errefrakzio-legeak betetzen direla.

Sistema optiko bakunak

Dioptrioa

Dioptrioa errefrakzio-indize desberdineko bi ingurune banatzen dituen gainazal bakarrak osaturiko sistema optikoa da. Gainazalaren arabera, laua edo esferikoa izan daiteke.

Dioptrio esferikoa

Dioptrio esferikoa errefrakzio-indize desberdineko bi ingurune garden banatzen dituen gainazal esferikoa da. Kurbadura-erradioaren arabera, ganbila ala ahurra izan daiteke: ganbila da R>0 bada, eta ahurra da R<0 bada.

Dioptrio laua

Dioptrio laua errefrakzio-indize desberdineko bi ingurune garden banatzen dituen gainazal laua da.

Ispilua

Ispilua argi-izpiak islatzeko gai den gainazal leuna da. Laua edo esferikoa izan daiteke. Ispilu esferikoa ahurra da R<0 denean, eta ganbila R>0 denean. Ispilu esferikoa ahurra edo ganbila izan daiteke kurbadura-erradioaren arabera, eta gainazal islatzailea ispiluaren barne-aldekoa edo kanpo-aldekoa izan daiteke.

Sistema optiko konposatuak

Sistema optiko zentratuak

Sistema optiko zentratuak bere zentroak lerro zuzen berean dituzten dioptrioen segidak dira. Lerro zuzen horri ardatz optikoa deritzo, eta sistema optikoaren simetria-ardatza da.

Lenteak

Lenteak bi dioptrioz osatutako sistema optiko zentratua da, eta bi dioptrioetako bat gutxienez esferikoa izan behar da. Kanpoko bi ingurune errefringenteek errefrakzio-indize bera izan behar dute. Lenteak gure ikusmena zuzentzeko erabili ohi dira, baita argazki-kameretan eta beste gauza batzuetan ere. Lentea konbergentea da erdialdetik lodiagoa denean, eta bikonbexua (r1>0, r2<0), laukonbexua (r1=∞, r2<0) edo meniskoganbila (r1>0, r2>0 eta r1<r2) izan daiteke. Marraztean, geziekin adierazten da. Lentea dibergentea da muturraldetik lodiagoa denean, eta bikonkaba (r1<0, r2>0), laukonkaba (r1=∞, r2>0) edo meniskoahurra (R1<0, R2<0 eta R1>R2) izan daiteke.

Tresna optikoak

Lenteak eta ispiluak tresna optikoak eratzeko erabili ohi dira. Batzuk oso ezagunak dira eta erabilera arruntekoak: argazki-kamera, lupa edo prismatikoak. Beste batzuek interes zientifiko handia dute, hala nola mikroskopioak edo teleskopioak.

Batera zein bestera, tresna optikoen helburua gure ikusmenari laguntzea da, horixe baita gure sistema optiko naturala. Horregatik, garrantzitsua da gure ikusmena nolakoa den eta nola funtzionatzen duen jakitea.

Giza begia

Begien helburua objektuen irudi estigmatikoak eta akatsik gabekoak sortzea edo eskaintzea da. Begien forma esferikoa da, gutxi gorabehera, eta ikusmen-eremu zabala dute, 180º-koa edo; fokapena oso bizkor aldatzeko gai dira —horrela, objektu hurbilak eta urrunak ikusteko egokituz—, eta bereizmen-ahalmen handia dute.

Erretina

Kornea begia inguratzen duen mintz erresistentearen —esklerotika izenekoa— atal gardena da, argia hor zehar barneratzen delarik.

Kristalinoa lente konbergentearen forma duen gorputz biguna da.

Erretina begiaren barnealdea estaltzen duen mintza da. Bertan proiektatzen da objektuen irudia. Argiaren eraginpean sentikorrak diren zelulen zenbait geruzaz osatuta dago.

Objektuei dagokienez, ikusten dugun tamaina erretinan eraturiko irudiaren (erreala eta buruz beherakoa) tamainaren araberakoa da: objektua zenbat eta hurbilago egon, irudi hori hainbat eta handiagoa izango da; eta zenbat eta urrunago egon, irudia hainbat eta txikiagoa.

Argazki-kamera

Argazki-kameraren funtsezko elementuak hauexek dira:

• Gorputza: kamera iluna da, funtsean. Atzealdean, objektuaren irudi erreal eta alderantzikatua eratzen den lekuan, xafla edo film fotografiko sentikorra jartzen da. Prozesu fotokimiko batez, xafla hori kitzikaturik edo inpresionaturik geratzen da.
• Objektiboa: objektuek islaturiko argia biltzen duen sistema konbergente bat da. Kasurik sinpleenean, lente konbergente bakarra da.
• Objektibo on batek akatsik gabeko irudia sortu behar du, eta fokapen-sakonera handia izan behar du. Fokapen-sakonera objektiboak aldi berean foka ditzakeen punturik hurbilenaren eta urrunenaren arteko distantzia da. Tarte horren barneko gorputz guztiak fokaturik daude aldi berean, horien irudia xafla fotografikoan eratuz.
• Bisorea: horren bidez, irudia enkoadratu nahi den partea filmean inpresionatuta gera dadin kontrolatzen da.
• Obturadorea: dispositibo horren bidez, argazkia ateratzeko behar den denbora kontrola daiteke, hau da, argia film sentikorrera iristen dagoen denbora-tartea.
• Diafragma: elkarren gainean ezarritako eraztun metalikoen multzo bat da, objektiboaren irekiera-maila erregulatzen duena.
• Kliskagailua: kliskatzean, argazkia ateratzeko behar den argi-kantitatea igortzen du. Denbora konkretu batez ireki egiten da, horrela kanpoko argiak filma inpresiona dezan.

Kameraren funtzionamendua

Kameraren funtzionamendua eta giza begiarena antzekoak dira. Objektiboak gure kristalinoaren lana burutzen du, eta film sentikorra erretinaren parekoa da. Baina argazki-kamerak irekiera-angelu handiagoa du fokaturik, begiarena baino handiagoa. Horri esker, guk baino ikuste-eremu handiagoa hartzen du.

Objektuen fokapena lortzeko, lentearen eta filmaren arteko distantzia doitu behar da, argazkia atera nahi zaion objektuaren irudia pelikula sentikorrean era dadin.

Kameran sartzen den argi-kantitatea obturadorearen bidez eta diafragmaren irekiera-mailaren bidez erregulatzen da. Bi parametro horiek erabili nahi den film motaren arabera —oso sentikorra edo gutxiago— eta inguruko argitasun-mailaren arabera aukeratzen dira.

Lupa edo mikroskopio sinplea

Lupa, mikroskopio sinplea edo emendio-lentea izenekoa lente konbergente bat da, objektua berez duena baino tamaina handiagoaz ikustea ahalbidetzen duena.

Tamaina txikiko objektu bat zehaztasunez ikusi nahi badugu, normalean hurbildu egiten dugu begirantz, erretinan eratutako irudia handiagoa izan dadin. Nolanahi dela, puntu hurbilaren existentziak mugatu egiten du objektua zehaztasunez ikusteko ahalmena. Horregatik, luparen laguntzaren premian gaude: honen bidez, objektua puntu hurbila baino hurbilago koka dezakegu.

A₁B₁ objektua F₁ fokuaren eta lentearen artean kokatzen bada, A₂B₂ irudia lortuko da, birtuala dena, zutik dagoena eta objektua baino handiagoa dena. Objektua ikusteko, begia lentearen atzealdeko aurpegitik hurbil jarri behar da.

Luparen emendio angeluarraren anplifikadorea honako hauen arteko zatidura da: batetik, objektua lupaz ikustean dagokion angelu bisuala, β, eta, bestetik, objektua puntu hurbilean jarriz luparik gabe dagokion angelu bisuala, α.

Objektua F₁ fokoan kokatuz gero, irudia infinituan eratzen da eta begia erlaxaturik dago, hots, egokitzapen-indarrik gabe.