Aberraciones ópticas en lentes e instrumentos
Isabella mira una hoja con una lupa sencilla. Al centro todo se ve bien, pero en los bordes de las letras aparecen franjas de colores y el contorno se ve borroso. ¿La lupa está dañada? No: es un defecto que tienen todas las lentes simples. En esta página vas a ver de dónde sale y cómo se reduce.
Qué es una aberración óptica
Una lente ideal haría que todos los rayos que salen de un punto del objeto se cruzaran en un solo punto de la imagen. Una lente real no lo logra exactamente: los rayos se cruzan en puntos ligeramente distintos y la imagen sale borrosa, deformada o con colores falsos.
Hay varios tipos. En 3.er año estudiamos los dos más importantes: la esférica y la cromática. Se explican con dos hechos: las lentes tienen forma curva y la luz blanca contiene todos los colores.
Define qué es una aberración óptica. Menciona dos tipos de aberración que conozcas y escribe una frase que describa cada una.
Define qué es una aberración óptica. Menciona dos tipos de aberración que conozcas y escribe una frase que describa cada una.
Aberración esférica
En una lente de superficies esféricas, los rayos que pasan cerca del borde se desvían más que los que pasan cerca del centro. Por eso los rayos del borde se cruzan más cerca de la lente que los del centro: no hay un foco único, sino una zona de cruce.
Resultado en la imagen: un punto luminoso se ve como una mancha pequeña. La imagen pierde nitidez, sobre todo cuando entra mucha luz por los bordes de la lente.
En una lente esférica, los rayos que llegan cerca del borde no se cruzan en el mismo punto que los que pasan cerca del centro. Nombra la aberración que describe esta…
En una lente esférica, los rayos que llegan cerca del borde no se cruzan en el mismo punto que los que pasan cerca del centro. Nombra la aberración que describe esta situación y explica qué efecto tiene sobre la imagen.
Andrés compara dos fotografías tomadas con la misma cámara: en una el diafragma está muy abierto y los bordes salen borrosos; en la otra, el diafragma está casi cerrado…
Andrés compara dos fotografías tomadas con la misma cámara: en una el diafragma está muy abierto y los bordes salen borrosos; en la otra, el diafragma está casi cerrado y la imagen es más nítida. Explica cómo se relaciona el tamaño de la abertura con la aberración esférica y qué precio se paga al cerrar el diafragma.
Aberración cromática
La luz blanca es una mezcla de colores. Al entrar en el vidrio, cada color se desvía un ángulo distinto: el azul y el violeta se desvían más que el rojo. Es el mismo fenómeno que separa los colores en un prisma.
En una lente convergente esto significa que cada color tiene su propio foco: el azul se enfoca más cerca de la lente y el rojo más lejos.
Una pantalla colocada en el foco azul muestra el centro azul y un halo rojizo alrededor; en el foco rojo ocurre lo contrario: bordes con halo azulado. Por eso, en una lupa simple o en un telescopio con lentes simples, los contornos aparecen con franjas de colores aunque el objeto sea blanco y negro.
Isabella observa con una lupa sencilla y nota que los bordes de los objetos aparecen con franjas de colores. Indica qué aberración produce este efecto y a qué se debe,…
Isabella observa con una lupa sencilla y nota que los bordes de los objetos aparecen con franjas de colores. Indica qué aberración produce este efecto y a qué se debe, relacionándolo con la luz blanca.
La luz azul se desvía más que la roja al atravesar un vidrio. Usando esta propiedad, explica por qué una lente convergente simple enfoca la luz azul más cerca de la…
La luz azul se desvía más que la roja al atravesar un vidrio. Usando esta propiedad, explica por qué una lente convergente simple enfoca la luz azul más cerca de la lente que la roja. Indica en qué punto debería colocarse una pantalla para que la imagen quede nítida y qué se ve en los bordes si se coloca en el foco rojo.
Cómo se reducen las aberraciones
Los fabricantes de instrumentos usan estrategias generales:
| Estrategia | Qué corrige | Cómo ayuda |
|---|---|---|
| Cerrar el diafragma | Esférica | Elimina los rayos del borde, pero entra menos luz |
| Superficies no esféricas (asféricas) | Esférica | La curvatura se diseña para que todos los rayos converjan en un punto |
| Combinar lentes de vidrios distintos (doblete acromático) | Cromática | Una lente convergente y otra divergente se compensan: el vidrio de una anula la dispersión de la otra |
| Usar espejos en vez de lentes | Cromática | El espejo refleja todos los colores con el mismo ángulo; no hay dispersión |
Por eso los telescopios de espejos (reflectores) no sufren aberración cromática: la luz no atraviesa vidrio para formar la imagen, solo se refleja. Sí pueden tener aberración esférica, que se corrige dando al espejo una forma adecuada (parabólica).
Los objetivos de cámaras, microscopios y telescopios modernos combinan varias lentes. Cuantas más lentes, más defectos se corrigen, pero el instrumento resulta más caro, pesado y complejo, y cada superficie de vidrio absorbe y refleja algo de luz.
Un fabricante de telescopios y otro de lentes para anteojos quieren reducir las aberraciones. Describe dos estrategias generales para disminuirlas, por ejemplo combinar…
Un fabricante de telescopios y otro de lentes para anteojos quieren reducir las aberraciones. Describe dos estrategias generales para disminuirlas, por ejemplo combinar lentes de distintos vidrios o usar superficies no esféricas, y explica cómo contribuye cada una a mejorar la imagen.
Un estudiante construye un telescopio casero con dos lentes simples y observa que la Luna se ve con un contorno coloreado y con el borde del campo poco nítido. Analiza…
Un estudiante construye un telescopio casero con dos lentes simples y observa que la Luna se ve con un contorno coloreado y con el borde del campo poco nítido. Analiza el caso: identifica qué aberración causa cada defecto, explica el origen físico de cada una y propone una modificación para mejorar cada problema. Discute por qué un telescopio de espejos no sufre aberración cromática.
Lente simple frente a objetivo compuesto
¿Se pueden eliminar por completo las aberraciones? En un sistema real, no. Cada corrección resuelve un defecto concreto para ciertos colores y ciertas distancias, y deja otros residuales. Combinar lentes mejora mucho la imagen, pero el diseño se complica.
| Lente simple | Objetivo compuesto | |
|---|---|---|
| Número de lentes | 1 | Varias, de distintos vidrios |
| Aberración esférica | Notable en los bordes | Muy reducida |
| Aberración cromática | Franjas de color visibles | Muy reducida |
| Costo y peso | Bajo | Alto |
| Imagen | Nítida solo en el centro | Nítida en casi todo el campo |
Un microscopio con buenas lentes tiene aberraciones tan pequeñas que no se notan, pero siguen existiendo. «Mejor calidad» significa «aberraciones menores», no «ninguna».
Yorman dice que un microscopio con lentes de mejor calidad no tiene ninguna aberración. Oriana responde que las aberraciones solo se pueden reducir, no eliminar del…
Yorman dice que un microscopio con lentes de mejor calidad no tiene ninguna aberración. Oriana responde que las aberraciones solo se pueden reducir, no eliminar del todo, en un sistema real. Argumenta quién tiene razón, considerando que un sistema de varias lentes corrige unas aberraciones a costa de complicar el diseño. Compara el efecto sobre la calidad de la imagen de una lente simple y de un objetivo compuesto.
Vuelve al principio: la lupa de Isabella muestra franjas de colores por la aberración cromática (cada color se enfoca en un lugar distinto) y bordes borrosos por la esférica (los rayos del borde se cruzan en otro punto). Una lupa sencilla es una lente simple y no corrige ninguna de las dos.