Proyector Una vez que se logró tomar imágenes a gran velocidad (24 por segundo), se requirió de un aparato para proyectarlas. En un principio se creyó que el cine no sería un espectáculo exitoso, por lo que los primeros aparatos eran de uso individual. El interés de la gente por las exhibiciones marcó la pauta para la invención del proyector. Éste es un aparato con engranajes y poleas, que hacen avanzar la película frente a una lente en un movimiento de alto y avance. Cada fotograma (nombre que recibe cada fotografía en cine) se detiene frente a una lámpara durante 1/24 segundo. Después el obturador (un disco con perforaciones que en forma alterna bloquean y dejan pasar la luz) impide que entre la luz, mientras el siguiente cuadro se coloca en su sitio. Durante la proyección de una película, el obturador del proyector bloquea la imagen aproximadamente el 50% del tiempo, por ello cuando vemos una pelicula estamos frente a una pantalla en blanco la mitad del tiempo. En una cinta de dos horas vemos 172,800 fotografías (cantidad que resulta de multiplicar 24 fotogramas por segundo, por 60 segundos por minuto, por 120 minutos), pero el obturador del proyector habrá bloqueado la luz aproximadamente una hora. En ese lapso vemos las imágenes grabadas en la retina: esto lo podemos entender si conocemos la persistencia de la visión. PROYECTOR DE LUZ DIRECTA Iluminación puntual de luz directa (dura). La luz producida por el array de leds llega directamente al objeto. Produce un gran contraste y resalta las texturas, relieves y fisuras del objeto iluminado debido a que cualquier relieve, por pequeño que sea, produce una sombra muy definida. El ángulo de incidencia de la luz respecto al plano de iluminación determinará el grado de resalte de los relieves. Para ángulos muy pequeños respecto a la horizontal, la luz producirá sombras en los relieves de la pieza. Para ángulos cercanos a 90 grados respecto a la horizontal, solo será detectable la sombra en los grandes relieves. Su uso esta indicado en la detección de presencia de piezas y objetos y su correcta colocación y en la detección de bordes, rayas y fisuras en una dirección determinada. PROYECTOR DE LUZ DIFUSA La fuente de luz es uniforme y difusa (suave). Este sistema de iluminación esta especialmente indicado para atenuar brillos. Suaviza las texturas de los objetos, iluminando estos uniformemente. Los arrays de leds están diseñados para colocarlos en cualquier posic ión excepto en el eje de la cámara. Permitiendo así variar la sombra proyectada dependiendo de las necesidades de la pieza a inspeccionar. 1 Indicado para poder detectar fácilmente variaciones del color como las que se producen al imprimir texto en un objeto. Partes del Proyector • Objetivo. • Linterna. • Chasis portadiapositivas. • Sistema de ventilación. • Dispositivo de control. Optica con agujeros / 1. Agujeros medianos Hay, por lo menos, dos formas de hacer más pequeño un agujero al que estemos mirando. Podemos hacerlo de verdad menor o podemos alejarlo (y entonces parecerá menor y, en cierto sentido lo será). Como nosotros vemos la luz que atraviesa los agujeros reflejada en la pantalla, alejar de ésta los agujeros también hace que los veamos más pequeños. En la transparencia 1.3 quedará claro en qué sentido equivale a hacerlos de verdad más pequeños. (No conviene insistir mucho sobre esta forma de "reducir" los agujeros, sobre todo si el público es infantil o poco favorable. Después haremos de verdad los agujeros más pequeños; de momento podemos enseñar a la gente un agujero de frente e irlo alejando de ellos: lo verán más pequeño) EXPERIMENTO 1.1 Seguimos usando un proyector como fuente de luz y alejamos poco a poco la plantilla 1 (puede verse la plantilla junto con el experimento realizado con la luz del sol haciendo clic aquí) de la pantalla preguntando al público "¿algún cambio?". Giramos la cartulina y seguimos alejando, preguntando y girando hasta que ya no se noten diferencias en la pantalla (o hasta que no podamos más...). Si sale bien, podemos quitar la lente del proyector, pero eso no es ,por ahora, importante. Antes o después (esperemos) alguien nos dirá que las formas iluminadas sobre la pantalla (círculos, triángulos,...) han desaparecido y se han transformado en manchas de luz muy parecidas entre sí a pesar de lo distintos que son los agujeros y además, ¡ya no giran al hacer girar la cartulina! Para que quede claro que lo que sucede tiene que ver con el tamaño del agujero (algo discutible cuando alejamos la cartulina agujereada de la pantalla), pasamos ante el proyector una serie de orificios circulares de tamaño decreciente (plantilla 1, al final). Ahora podemos preguntar "¿Qué pasa?, ¿Qué es esa forma rara que sale de cada agujero?, ¿Alguna idea?". Sugeriremos que debe tener que ver con algo distinto de los agujeros, pues tiende a ser de la misma forma para todos y no gira con ellos. "¿Qué es lo que tienen en común?, ¿No tendrá algo que ver con el proyector, con la fuente de luz, que es lo que todos comparten?" También podemos decirles "Esto es lo que pasa cuando repetimos el experimento con la luz del sol" y les enseñamos la secuencia de fotografías en la que se ve la imagen sobre un papel blanco del que se va alejando la cartulina con agujeros. Una pista más −ya es la última− lo dejará todo a punto: Tapando el hueco que deja la lente en el proyector con uno de los agujeros más pequeños de las plantillas (el de alfiler si hace falta) , en la pantalla debe verse una serie de rayas verticales y paralelas, algo así: IIIIII. Les animamos a que se fijen y lo comparen con la bombilla del proyector (¡que mantendremos envuelta en su funda de plástico ya que las bombillas halógenas no deben tocarse con los dedos!) No sería malo animar al público a que no responda en voz alta en este momento (nos lo pueden decir al oído), lo que no vamos a hacer hasta el siguiente experimento es decirles la "respuesta correcta" o confirmarles la suya. Con lo que sigue, a nadie deberían quedarle dudas. También es importante indicar que la mayoría de la gente ya conoce estos fenómenos (para confirmarlo, basta ver estas fotografías). 2 EXPERIMENTO 1.2 Nuestro proyector sigue con lente (si la hemos quitado para responder a las objeciones de alguien, volvemos a ponerla). Ponemos una diapositiva y preguntamos "¿Para qué sirve la lente?" Les ayudamos a pensar quitándola. La imagen de la pantalla se transforma en un área iluminada más o menos uniformemente sin detalle y con colores, en el mejor de los casos, muy difuminados. Hay que guiar al público para que responda algo así como "las lentes sirven para formar imágenes". Sin lente, no hay imagen... ¿o sí? Tapamos el hueco que deja la lente con una de nuestras plantillas que tenga un agujero de alfiler ¡y la imagen se ve bastante bien! Aunque al pasar poca luz por el agujero, será bastante débil y quizá haga falta poner una pantalla (una simple hoja de papel blanco o vegetal) más cerca del proyector. Es posible que la imagen no esté tan bien enfocada como con la lente, pero justo por eso y por la escasa luminosidad (entre otras cosas) se usan lentes mejor que agujeros. Ahora unas variaciones sobre este tema: − Ponemos dos y tres agujeros de alfiler cercanos junto al proyector y se verán otras tantas imágenes: cada agujero mediano da una imagen. − Vamos poniendo ante el proyector los agujeros de las plantillas y comprobando como la definición de la imagen mejora con la pequeñez del agujero, pero no depende de su forma, siempre que sea lo suficientemente pequeño. Cuando los agujeros son "grandes" y sus formas se repiten en la pantalla al iluminarlos, sólo nos resulta fácil explicar el resultado si suponemos que la luz viaja en línea recta. Así debería poder explicarse también la formación de imágenes, aunque no parece sencillo, pues con los mismos agujeros ya no se repiten las formas (además ahora no influye la del agujero), sino que se obtiene una copia del objeto (imagen). Preguntar la opinión del público (si no son niños y los vemos interesados,...) Antes de seguir, veamos en la transparencia 1.1 lo que significan los términos "imagen" y "sistema óptico". La transparencia 1.1 deja bastante claro el motivo por el que los agujeros medianos sí forman imágenes (cada punto del objeto se transforma, más o menos, en un punto separado de los demás) mientras que los grandes no las forman (al transformar un punto del objeto en un disco −o punto muy gordo− que además se mezcla mucho con las imágenes de otros puntos del objeto). También está claro que en todos estos casos podemos seguir usando rayos de luz que viajan en línea recta. Lo que hace un agujero mediano es separar la luz que sale de un punto del objeto y llega a la pantalla de la que sale de otros puntos del objeto; si se mezclan esas luces, la imagen ya no será clara. ¿Por qué estamos evitando cuidadosamente decir agujeros pequeños para referirnos a los que forman imágenes y nos empeñamos en llamarlos medianos? Parece fácil ver en la transparencia 1.2 que si el agujero es suficientemente pequeño, su forma no importa, porque basta que se limite a separar los haces de rayos que vienen de los distintos puntos del objeto. Queremos llamar agujeros grandes a los que repiten su forma en una pantalla cuando son iluminados y agujeros medianos a los que forman imágenes. A estas alturas, debería haber quedado claro que para clasificar un agujero como grande o mediano no sólo importa el tamaño del agujero, sino su distancia a la pantalla de observación (y otros factores más complicados en los que será mejor no entrar...). La transparencia 1.3 (que sólo utilizaremos si nuestro público es apropiado) muestra cómo el alejar los agujeros de la pantalla hace que las imágenes de puntos distintos del objeto no se mezclen, lo que también ocurre al hacerlos menores (aunque aún queda una diferencia; alejar la pantalla hace que las imágenes de los puntos sean puntos "bastante más gordos", algo malo para la definición de la imagen que no pasa con los agujeros medianos si son "suficientemente pequeños") Usos de los agujeros medianos: ¿Podemos hacer algo con todas estas cosas tan curiosas que hemos visto? Construiremos un par de cosas no demasiado útiles (aunque al molusco Nautilus le sirven como ojo, por ejemplo) con las que podrá verse e 3 incluso fotografiarse una escena bien iluminada sin más que una caja bien protegida de la luz, un agujerillo y una pantalla o material fotográfico sensible (película o papel). Ver transparencia 1.4 EXPERIMENTO 1.3 : Visores: Miremos a una escena muy iluminada a través de unos cuantos visores que hemos fabricado con un rollo de papel de cocina tapado en un extremo por una cartulina negra con un agujero "mediano". Cortamos unos centímetros del otro extremo y volvemos a pegarlo tras haber fijado una pantalla de papel vegetal. Unimos las dos mitades del tubo, separadas por la pantalla con cinta aislante para que no entre luz. Es mejor empezar con una agujero más bien pequeño y, si entra poca luz, ir agrandándolo poco a poco. (¡será mejor explicarlo mejor y poner un esquema!) Les recomendamos que miren primero por un agujero más bien grande y después por uno menor ("mediano"). El primero es más luminoso, pero falla por la poca nitidez. Con el menor, la imagen es de mayor calidad, pero más oscura (uno de los grandes defectos de los agujeros). Está bien explicar al público cómo se hacen los visores mostrando algunos a medio hacer; es bien sencillo. Por nuestros experimentos anteriores debe quedar claro que a mayor diámetro del agujero, mayor debe ser su distancia hasta la pantalla para conseguir igual nitidez (conviene estudiar estas cosas si uno va a hacer cámaras oscuras). Cámaras oscuras: Si sustituímos la pantalla de papel vegetal del visor por película o papel fotográfico y abrimos el agujero el tiempo justo sin mover la cámara, tendremos una cámara oscura lista para hacer fotografías. Mostramos un par de modelos de este objeto: − Caja de zapatos en la que no debe entrar la luz salvo por el agujero y pintada de negro mate por dentro para evitar que la luz reflejada en las paredes nos estropee las fotos. El agujero se ha hecho, más o menos a ojo (hay fórmulas que los profesores saben, pero es mejor ir probando distintos tamaños y distancias) con la punta de una aguja de coser sobre una tapa de yoghurt. Enfrente del agujero se coloca papel fotográfico que la luz ennegrece (tras el revelado), por lo que se obtiene un negativo que se puede convertir en positivo en un ordenador o haciendo una copia de contacto. Es una cámara incómoda de cargar (a oscuras siempre, tras cada disparo) y revelar (no puede llevarse a la tienda de la esquina). Siendo el agujero más bien pequeño (entra poca luz) y el papel poco sensible, hay que mantener el agujero abierto y la cámara inmóvil durante intervalos que van desde decenas de segundos hasta varios minutos. Haciendo clic aquí se podrá ver una muestra de las fotos que hemos hecho con cámaras oscuras. − Cámara normal sin objetivo: En este primer ensayo, hemos buscado una cámara baratita y le hemos quitado el objetivo. Es menos curioso, pero aprovechamos el obturador mecánico (dispositivo que deja pasar la luz al apretar el disparador) que podemos mantener abierto a voluntad y, sobre todo, podemos usar carretes normales que son más sensibles (no hay que tirarse varios minutos por foto) y más cómodos: podemos llevarlos a revelar a cientos de tiendas, hacer diez fotos seguidas sin cargar cada vez,... Nuestro modelo podría mejorarse sensiblemente (ver las fotos hechas con él). El agujero se hizo con una broca muy fina sobre una chapa metálica. Hay dos tubos (de papel de cocina) acoplados para variar la distancia del agujero a la película (y así hacer "mayor" o "menor" el agujero). El defecto más llamativo de las fotos es que no hay mucho contraste. La causa (la misma que la de esa corona luminosa alrededor de la imagen) es que el interior del tubo, pintado de negro brillante y no mate, refleja demasiada luz hacia la película que viene de donde no debería. Aún tenemos otro par de usos de los agujeros más relacionados entre sí de lo que parece a primera vista: los "agujeros de aumento" y la corrección de defectos en sistemas ópticos mediante agujeros. EXPERIMENTO 1.4: El agujero de aumento (tomado de la página del Exploratorium de San Francisco "Exploratorium Science 4 Snacks", que es una de las mejores fuentes de experimentos caseros) Hay, que sepamos, dos maneras de aumentar el tamaño de la imagen de algún objeto cercano que queramos examinar: podemos usar una lupa o microscopio (algo aquí prohibido) o podemos acercarnos al objeto. , lo que no parece estar relacionado con los agujeros, ¿o sí? Pues sí, y todo viene de una dificultad que nos encontramos al acercarnos a un objeto para verlo mejor; llega un momento en el que nuestros ojos ya no son capaces de enfocar y no podemos acercarnos más. Miremos a través de un agujero "mediano" (otros lo llamarían "pequeño", pero no nosotros, que los usaremos menores y entonces, al ver algo raro, los llamaremos "pequeños") a un objeto brillante (monitor de TV u ordenador) o bien iluminado a través de un orificio que hemos practicado en una tapa de yoghurt con una aguja. Nosotros miraremos a las letras en la superficie de una bombilla mate de 25 W. Dejar que la gente lo haga. ¿Qué pasa? ¡Vemos más grandes las letras porque ahora podemos acercarnos más que sin agujero y seguir viendo la imagen enfocada! Se me acaba de ocurrir una versión mucho más sencilla y que nos llevaría al siguiente experimento: basta acercarse a cualquier objeto hasta que lo veamos borroso y entonces casi cerrar los ojos; se verá mucho mejor. EXPERIMENTO 1.5: Corrección de defectos de sistemas ópticos ¿Alguna persona del público de vista no muy buena tiene la costumbre de intentar mejorar su visión casi cerrando los ojos o mirando a través de un agujerillo hecho con el puño cerrado. ¿Sí? Si no fuera así, que prueben y verán como su visión (de cerca o de lejos) mejora. Por muchos motivos, conviene leer el cuento "Mientras ellas duermen" de Javier Marías. Al principio aparece un personaje que no quiere usar sus gafas para ver lo que hace la gente en la playa y mira a través de los agujeros de un sombrero de paja, lo que además le oculta de los observados. Se encontrará en las páginas 177 a 179 de la edición de Alfaguara, Madrid, 2000. El mismo fenómeno aconseja a los fabricantes de cámaras (fotográficas, de vídeo,...) baratas que los objetivos sean de pequeño diámetro y pocas lentes. Un objetivo ancho y luminoso es muchísimo más caro porque debe tener un buen número de elementos (lentes) para corregir los defectos "visuales" de cualquier sistema (normal) de gran abertura. Siempre mejora la calidad de la imagen y la profundidad de foco cerrando el diafragma, pero a costa de perder, por ejemplo, luminosidad. No es sencillo explicar los dos experimentos anteriores, pero los sistemas ópticos de superficies esféricas (los "normales" desde los ojos a la mayoría de los instrumentos no muy rebuscados, puesto que es mucho más difícil tallar otras superficies) nunca pueden dar buenas imágenes (por bien construídos que estén) salvo en una pequeña región cercana al eje óptico del sistema que puede aislarse usando un agujerito. NOTA SOBRE EL PROCEDIMIENTO: Podríamos seguir tranquilamente con la sección 3 ("Agujeros pequeños") y sorprender a algunas personas demostrando ahora lo contrario de lo que hemos dicho hasta aquí, que la luz no viaja en línea recta. Muy bonito, pero, salvo que nos dejen un láser (a lo que no estoy muy inclinado, no sé...), los experimentos no son espectaculares y algunas personas los encuentran poco claros y demasiado dependientes de la explicación. Creo que si hay niños, prescindiremos de los agujeros pequeños y pasaremos al "gran experimento final" en la sección 5 ( "Más que agujeros" ). A lo mejor decidimos no hacer la sección 3 más que en ocasiones que nos parezcan apropiadas. Sí debemos preparar un cartel sobre agujeros pequeños y sugerir a los interesados que lo miren. Si les interesa, podemos pasar a los experimentos. Camara. La cámara fotográfica se basa en la cámara oscura, y consta de un diafragma, de un obturador, y de la lente. Cámara Oscura La cámara Oscura es una caja cerrada que tiene una apertura, y cuando entra la luz y hay un objeto dentro, se proyecta la imagen de este dentro, e invertida. 5 En cuanto la apertura se cierra, la imagen desaparece instantáneamente. En el año 1840, un francés muy prodigioso llamado NIÉRCE, consiguió hacer la primera fotografía fija. Obturador: Es un dispositivo que impide o permite el paso de la luz, a la película. Diafragma: Es un dispositivo formado por unas laminillas que dejan un agujero central regulable para controlar la cantidad de luz que entra. Es el equivalente al iris del ojo. Objetivo: Es la lente o conjunto de lentes que vienen a ser el cristalino de nuestro ojo. Ojo_______________________________________________Cámara Pupila (abierta) Orificio (cerrado) Iris Diafragma Cristalino (lente) Objetivo Retina Película (celuloide) Párpado Coronilla Obturador (obturador) 1º ) Aro de enfoque: 0.5−0.8−1−1.5−3−5−8−12−etc... 2º ) Telémetro de imagen partida Enfoque 3º ) Anillo microscópico 4º ) Enfoque automático. AF No reflex Cámaras Reflex Cámara no Reflex • El visor es independiente del objetivo utilizado. • El visor nos permite ver a través del objetivo con el que será hecha la fotografía. La cámara no reflex es la cámara mas sencilla y económica. Es una cámara para la cual tendremos que encuadrar la imagen mirando por una ventanilla que está situada a la izquierda del objetivo o en algunas cámaras, encima del mismo. Al error producido por la falta de concordancia entre lo que vemos y lo que fotografiamos, se le denomina error de Paralelaje. Cámara Reflex 6 La cámara reflex lleva un espejo a 45 grados entre el objetivo y el plano de la película. El espejo lleva la imagen hasta un cristal esmerillado, sobre el cual hay un prisma de 5 caras, y 4 de estas funcionan como un espejo. A través de esta cámara, las fotos salen a través de cómo las ve el ojo, sin tener error de paralelaje. La cámara reflex tiene sus ventajas con respecto a las otras cámaras: • Mas rapidez • Objetivos que pueden cambiar • Muchos accesorios • Posible utilidad de gran variedad de películas Carrete Universal: La anchura debe ser de 36 mm. Las tomas del negativo serán de 24x36mm. Diferencias entre una cámara y el ojo humano 1ª: La imagen fotográfica obtenida es desde un solo punto de vista único e inmóvil. El ojo tiene dos puntos de vista que están en constante movimiento. 2ª: La cámara da una imagen plana (bidimensional). Nuestra visión capta la tridimensionalidad del espacio. 3ª: La imagen fotográfica capta los colores de una manera limitada. Nuestro ojo, por el contrario, es capaz de percibir los mil matices de los distintos colores, es decir, la calidad de nuestra visión para percibir los colores es mayor que la de la cámara. 4ª: La fotografía permite tener imágenes que el ojo humano no puede percibir. Ej: Una cámara puede sacar una foto de un coche en movimiento por la noche en la que aparece la estela de su trayectoria; Un proyectil que está en el aire, La máquina fotográfica capta como el proyectil se incrusta en un objeto. En cambio, la cámara necesita mas luz para conseguir la imagen, que el ojo humano. 5ª: Con diversas cámaras podemos captar imágenes diversas de un mismo encuadre, produciendo sensaciones diferentes, y ello se consigue mediante la manipulación de los mecanismos de esas cámaras. Como influye la luz en la cámara Orificio: Diafragma (El diafragma se puede controlar con el anillo de Diafragmas o con la pantalla de cristal líquido) Luz Velocidad del disparo: (Se controla mediante un botón situado en la 7 Parte inferior de la cámara) Apertura del diafragma Cuanto más grande es el número, mas cerrado es el diafragma. La apertura del diafragma se produce cuando hay mucha luz, el diafragma no necesita abrirse mucho, pero si en cambio, no hay casi luz, el diafragma se deberá abrir más. Fotómetro: Es la luz. (Aparato que mide la luz) Escala estandarizada de números: Son una serie de números que sirven para que en la cámara entre cierta cantidad de luz. Normalmente, los números suelen ser: 1.4−2−2.8−4−5.6−8−11−16−22−32−44−64−etc... En algunas cámaras, en vez de ser el primer número 1.4, puede ser 1.7, o bien no tenerlo, y empezar en 2. Velocidad de obturación Tiene que ver con el campo del disparo. (Cuanto más tiempo está la ventanilla abierta, menos velocidad). Se mide en fracciones de segundo: 1sg−1/2sg−1/4sg−1/8sg−1/15sg−1/30sg−1/60sg−1/125sg−1/250sg−1/500sg−1/1000sg−...etc Normalmente no se ponen en forma de fracción, y se suele poner sólo con denominador. Cuanto mas tiempo esté abierto el Obturador, mas luz entra y viceversa. Al sacar una foto a algo que esté en movimiento, hay que poner una alta velocidad para que la foto no salga movida. F: 4 F: 8 Vel: 250 Vel: 60 Lo normal y lo que más se suele usar está entre 2.8 y 11. Profundidad de campo (mucha) Cualidad o capacidad para que al tirar una foto, todas las personas u objetos que hay en una distancia se vean o salgan nítidas y no movidas. Profundidad de campo (poca) Cuando al tirar una foto, por ejemplo a dos metros, todos salen borrosos excepto el primero, (que es el que enfocas), que sale nítido. En algunas cámaras más sencillas, en vez de llevar números, llevan unos símbolos que representan el paso de la luz a la película. 8 Sensibilidad de la Película La sensibilidad de la película tiene relación con unas determinadas sales que van en ésta. Sensibilidad: ALTA, MEDIA, BAJA. Soporte: Celuloide (triacetato de celulosa) Película Sales de Plata: Se mide con el grano de plata. Granos: GRUESO, MEDIO, FINO Din: ASA, (Estados Unidos), ISO, (Europa) La sensibilidad sube de doble en doble, o disminuye de mitad en mitad. Llamamos sensibilidad alta a la que va de 400 a 800. La sensibilidad media, es la normal, y es de 100 ISO. Y la sensibilidad baja es la que va de 50 a 25. En la cámara hay n anillo. Si el carrete, por ejemplo, es de 50, habría que poner el anillo en 50, y así en todas las sensibilidades, excepto en las cámaras automáticas, que es manual. La media que se utiliza, o que requieren las 2550100150200250800 cámaras, es de 100150200 Baja Media Alta Sensibilidad Grano Detalle Contraste Baja Fino Bueno Alto Media Medio Normal Mediano Alta Grueso Bajo Bajo Telescopio. Instrumento con el que se consiguen imágenes amplificadas de objetos distantes. El telescopio se inventó en Holanda, pero se discute el verdadero inventor. Normalmente, se le atribuye a Hans Lippershey, un fabricante de lentes holandés, sobre 1608. En 1609, el astrónomo italiano Galileo mostró el primer telescopio registrado. El astrónomo alemán Johannes Kepler descubrió el principio del telescopio astronómico construido con dos lentes convexas. Esta idea se utilizó en un telescopio construido por el astrónomo Christoph Scheiner, un jesuita alemán, en 1630. Debido a las dificultades producidas por la aberración esférica, los telescopios astronómicos deben tener una distancia focal considerable: algunos de hasta 61 metros (véase Óptica). La invención del objetivo acromático en 1757 por el óptico británico John Dollond y el perfeccionamiento del cristal de roca óptico (vidrio flint) en 1754, permitieron pronto la construcción de telescopios refractores muy perfeccionados. Las lentes de Dollond tenían un diámetro de sólo 7,5−10 cm; en cualquier caso todos estos telescopios tenían dimensiones modestas. A finales del siglo XVIII Pierre Louis Guinand, un óptico suizo, descubrió los métodos para fabricar grandes discos de vidrio flint; después se asoció con el físico alemán Joseph von Fraunhofer. El descubrimiento de Guinand permitió la fabricación de telescopios de hasta 25 cm 9 de diámetro. El siguiente gran industrial de lentes telescópicas fue el astrónomo y fabricante de lentes estadounidense Alvan Clark. Junto con su hijo, Alvan Graham Clark, construyó lentes no sólo para los principales observatorios de su país, sino también para el Observatorio Imperial Ruso en Pulkovo y para otras instituciones europeas. En el telescopio reflector se utiliza un espejo cóncavo para formar una imagen. Se han inventado numerosas variaciones de este telescopio y con él se han realizado muchos de los más importantes descubrimientos astronómicos. A principios del siglo XVII un jesuita italiano, Niccolo Zucchi, fue el primero en utilizar un ocular para ver la imagen producida por un espejo cóncavo, pero fue el matemático escocés James Gregory quien describió por primera vez un telescopio con un espejo reflector en 1663. El físico y matemático inglés Isaac Newton construyó el primer telescopio reflector en 1668. En este tipo de telescopio la luz reflejada por el espejo cóncavo tiene que llevarse a un punto de visión conveniente al lado del instrumento o debajo de él, de lo contrario el ocular y la cabeza del observador interceptan gran parte de los rayos incidentes. Gregory solucionó esta dificultad en su diseño interponiendo un segundo espejo cóncavo, que reflejaba los rayos al ocular. Henry Draper, uno de los primeros astrónomos estadounidenses que construyó un telescopio reflector, utilizó con éxito un prisma de reflexión total en lugar de un espejo plano. El físico y astrónomo francés Giovanni D. Cassegrain inventó un telescopio que tenía un espejo convexo en lugar de uno cóncavo hacia 1672. El astrónomo inglés sir William Herschel inclinó el espejo de su telescopio y colocó el ocular de forma que no bloqueara los rayos incidentes. Los espejos de Herschel tenían un diámetro de 122 cm, y un tubo de unos 12,2 m de longitud. Los espejos de los telescopios reflectores solían hacerse de metal brillante, una mezcla de cobre y estaño, hasta que el químico alemán Justus von Liebig descubrió un método para colocar una película de plata sobre una superficie de cristal. Los espejos con baño de plata fueron muy aceptados no sólo por la facilidad de construcción del espejo sino también porque se podía repetir el baño de plata en cualquier momento sin dañar su forma. El baño de plata ha sido sustituido por el revestimiento de aluminio, de mayor duración. En 1931, el óptico alemán, de origen ruso, Bernard Schmidt inventó un telescopio combinado reflector−refractor que puede fotografiar con nitidez amplias áreas del cielo. Este telescopio contiene una lente delgada en un extremo y un espejo cóncavo con una placa correctora en el otro. El mayor telescopio Schmidt, con una lente de 134 cm y un espejo de 200 cm, está en el Observatorio Karl Schwarzschild en Tautenberg, Alemania. En la actualidad, el mayor telescopio reflector del mundo es el telescopio Keck, de 982 cm, en el Observatorio Mauna Kea en Hawai. Entre la lista de reflectores de más de 254 cm de diámetro están el telescopio de 600 cm de diámetro en el Observatorio Astrofísico de Rusia, cerca de Zelenchukskaya; el telescopio de 508 cm, en el Observatorio Monte Palomar, California, Estados Unidos; el de cm, en el Observatorio Roque de los Muchachos en Las Palmas, Islas Canarias; el instrumento de 401 cm, en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo cerca de La Serena, Chile; el telescopio de 389 cm, en el Observatorio Anglo−australiano cerca de Coonabarabran, en Australia; el de 381 cm, en el Observatorio Nacional de Kitt Peak en Arizona, Estados Unidos y el telescopio de 381 cm, en Mauna Kea. Un telescopio estadounidense famoso, el Hooker de 254 cm, en el Observatorio Monte Wilson en Pasadena, California, fue cerrado desde 1985 a 1992, por causa de las presiones financieras, por los nuevos desarrollos tecnológicos y por el deseo de simplificar su funcionamiento. El telescopio Keck incorpora una importante innovación en su diseño. La superficie del espejo del telescopio consta de 36 segmentos hexagonales individuales, cada uno de los cuales puede moverse mediante tres pistones actuantes. Las técnicas electrónicas mantienen los segmentos alineados entre sí. La segmentación no sólo reduce el peso del aparato, sino que también hace que sea mucho más sencillo pulir el espejo gigante. 10 Otra importante innovación en el diseño de telescopios es el telescopio de espejos múltiples (MMT), el primero de los cuales se terminó en 1979 en Mount Hopkins, Arizona, Estados Unidos. El MMT emplea un conjunto de seis espejos cóncavos de 183 cm (que deben reemplazarse por un solo espejo de 650 cm) para lograr la efectividad del acopio de luz de un único reflector de 450 cm de diámetro. El telescopio espacial Hubble tiene la ventaja de estar por encima de la atmósfera distorsionante de la Tierra. Fue lanzado en 1990 con múltiples problemas mecánicos y electrónicos y reparado en diciembre de 1993. Incluso antes de la reparación, proporcionó algunas imágenes mejores que las obtenidas con instrumentos situados en la Tierra. Radiotelescopios El radiotelescopio VLA está situado a unos 80 km al oeste de Socorro, Nuevo México (EEUU). Tiene 27 antenas móviles, dirigibles, con diámetros de 25 m, colocadas en tres brazos de 21 km, con una configuración en forma de Y. Mediante la combinación de las señales de las 27 antenas, el VLA tiene un poder de resolución mucho mayor que el de cualquier antena única. El VLBA (Very Long Baseline Array) es un conjunto de 10 antenas situadas desde Hawai hasta las Islas Vírgenes de Estados Unidos. El VLBA, que se terminó en 1993, se basa en el mismo principio que el VLA, combinando las señales de sus 10 antenas para crear imágenes de alta resolución. El mayor radiotelescopio dirigible, con una antena de 100 m, se ubica en el Instituto Max Planck de Radioastronomía cerca de Bonn, Alemania. El mayor radiotelescopio es accionado por la Universidad de Cornell y está fijo. Se construyó en un hueco natural de forma cóncava en las montañas cercanas a Arecibo, Puerto Rico (véase Observatorio Arecibo). El dispositivo detector en el foco del telescopio está suspendido sobre el reflector con tres soportes de acero. En 1963 se terminó el telescopio de 305 m de diámetro. Véase Radioastronomía; Astronomía radar. Microscopio El microscopio se invento, hacia 1610, por Galileo, según los italianos, o por Jansen, en opinión de los holandeses. La palabra microscopio fue utilizada por primera vez por los componentes de la "Accademia dei Lincei" una sociedad científica a la que pertenecía Galileo y que publicaron un trabajo sobre la observación microscópica del aspecto de una abeja. *Galileo Galilei Astrónomo y físico italiano. Considerado como el verdadero fundador del método experimental. Sus descubrimientos son innumerables, y empezaron en plena juventud. A los 19 años, al comprobar que las oscilaciones de un lámpara suspendida en la bóveda de la catedral de Pisa, se le ocurrió la idea de aplicar el péndulo a la medición del tiempo. Fue uno de los primeros en emplear termómetros de líquido, estableció las leyes de los vasos comunicantes e ideó la balanza hidrostática. En 1612 construyó el primer microscopio; tres años antes, en Venecia, había construido el anteojo con el cual comenzó a estudiar los astros. Sin embargo las primeras publicaciones importantes en el campo de la microscopia aparecen en 1660 y 1665 cuando Malpighi prueba la teoría de Harvey sobre la circulación sanguínea al observar al microscopio los capilares sanguíneos y Hooke publica su obra Micrographia. *Marcello Malpighi Anatomista italiano. Médico del papa Inocencio XII, fue uno de los primeros en aplicar el microscopio al estudio de los tejidos, lo que le permitió descubrir nuevas formaciones histológicas (corpúsculos de Malpighi, del riñón). Estudio también los órganos respiratorios de los insectos y diversos aspectos del desarrollo 11 embriológico. Dio a conocer los resultados de este labor en varios tratados A mediados del siglo XVII un comerciante holandés, Leenwenhoek, utilizando microscopios simples de fabricación propia describió por primera vez protozoos, bacterias, espermatozoides y glóbulos rojos. Durante el siglo XVIII el microscopio sufrió diversos adelantos mecánicos que aumentaron su estabilidad y su facilidad de uso aunque no se desarrollaron mejoras ópticas. Las mejoras mas importantes de la óptica surgieron en 1877 cuando Abbe publica su teoría del microscopio y por encargo de Carl Zeiss mejora la microscopía de inmersión sustituyendo el agua por aceite de cedro lo que permite obtener aumentos de 2000A principios de los años 30 se habia alcanzado el limite teórico para los microscopios ópticos no consiguiendo estos, aumentos superiores a 500X o 1000X sin embargo existia un deseo científico de observar los detalles de estructuras celulares ( núcleo, mitochondria... etc.). El microscopio electrónico de transmisión (T.E.M.) fué el primer tipo de microscopio electrónico desarrollado este utiliza un haz de electrones en lugar de luz para enfocar la muestra consiguiendo aumentos de 100.000 X. Fue desarrollada por Max Knoll y Ernst Ruska en Alemania en 1931. Posteriormente, en 1942 se desarrolla el microscopio electrónico de barrido (SEM). Microscopio, cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos. Microscopio óptico El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto. El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Por lo general se utilizan microscopios compuestos, que disponen de varias lentes con las que se consiguen aumentos mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un objeto por encima de las 2.000 veces. El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un tubo cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que crean una imagen real aumentada del objeto examinado. Las lentes de los microscopios están dispuestas de forma que el objetivo se encuentre en el punto focal del ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las longitudes focales de los dos sistemas de lentes. El equipamiento adicional de un microscopio consta de un armazón con un soporte que sostiene el material examinado y de un mecanismo que permite acercar y alejar el tubo para enfocar la muestra. Los especímenes o muestras que se examinan con un microscopio son transparentes y se observan con una luz que los atraviesa, y se suelen colocar sobre un rectángulo fino de vidrio. El soporte tiene un orificio por el que pasa la luz. Bajo el soporte se encuentra un espejo que refleja la luz para que atraviese el espécimen. El microscopio puede contar con una fuente de luz eléctrica que dirige la luz a través de la muestra. La fotomicrografía, que consiste en fotografiar objetos a través de un microscopio, utiliza una cámara montada por encima del ocular del microscopio. La cámara suele carecer de objetivo, ya que el microscopio actúa como tal. El término microfotografía, utilizado a veces en lugar de fotomicrografía, se refiere a una técnica de duplicación y reducción de fotografías y documentos a un tamaño minúsculo para guardarlos en un archivo. Los microscopios que se utilizan en entornos científicos cuentan con varias mejoras que permiten un estudio integral del espécimen. Dado que la imagen de la muestra está ampliada muchas veces e invertida, es difícil moverla de forma manual. Por ello los soportes de los microscopios científicos de alta potencia están montados en una plataforma que puede moverse con tornillos micrométricos. Algunos microscopios cuentan 12 con soportes giratorios. Todos los microscopios de investigación cuentan con tres o más objetivos montados en un cabezal móvil que permite variar la potencia de aumento. Microscopios ópticos especiales Hay diversos microscopios ópticos para funciones especiales. Uno de ellos es el microscopio estereoscópico, que no es sino un par de microscopios de baja potencia colocados de forma que convergen en el espécimen. Estos instrumentos producen una imagen tridimensional. El microscopio de luz ultravioleta utiliza el rango ultravioleta del espectro luminoso en lugar del rango visible, bien para aumentar la resolución con una longitud de onda menor o para mejorar el detalle absorbiendo selectivamente distintas longitudes de onda de la banda ultravioleta. Dado que el vidrio no transmite las longitudes de onda más cortas de la luz ultravioleta, los elementos ópticos de estos microscopios están hechos con cuarzo, fluorita o sistemas de espejos aluminizados. Además, dado que la radiación ultravioleta es invisible, la imagen se muestra con fosforescencia (véase Luminiscencia), en fotografía o con un escáner electrónico. El microscopio de luz ultravioleta se utiliza en la investigación científica. El microscopio petrográfico o de polarización se utiliza para identificar y estimar cuantitativamente los componentes minerales de las rocas ígneas y las rocas metamórficas. Cuenta con un prisma de Nicol u otro tipo de dispositivo para polarizar la luz que pasa a través del espécimen examinado (véase Óptica: Polarización de la luz). Otro prisma Nicol o analizador determina la polarización de la luz que ha pasado a través del espécimen. El microscopio tiene un soporte giratorio que indica el cambio de polarización acusado por el espécimen. El microscopio en campo oscuro utiliza una luz muy intensa en forma de un cono hueco concentrado sobre el espécimen. El campo de visión del objetivo se encuentra en la zona hueca del cono de luz y sólo recoge la luz que se refleja en el objeto. Por ello las porciones claras del espécimen aparecen como un fondo oscuro y los objetos minúsculos que se están analizando aparecen como una luz brillante sobre el fondo. Esta forma de iluminación se utiliza para analizar elementos biológicos transparentes y sin manchas, invisibles con iluminación normal. El microscopio de fase ilumina el espécimen con un cono hueco de luz, como en el microscopio en campo oscuro. Sin embargo en el microscopio de fase el cono de luz es más estrecho y entra en el campo de visión del objetivo, que contiene un dispositivo en forma de anillo que reduce la intensidad de la luz y provoca un cambio de fase de un cuarto de la longitud de onda. Este tipo de iluminación provoca variaciones minúsculas en el índice de refracción de un espécimen transparente, haciéndolo visible. Este tipo de microscopio es muy útil a la hora de examinar tejidos vivos, por lo que se utiliza con frecuencia en biología y medicina. Entre los microscopios avanzados se encuentran el microscopio de campo cercano, con el que pueden verse detalles algo menores a la longitud de onda de la luz. Se hace pasar un haz de luz a través de un orificio diminuto y se proyecta a través del espécimen a una distancia equivalente a la mitad del diámetro del orificio, formando una imagen completa. Microscopio electrónico La potencia amplificadora de un microscopio óptico está limitada por la longitud de onda de la luz visible. El microscopio electrónico utiliza electrones para iluminar un objeto. Dado que los electrones tienen una longitud de onda mucho menor que la de la luz pueden mostrar estructuras mucho más pequeñas. La longitud de onda más corta de la luz visible es de alrededor de 4.000 ángstroms (1 ángstrom es 0,0000000001 metros). La longitud de onda de los electrones que se utilizan en los microscopios electrónicos es de alrededor de 0,5 ángstroms. 13 Todos los microscopios electrónicos cuentan con varios elementos básicos. Disponen de un cañón de electrones que emite los electrones que chocan contra el espécimen, creando una imagen aumentada. Se utilizan lentes magnéticas para crear campos que dirigen y enfocan el haz de electrones, ya que las lentes convencionales utilizadas en los microscopios ópticos no funcionan con los electrones. El sistema de vacío es una parte relevante del microscopio electrónico. Los electrones pueden ser desviados por las moléculas del aire, de forma que tiene que hacerse un vacío casi total en el interior de un microscopio de estas características. Por último, todos los microscopios electrónicos cuentan con un sistema que registra o muestra la imagen que producen los electrones. Hay dos tipos básicos de microscopios electrónicos: el microscopio electrónico de transmisión (Transmission Electron Microscope, TEM) y el microscopio electrónico de barrido (Scanning Electron Microscope, SEM). Un TEM dirige el haz de electrones hacia el objeto que se desea aumentar. Una parte de los electrones rebotan o son absorbidos por el objeto y otros lo atraviesan formando una imagen aumentada del espécimen. Para utilizar un TEM debe cortarse la muestra en capas finas, no mayores de un par de miles de ángstroms. Se coloca una placa fotográfica o una pantalla fluorescente detrás del objeto para registrar la imagen aumentada. Los microscopios electrónicos de transmisión pueden aumentar un objeto hasta un millón de veces. Un microscopio electrónico de barrido crea una imagen ampliada de la superficie de un objeto. No es necesario cortar el objeto en capas para observarlo con un SEM, sino que puede colocarse en el microscopio con muy pocos preparativos. El SEM explora la superficie de la imagen punto por punto, al contrario que el TEM, que examina una gran parte de la muestra cada vez. Su funcionamiento se basa en recorrer la muestra con un haz muy concentrado de electrones, de forma parecida al barrido de un haz de electrones por la pantalla de una televisión. Los electrones del haz pueden dispersarse de la muestra o provocar la aparición de electrones secundarios. Los electrones perdidos y los secundarios son recogidos y contados por un dispositivo electrónico situado a los lados del espécimen. Cada punto leído de la muestra corresponde a un píxel en un monitor de televisión. Cuanto mayor sea el número de electrones contados por el dispositivo, mayor será el brillo del píxel en la pantalla. A medida que el haz de electrones barre la muestra, se presenta toda la imagen de la misma en el monitor. Los microscopios electrónicos de barrido pueden ampliar los objetos 100.000 veces o más. Este tipo de microscopio es muy útil porque, al contrario que los TEM o los microscopios ópticos, produce imágenes tridimensionales realistas de la superficie del objeto. Se han desarrollado otros tipos de microscopios electrónicos. Un microscopio electrónico de barrido y transmisión (Scanning Trasnmission Electron Microscope, STEM) combina los elementos de un SEM y un TEM, y puede mostrar los átomos individuales de un objeto. El microanalizador de sonda de electrones, un microscopio electrónico que cuenta con un analizador de espectro de rayos X, puede analizar los rayos X de alta energía que produce el objeto al ser bombardeado con electrones. Dado que la identidad de los diferentes átomos y moléculas de un material se puede conocer utilizando sus emisiones de rayos X, los analizadores de sonda de electrones no sólo proporcionan una imagen ampliada de la muestra, como hace un microscopio electrónico, sino que suministra también información sobre la composición química del material. Microscopio de sonda de barrido En los microscopios de sonda de barrido se utiliza una sonda que recorre la superficie de una muestra, proporcionando una imagen tridimensional de la red de átomos o moléculas que la componen. La sonda es una afilada punta de metal que puede tener un grosor de un solo átomo en su extremo. Un tipo importante de microscopio de sonda de barrido es el microscopio de túnel de barrido (siglas en inglés de Scanning Tunelling Microscope, STM) desarrollado en 1981. Este microscopio utiliza un fenómeno de la física cuántica, denominado efecto túnel, para proporcionar imágenes detalladas de sustancias conductoras de electricidad. La sonda se coloca a una distancia de pocos ángstroms de la superficie del material y se aplica un voltaje pequeño entre la superficie y la sonda. A causa de la poca distancia entre el material y la sonda algunos electrones se escapan a través del hueco, generando una corriente. La magnitud de la corriente del efecto túnel depende de la distancia entre la superficie y la sonda. El flujo de corriente es mayor cuando la sonda se acerca 14 al material y disminuye cuando se aleja. A medida que el mecanismo de barrido mueve la sonda por encima de la superficie, se ajusta de modo automático la altura de la sonda para mantener constante la corriente del efecto túnel. Estos ajustes minúsculos permiten dibujar las ondulaciones de la superficie. Después de muchas pasadas hacia adelante y hacia atrás se utiliza una computadora para crear una representación tridimensional del material. Otro tipo de microscopio de sonda de barrido es el microscopio de fuerza atómica (Atomic Force Microscope, AFM), que no emplea la corriente de efecto túnel y que por lo tanto puede utilizarse también en materiales no conductores. A medida que la sonda se mueve a lo largo de la superficie de la muestra los electrones de la sonda de metal son repelidos por las nubes electrónicas de los átomos de la misma. La altura de la sonda se ajusta de modo automático para mantener constante la fuerza recibida. Un sensor registra el movimiento ascendente y descendente de la sonda y entrega la información a una computadora, que a su vez la utiliza para dibujar una imagen tridimensional de la superficie del espécimen. Ocular (Ocular): Qué el utilizador mira a través para examinar el espécimen. La potencia del ocular multiplicada por la potencia objetiva iguala la ampliación total (es decir 10X objetivo 10X del ocular X = 100X. El espécimen se ha agrandado 100 veces). CUERPO: El microscopio puede venir como un monocular, (un ocular y tubo), o binocular, (dos oculares y tubos). Si es un binocular generalmente solamente un tubo del ocular será ajustable mientras que el otro es fijo. OBJETIVOS: El objetivo es la lente más importante del microscopio para producir una imagen clara de la alta resolución. El objetivo tiene varias funciones importantes. Debe recolectar la luz que viene de cada uno de las varias partes o puntas del espécimen. Debe tener la capacidad de reconstituir la luz que viene de las varias puntas del espécimen en las varias puntas correspondientes de la imagen. El objetivo se debe construir de modo que sea enfocado cerca bastante al espécimen para proyectar una imagen magnificada, verdadera para arriba en el tubo del cuerpo. ETAPA MECÁNICA: Un dispositivo para llevar a cabo diapositivas con seguridad con las perillas con estrías separadas para mover la diapositiva desde frente a la parte posteriora (norte y al sur) o de lado a lado (este y al oeste). Estas perillas pueden estar en los ejes separados o en un eje coaxial. Pueden enderezar o zurdo. CONDENSADOR DEL SUB−STAGE: Se cabe debajo entre de la etapa del microscopio, la lámpara que ilumina y el espécimen. La abertura del condensador y el enfocarse apropiado del condensador son de importancia crítica en realizar la capacidad máxima de la lente objetiva en uso. Asimismo, el uso apropiado del diafragma ajustable del diafragma de la abertura (incorporado en el condensador) es también importante para asegurar la iluminación apropiada y contraste. La apertura y el cierre del diafragma del diafragma controla el ángulo de los rayos de la iluminación que pasan a través del condensador, a través del espécimen y entonces en la lente objetiva. CONTROLES DEL FOCO DE FINE/COARSE: En ambas caras del soporte del microscopio hay dos conjuntos de perillas del ajuste. La perilla del ajuste 15 aproximado para movimientos que se enfocan incrementales más grandes y la perilla del ajuste fino para movimientos que se enfocan incrementales más pequeños. Las perillas del ajuste sirven para traer el objetivo y el espécimen más cercano juntas o para engendrar aparte. En la mayoría de los microscopios las perillas del ajuste levantan o bajan la etapa; en algunos microscopios las perillas levantan o bajan el tubo el microscopio o el pedazo de la nariz. Iluminador (Estándar): Esta parte proporciona a la iluminación requerida para realizar cualquier función con el microscopio. Es básicamente una fuente de alimentación electrónica que proporciona a electricidad a la fuente de la lámpara. Esta fuente de la lámpara podía ser una lámpara estándar del tungsteno o lámpara del halógeno. **time−out** ventaja halógeno tipo lámpara ser más luz para publicar salida vatiaje y en bajo nivel iluminación luz no tender para dar vuelta amarillo a medida que estándar tungsteno lámpara hacer. Cubierta Del Iluminador (Estándar): Aquí es adonde el elemento electrónico asociado al iluminador se pone. Algunos microscopios más viejos tienen transformadores separados del control y el único interior de la cubierta es la lámpara, ensamblaje del socket, condensador del campo y el diafragma del diafragma del campo. DIAFRAGMA DEL CAMPO CONDENSER/IRIS: Esta pieza del microscopio contiene la lente de condensador de la lámpara y el diafragma del diafragma del campo. Este diafragma controla el área del círculo de la luz que ilumina el espécimen. 16