Ejercicio resuelto de Óptica · Física · País Vasco · 2022

B.3.-El ojo humano. Descripción. Esquema de la formación de imágenes.

$\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{ojo}}\mathbf{\text{humano.}}\mathbf{\text{Descripci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$

El ojo es un sistema óptico natural que se comporta, en conjunto, como una lente convergente de distancia focal variable. Sus elementos ópticos principales son:

i) La córnea, membrana transparente y curvada que cubre la parte anterior del globo ocular. Es donde se produce la mayor parte de la desviación de los rayos, porque es la superficie que separa el aire del interior del ojo.

ii) El iris, diafragma coloreado que se abre y se cierra regulando el tamaño de la pupila, el orificio central por el que entra la luz. Controla así la cantidad de luz que llega al interior, como el diafragma de una cámara.

iii) El cristalino, lente biconvexa transparente y flexible situada detrás del iris. Los músculos ciliares modifican su curvatura y, con ella, la distancia focal del conjunto.

iv) La retina, membrana sensible situada en el fondo del globo ocular, donde se forma la imagen. Contiene los conos y los bastones, células fotorreceptoras que convierten la luz en impulsos nerviosos, y estos viajan al cerebro por el nervio óptico.

El interior está relleno por el humor acuoso, entre la córnea y el cristalino, y el humor vítreo, entre el cristalino y la retina.

$\mathbf{\text{Esquema}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{formaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{im}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{genes.}}$










El objeto está siempre mucho más lejos de la lente que su foco, de modo que el sistema córnea-cristalino forma sobre la retina una imagen real, invertida y de menor tamaño que el objeto.

Que la imagen sea invertida no supone ningún problema: el cerebro interpreta esa información y la percibimos derecha, como se comprueba en los experimentos clásicos con gafas inversoras, a las que el sujeto acaba adaptándose.





La particularidad del ojo frente a un instrumento óptico corriente está en cómo enfoca. En una cámara la lente tiene una focal fija y para enfocar se desplaza respecto de la película o el sensor. En el ojo la distancia entre el cristalino y la retina es fija, unos $\mathrm{2,5}\text{ cm}$, de manera que lo que ha de cambiar es la distancia focal:

${\displaystyle \frac{1}{s^{\mathrm{\prime }}}}-{\displaystyle \frac{1}{s}}={\displaystyle \frac{1}{f^{\mathrm{\prime }}}};s^{\mathrm{\prime }}=\text{constante}\Rightarrow f^{\mathrm{\prime }}=f^{\mathrm{\prime }}(s)$

Este mecanismo se llama acomodación y lo realizan los músculos ciliares abombando el cristalino: para mirar de cerca aumentan su curvatura y disminuyen la focal, y para mirar de lejos lo aplanan.

La acomodación tiene un margen limitado, que define dos puntos característicos. El punto remoto es la distancia máxima a la que el ojo enfoca con nitidez, situada en el infinito en un ojo normal y con el cristalino relajado. El punto próximo es la distancia mínima, con acomodación máxima, y en un ojo normal está a unos $25\text{ cm}$; ese valor es el que se toma como distancia de visión próxima al calcular el aumento de una lupa o un microscopio.

Cuando la imagen no llega a formarse sobre la retina aparecen los defectos de la visión: la miopía, si se forma delante, que se corrige con lentes divergentes, y la hipermetropía, si tiende a formarse detrás, que se corrige con lentes convergentes.