INVESTIGACIÓN 3: MODELO DEL OJO HUMANO MATERIALES Y EQUIPO Fuente de luz muy distante o fuente de luz colimada (para simular un objeto distante) Fuente de luz/diapositiva objeto (transparencia con flecha objeto no distante) Juego de lentes esféricas positivas y negativas marcadas con su potencia refractiva. Banco óptico Cinta métrica Portalentes Pantalla Podemos construir un modelo relativamente simple del ojo humano colocando la lente positiva usada en la Actividad 1-2, paso 1, y una pantalla sobre el banco óptico. La lente positiva simula los elementos refractivos del ojo (específicamente de la córnea y el cristalino) y la pantalla simula la retina o la parte posterior del ojo, donde se localizan las células sensibles a la luz (bastones y conos). La longitud del ojo es fija no cambia independientemente de lo que se mire. Actividad 3-1: Acomodación Como pudimos comprobar en la Investigación 2, la imagen que forma una lente positiva de una fuente de luz distante está a una distancia menor de la lente que la de una fuente de luz cercana. Pero la distancia de la lente a la retina del ojo es fija. Predicción 3-1: Cómo es posible que los ojos puedan formar imágenes nítidas de objetos distantes y cercanos sobre la retina? Alguna idea? También vimos que una lente de mayor potencia, forma una imagen de una fuente de luz más cerca de la lente que una de potencia menor. 1. Use su modelo del ojo para ver un objeto distante. Ajuste la distancia de la lente a la pantalla (retina) para obtener una imagen nítida. Pregunta 3-1: Es ésta una imagen real? Derecha o invertida? 2. Ahora, en lugar de la fuente de luz distante, ponga en el banco óptico una fuente de luz a una distancia aproximadamente de 1,5 a 2 longitudes focales de la lente. La pantalla (retina) deberá estar a la misma distancia de la lente que en (1) ( No la mueva! Recuerde que la longitud del ojo no puede cambiar.) Pregunta 3-2: Qué apariencia tiene la imagen en la retina? Es borrosa o nítida? Manual de Entrenamiento ALOP 81
3. Ahora, ponga una segunda lente en contacto con la original. De nuevo, no cambie la distancia de la lente a la pantalla (retina). Pruebe con lentes de diferente potencia hasta que la imagen sobre la pantalla (retina) esté enfocada nuevamente. Pregunta 3-3: Usó una lente positiva o negativa? Cuál es la potencia de la segunda lente? NOTA: La potencia de una combinación de dos lentes delgadas puestas juntas, una a continuación de la otra, es la suma de las potencias de las lentes individuales. Pregunta 3-4: Cuál es la potencia total de la combinación de lentes? Escriba en detalle sus cálculos. 4. Ahora, retire la segunda lente, y mueva el objeto más cerca del ojo, pero manteniéndolo a mayor distancia de la lente que su distancia focal. De nuevo, no cambie la distancia de la lente a la pantalla (retina). Pregunta 3-5: La imagen sobre la pantalla es nítida o borrosa? 5. Ahora, repita (3) para encontrar una lente de potencia adecuada para enfocar de nuevo la imagen sobre la pantalla (retina). Pregunta 3-6: Cuál es la potencia total de la combinación de lentes? Muestre sus cálculos. Intente contestar las siguientes preguntas adicionales basándose en sus observaciones: Pregunta 3-7: Para qué tipo de objeto distante o cercano la potencia de los elementos ópticos en su ojo necesita ser la mayor? En base a sus observaciones explique por qué. Pregunta 3-8: Como su ojo tiene una longitud fija para que usted sea capaz de ver objetos distantes y cercanos, que condición debe cumplirse respecto de la potencia de la lente de su ojo? Pregunta 3-9: Basándose en sus observaciones del espesor de las lentes positivas de diferentes potencias, en la Investigación 1, cómo puede incrementarse o disminuirse la potencia de la lente en su ojo? Qué debe hacerse a su forma? Qué condición debe cumplirse acerca del material del cual la lente está hecha? Manual de Entrenamiento ALOP 82
NOTA: El proceso de cambiar la potencia de la lente en su ojo cambiando su forma es llamado acomodación. Actividad 3-2: Modelando la miopía o cortedad de vista La miopía o cortedad de vista es causada porque (a) la longitud del globo ocular es demasiado grande o (b) la potencia de los elementos ópticos del ojo es demasiado fuerte. En ambos casos, la imagen de un objeto distante no se enfoca nítidamente en la retina sino delante de ella. Predicción 3-2: Cómo puede simular la miopía con su modelo lente/pantalla del ojo? 1. Con la lente sencilla usada para su modelo del ojo en la Actividad 3-1, ponga la lente y la pantalla de tal forma que el objeto distante forme una imagen nítida sobre de la pantalla (retina). Ahora aleje la pantalla un poco de la lente. No cambie la distancia entre la lente y la pantalla (retina) durante el resto de esta actividad. Pregunta 3-10: Qué observa? Predicción 3-3: Qué clase de lente necesita para enfocar de nuevo la imagen sobre la pantalla (retina)? ( Positiva o negativa?) 2. Experimente con las lentes que tenga disponibles para encontrar una lente correctiva que enfoque la imagen sobre la pantalla (retina) cuando se pone en contacto con la lente del ojo. (Usted puede pensar en esta lente como una lente de contacto.) Pregunta 3-11: Cuál es la potencia de la lente correctiva que enfoca la imagen? (Asegúrese de incluir el signo) Cómo se compara el resultado con su predicción? NOTA: Si usted fuera un optómetra, esta sería la prescripción o receta del lente necesario para corregir la miopía de este ojo modelo. Ahora intente contestar las siguientes preguntas adicionales: Pregunta 3-12: Explique por qué el tipo de lente usada fue capaz de corregir la miopía (cortedad de vista). Cuál era el problema con la lente del ojo, y que hizo la lente correctiva para solucionar ese problema? Pregunta 3-13: Si usted o su compañero son miopes, y usan lentes, retíreselos y verifiquen ustedes mismos que sus anteojos de corrección tienen este tipo de lente. Cómo puede usted verificar esto? Manual de Entrenamiento ALOP 83
Actividad 3-3: Modelando la hipermetropía o visión borrosa de objetos próximos La hipermetropía o visión borrosa de objetos cercanos se debe a que (a) la longitud del globo ocular es demasiado corta o (b) la potencia de los elementos ópticos del ojo es demasiado débil (incluso para acomodación completa). En ambos casos, la imagen de un objeto cercano no se enfoca nítidamente en la retina, sino detrás de ella. Predicción 3-4: Cómo puede simular la hipermetropía con su modelo lente/pantalla del ojo? 1. Usando una lente sencilla de mayor potencia que la usada para su modelo del ojo en la Actividad 3-1, ponga el objeto-fuente, la lente y la pantalla sobre el banco óptico, de forma que se forme una imagen nítida del objeto cercano sobre la pantalla (retina). Ahora acerque un poco la pantalla hacia la lente. Pregunta 3-14: Qué observa? Predicción 3-5: Qué tipo de lentes necesitaría para enfocar de nuevo la imagen sobre la pantalla? ( Positivas o negativas?) Experimente con las lentes que tenga disponibles para encontrar una lente correctiva que enfoque la imagen sobre la pantalla (retina) cuando se pone en contacto con la lente del ojo. Pregunta 3-15: Cuál es la potencia de la lente correctiva que enfoca la imagen? (asegúrese de incluir el signo.) Cómo se compara el resultado con su predicción? NOTA: De nuevo, si usted fuera un optómetra, esta sería la prescripción de la lente necesaria para corregir la hipermetropía del ojo modelo. Ahora intente contestar las siguientes preguntas adicionales: Pregunta 3-16: Explique por qué el tipo de lente que usted usó fue capaz de corregir la hipermetropía (visión borrosa de objetos próximos). Cuál era el problema de la lente del ojo y que hizo la lente correctiva para corregir ese problema? Pregunta 3-17: Si usted o su compañero son hipermétropes y usan lentes, quíteselas y verifique usted mismo que sus anteojos de corrección tienen este tipo de lente. Cómo puede verificar esto? Manual de Entrenamiento ALOP 84
NOTA SOBRE ACOMODACIÓN: Típicamente, el ojo humano, mirando hacia un objeto distante (conocido como infinito óptico), tiene una potencia efectiva de aproximadamente 60 D. Sin embargo, como se vio en la actividad 3-1, cuando un objeto se encuentra cerca del ojo, la potencia total del ojo tiene que incrementarse con el objeto de enfocar efectivamente la imagen en la retina. Los músculos actúan sobre la lente del cristalino haciéndola más redonda e incrementando su potencia. Este es el proceso llamado acomodación. En otras palabras, el ojo es capaz de ajustar continuamente su enfoque desde una distancia grande hasta una distancia cercana con una impresionante exactitud. Es precisamente esta habilidad del ojo de incrementar su potencia total del ojo, la que permite que un ojo normal vea objetos muy cercanos, ubicados hasta a 25 cm del mismo. La distancia más cercana a la cual podemos ver un objeto claramente se llama punto cercano. La habilidad para ver automáticamente objetos cercanos cambiando la potencia efectiva del ojo la acomodación del ojo disminuye con la edad. Ésta es la razón por la cual, cuando entramos a una edad mediana, se requieren anteojos de lectura (o bifocales) para ver objetos cercanos, por ejemplo, para leer. INVESTIGACIÓN 4: LENTES CILÍNDRICAS Y ASTIGMATISMO MATERIALES Y EQUIPO Fuente de luz muy distante o fuente de luz colimada (para simular un objeto distante) Juego de lentes esféricas positivas y cilíndricas marcadas con su potencia refractiva. Banco óptico Cinta métrica Portalentes Pantalla Actividad 4-1: Observaciones cualitativas con lentes cilíndricas positivas NOTA: El eje de la lente cilíndrica está marcado con una línea en el borde de la lente. 1. Tome una lente cilíndrica positiva con una potencia de 5 D. Como antes, deslice sus dedos sobre la superficie de la lente. Pregunta 4-1: La lente parece estar curvada de la misma forma en todas las direcciones? La forma de una lente cilíndrica difiere de la de una lente esférica? Si así es, En qué difiere? 2. Sostenga la lente a 30 cm por encima de esta página impresa y observe dónde está la marca. Pregunta 4-2: Cómo aparecen las letras? Ponga atención a la apariencia de las letras y al eje (marca). (Es decir, hay alguna diferencia en la imagen Manual de Entrenamiento ALOP 85
viendo ésta en la dirección del eje y en una dirección perpendicular al mismo?) 2. Ahora, mueva la lente de un lado al otro sin cambiar la dirección del eje. Pregunta 4-3: Lo que está observando se mueve con o en contra del movimiento? Explique cómo lo sabe. 3. Gire la lente 90 grados alrededor del eje óptico del sistema (es decir, alrededor de una línea paralela al banco óptico). Pregunta 4-4: Ve algún movimiento de la imagen durante esta rotación? Si así es, describa. Cómo aparecen las letras en esta nueva posición en comparación con la posición anterior (en 1)? Actividad 4-2: Más observaciones cuantitativas con lentes cilíndricas y esférico cilíndricas positivas 1. Ponga la lente cilíndrica y la pantalla sobre el banco óptico. 2. Disminuya la intensidad de la luz en el cuarto e intente encontrar una imagen nítida de una fuente de luz distante sobre la pantalla acercando o alejando la pantalla de la lente. Pregunta 4-5: Es posible hacer esto? Puede conseguir una imagen nítida en alguna posición? Describa lo que observa. Pregunta 4-6: Son sus observaciones semejantes a las que obtuvo en la Investigación 1 con lentes esféricas positivas? Explique. Nota: Podemos crear una lente esférico cilíndrica poniendo en contacto una lente esférica pura y una lente cilíndrica. Esto tiene como resultado que la lente cilíndrica tenga dos potencias diferentes a lo largo de dos ejes, cuya orientación difiere en 90 grados. 3. Tome una lente esférica con una potencia de 5 D, y póngala en contacto con la lente cilíndrica que usted ha estado usando. 4. Ponga esta combinación de lentes sobre el banco óptico, e intente encontrar la imagen sobre la pantalla acercando y alejando la pantalla a la lente. Pregunta 4-7: Describa lo que observa con las lentes esférico cilíndricas. Al mover la pantalla ve usted una imagen puntual nítida, o una serie de imágenes de diferentes formas entre dos imágenes lineales nítidas? Pregunta 4-8: En qué posición de la pantalla se obtiene la mejor imagen? Explique su definición de mejor imagen. Manual de Entrenamiento ALOP 86
Pregunta 4-9: Qué similitudes y que diferencias hay entre las imágenes formadas por una lente esférica positiva y una lente cilíndrica? Nota sobre astigmatismo: Cuando un ojo es astigmático, sus elementos ópticos no son perfectamente esféricos. Ellos poseen en cambio un componente cilíndrico. Este defecto se encuentra frecuentemente combinado con miopía o hipermetropía. Para corregir tal combinación de defectos es necesario prescribir una lente esférica que contenga además una corrección cilíndrica. Pero esta lente debe seleccionarse de modo que la mejor imagen como usted ha visto en la Actividad 4-2 sea enfocada en la retina. Manual de Entrenamiento ALOP 87