metrología Óptica e instrumentación básica

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ptica GeomtricaLa ptica geomtrica se fundamenta en la teora de los rayos de la luz, la cual considera que cualquier objeto visible emite rayos rectos de luz en cada punto de el y en todas direcciones a su alrededor. Cuando estos rayos inciden sobre otros cuerpos puede ser absorbidos, reflejados o desviados, pero si penetran en el ojo estimularan al sentido de la vista.

Propagacin rectilnea de la luz La luz se propaga en lnea recta a una velocidad de 300 mil km/s en el vaco. Una demostracin experimental de este principio es el hecho de los cuerpos produzcan sombras bien definidas. Un cuerpo opaco es aquel que no permite el paso de luz a travs de l, por tanto si recibe rayos luminosos proyectara una sombra definida. Un cuerpo transparente permite el paso de los rayos luminosos, por lo que se ve con claridad cualquier objeto colocado al otro lado de l. Un cuerpo translucido deja pasar la luz pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidas claramente atreves de ellos.

Leyes de ReflexinSe llama reflexin al rechazo que experimenta la luz cuando incide sobre una determinada superficie. Toda superficie que tenga la propiedad de rechazar la luz que incide en ella se llama superficie reflectora; lo contrario de una superficie reflectora es una superficie absorbente; estas superficies capturan la luz que incide sobre ellas transformndola en otras formas de energa, generalmente energa calorfica. La reflexin se produce de acuerdo con ciertas leyes que llamamos leyes de la reflexin. El rayo incidente es un rayo luminoso que se dirige hacia la superficie reflectora. La normal es una lnea perpendicular a la superficie reflectora trazada en el punto en que sta es intersectada por el rayo incidente (punto de incidencia). El rayo reflejado es el rayo que emerge de la superficie reflectora. Los ngulos de incidencia y de reflexin son los formados por el rayo incidente y el reflejado con la normal.Entonces, las leyes de reflexin son:1. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado estn en el mismo plano. 2. El ngulo que forma el rayo incidente con la normal (ngulo de incidencia) es igual al ngulo que forma el rayo reflejado con la normal (ngulo de reflexin).

Espejos PlanosSe denomina espejo plano a una superficie reflectora que forma imgenes y est contenida en un plano.

Espejos CurvosCuando una superficie especular no puede estar contenida en un plano se denomina espejo curvo. El estudio de la formacin de imgenes en espejos curvos es ms laborioso. Sin embargo, debe tenerse presente que el fenmeno que interviene en este caso sigue siendo el de la reflexin y sus leyes se cumplen en todo momento.

Leyes de la Refraccin Cuando la luz pasa de un medio de propagacin a otro sufre una desviacin, a esa desviacin se le llama refraccin. Cuando en un medio la velocidad de propagacin de la luz es menor, se dice que es ms refringente; as, la refringencia est ligada a la velocidad de propagacin de la luz. En ciertos casos se habla de densidad ptica del medio; naturalmente, en un medio ms refringente la densidad ptica es mayor.Entonces, las Leyes de la Refraccin son:1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado estn en el mismo plano. 2. El seno del ngulo de incidencia dividido por el seno del ngulo de refraccin es una constante para cada medio y se llama ndice de refraccin.

Reflexin totalComo se ha dicho, la luz, al pasar de un medio de menor refringencia a otro ms refringente, sufre una desviacin acercndose a la normal. Usando el principio de reversibilidad de los caminos pticos, es fcil darse cuenta de que si la luz pasa de un medio ms refringente a otro menos refringente se desva alejndose de la normal.

Dispersin Como se ha dicho, la luz blanca es una mezcla de radiacin electromagntica de varias longitudes de onda. En el vaco la velocidad de propagacin de la luz no depende de su longitud de onda. Un medio de estas caractersticas se llama no dispersivo. Cuando la longitud de onda afecta muy poco la velocidad de propagacin de la luz el medio se llama dbilmente dispersivo. El aire es un medio dbilmente dispersivo.

ptica FsicaEs la parte de la ptica que estudia los fenmenos de interferencia, dispersin, difraccin y la polarizacin de la luz.Hemos dicho que la luz es una onda electromagntica. Cmo es que no observamos, un fenmeno caracterstico de las ondas, como es la interferencia?, Cul es la causa de que al encender dos bombillas de luz no aparezca el diagrama de mximos y mnimos caractersticos de este Fenmeno? Si recordamos las ondas mecnicas, advertiremos que una de las condiciones fundamentales para que se produzca un diagrama de interferencias es que las fuentes de donde proceden las ondas sean coherentes, esto es, que emitan en fase o que su diferencia de fase sea constante; de no ocurrir esto, las lneas nodales del diagrama se desplazaran continuamente y no llegara a observarse el diagrama, ya que el ojo humano es incapaz de seguir estas fluctuaciones. La solucin al problema de la coherencia la consigui Young, utilizando dos haces de un mismo foco luminoso. En efecto, consideremos un frente de onda, al que hacemos pasar por dos ranuras sumamente estrechas (del orden de una longitud de onda) y prximas. Es sabido que, en este caso, cada ranura se comporta como una fuente puntual de acuerdo con el principio de Huygens y, como el frente de onda que llega a ambas ranuras es el mismo, es evidente que las dos fuentes as obtenidas estn en fase.

DifraccinLos hechos principales observados en los fenmenos de difraccin pueden predecirse con ayuda del principio de Huyggens. De acuerdo con l, cada punto del frente de onda puede considerarse como el origen de una onda secundaria que se propaga en todas direcciones y, para encontrar el nuevo frente de onda, debemos sumar la contribucin de cada uno de los frentes de onda secundarios en cada punto.En todos los puntos de cualquier plano Fijo en el espacio y perpendicular a la direccin de propagacin de la luz el campo elctrico oscila a lo largo de una lnea vertical. Se dice, en este caso, que las ondas estn linealmente polarizadas o simplemente que estn polarizadas.En la luz natural el campo elctrico (y, por lo tanto, el campo magntico que acta en direccin perpendicular) puede vibrar en todas las direcciones. Se dice que la luz natural no est polarizada.

Hay varios mtodos para separar total o parcialmente de un haz de luz natural las vibraciones que tienen una direccin particular. Uno de ellos consiste en usar el conocido fenmeno de la reflexin. Cuando la luz natural incide sobre una superficie reflectante, se observa que existe reflexin preferente para aquellas ondas en las cuales el vector elctrico vibra perpendicularmente al plano de incidencia (constituye una excepcin el caso de incidencia normal, en el cual todas las direcciones de polarizacin se reflejan igualmente). Para un ngulo de incidencia particular, llamado ngulo de polarizacin, no se refleja ms luz que aquella para la cual el vector elctrico es perpendicular al plano de incidencia.Existen cristales que presentan un fenmeno llamado birrefringencia. Cuando la luz atraviesa uno de estos cristales, el rayo luminoso incidente se divide en dos rayos que se llaman rayo ordinario y extraordinario, respectivamente.

FotometraLa energa radiante tiene tres caractersticas matiz o tono, saturacin y brillo. Las dos primeras son de las que nos hemos ocupado antes y hacen referencia al aspecto cualitativo de la radiacin. La fotometra es pues la parte de la fsica que trata de la medida de la luz en su aspecto cuantitativo considerando dos factores, uno objetivo (el espectro visible) y otro subjetivo (el ojo).

Instrumentos pticosUn instrumento ptico sirve para procesar ondas de luz con el fin de mejorar una imagen para su visualizacin, y para analizar las ondas de luz (o fotones) para determinar propiedades caractersticas.stos se clasifican en: Objetivos (o de Proyeccin): Proporcionan una imagen real del objeto observado. La imagen es recogida por un receptor fsico como la pelcula fotogrfica o una matriz de fotorreceptores (CCD o retina). Subjetivos (o de Visin Directa): Proporcionan al ojo una imagen, generalmente aumentada, a la que puede enfocar ntidamente.

Instrumentos MecnicosSon los instrumentos de medicin que deben ser manipulados fsicamente por el inspector. Los dispositivos mecnicos pueden ser de pasa-no pasa o variables. Los instrumentos mecnicos cada da son remplazados por electrnica que nos permite tener una mejor resolucin y evitan errores de paralaje. Sin embargo hoy por hoy constituyen una alternativa econmica en algunos casos.

Se clasifican en: Calibres: Formado principalmente por una regla graduada y una abrazadera deslizante. Micrmetros: Es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte al movimiento giratorio del tambor en movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de este lo amplifica la rotacin del tornillo y el dimetro del tambor. Comparadores: Son amplificadores que permiten efectuar la medicin de una longitud por comparacin, despus de ser calibrada.

Medidores de PresinLa presin se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de rea. En ingeniera, el trmino presin se restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de rea de la superficie que lo encierra. De esta manera, la presin (P) de una fuerza (F) distribuida sobre un rea (A), se define como:

Los instrumentos para medir la presin son:Instrumentos MecnicosColumnas de Lquido Manmetro de Presin Absoluta. Manmetro de Tubo en U. Manmetro de Pozo. Manmetro de Tubo Inclinado. Manmetro Tipo CampanaInstrumentos Elsticos Tubos Bourdon. Fuelles. Diagragmas.Instrumentos Electromecnicos y Electrnicos Medidores de Esfuerzo (Strain Gages). Transductores de Presin Resistivos. Transductores de Presin Capacitivos. Tran