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La lupa es una lente convergente que amplía objetos pequeños al observarlos de cerca. El microscopio simple es una lupa más potente con una distancia focal menor para mayor aumento. El microscopio óptico usa dos lentes: el objetivo, que crea una imagen aumentada, y el ocular, que la amplía aún más. El telescopio refractor emplea una lente objetivo y un ocular para producir una imagen ampliada y observable a larga distancia.
La lupa, también conocida como lente de mano, es un instrumento formado por una sola lente convergente de distancia focal corta. Se utiliza para observar objetos pequeños a corta distancia con un mayor ángulo de visión.
Recordemos que, para que la imagen sea virtual, derecha y aumentada, el objeto se sitúa entre la lente y su foco. La expresión habitual para el aumento angular 𝑀 de la lupa cuando se observa el objeto con la lente pegada al ojo y se forma la imagen en el punto próximo (aprox. 25cm) es:
donde:
es la distancia mínima de visión distinta (
aproximadamente),
𝑓 es la distancia focal de la lente de la lupa.
En algunos textos, si se asume que el ojo está muy próximo a la lente y la imagen se forma en el infinito (vista relajada), el aumento se aproxima a:
Un microscopio simple es, en esencia, una lupa de gran potencia (lente convergente de focal muy corta). Se emplea para observar objetos muy pequeños situándolos muy cerca de la lente.
Puesto que el microscopio simple se comporta igual que una lupa de mayor potencia, la fórmula de su aumento es análoga:
donde:
es la distancia mínima de visión distinta ( aproximadamente),
𝑓 es la distancia focal de la lente del microscopio simple.
Si la imagen se forma en el infinito:
La principal diferencia con una lupa común es que el microscopio simple suele tener una distancia focal más pequeña para lograr mayores aumentos.
El microscopio óptico consta de dos lentes convergentes principales: el objetivo (próximo al objeto) y el ocular (próximo al ojo):
El objetivo forma una imagen real, invertida y aumentada del objeto en el interior del tubo del microscopio.
El ocular funciona como una lupa, observando la imagen formada por el objetivo y volviéndola a ampliar.
El esquema general de funcionamiento es:
El objetivo capta el objeto situado ligeramente más allá de su foco y genera una imagen real, mayor que el objeto, en el plano intermedio (dentro del tubo).
El ocular actúa como lupa sobre esa primera imagen, que pasa a ser el “objeto” para el ocular.
El resultado es una imagen final virtual, muy aumentada e invertida (respecto del objeto original).
La magnificación total (
) de un microscopio óptico compuesto se obtiene como el producto de la magnificación del objetivo (
) y la del ocular (
):
La magnificación del objetivo viene dada por
donde:
es la distancia del objeto al objetivo.
es la distancia de la imagen (real) formada por el objetivo.
La magnificación del ocular se obtiene usando el mismo criterio que con la lupa:
donde:
es la distancia mínima de visión distinta ( aproximadamente),
es la distancia focal del ocular.
Entonces, la magnificación total se puede calcular como
El diagrama de rayos en un microscopio óptico es:
Hay varios tipos de telescopios:
Refractores: con lentes.
Reflectores: con espejos.
Catadióptricos: combinación de espejos y lentes.
El llamado telescopio astronómico refractor (o de lentes) clásico consta de dos lentes convergentes: la lente objetivo (de gran distancia focal) y el ocular (distancia focal menor).
El funcionamiento básico es:
El objetivo forma una imagen real, invertida y de menor tamaño que el objeto, pero mucho más cercana que el objeto real, en su plano focal.
El ocular hace de lupa sobre esa imagen intermedia, creando finalmente una imagen virtual, invertida y ampliada angularmente para el ojo.
Para un telescopio refractor ideal (supuesto el ojo ajustado para observar la imagen en el infinito), el aumento angular viene dado por:
donde:
es la distancia focal del objetivo.
es la distancia focal del ocular.
El diagrama de rayos de un telescopio refractor es:
1. Disponemos de una lupa con distancia focal 
. Se desea observar un objeto de modo que la imagen se forme en el punto próximo del ojo (
). Calcula la magnificación (aumento) que se consigue.
Solución
Utilizamos la fórmula de la magnificación de la lupa con el objeto enfocado en el punto próximo;
Por lo tanto, la magnificación es de 6x (la imagen se ve 6 veces más grande angularmente que el objeto visto a simple vista a 25cm).
2. Tenemos un microscopio óptico compuesto formado por un objetivo con distancia focal 
, un ocular que actúa como una lupa con distancia focal 
. Se coloca el objeto a 
del objetivo, de forma que la primera imagen se forma a 
del objetivo y se considera que el ocular forma la imagen en el punto próximo del ojo (). Halla la magnificación total del microscopio.
Solución
Sabemos que la magnificación total se puede calcular como
Sustituyendo los valores dados en el enunciado:
Por lo tanto, el microscopio proporciona una magnificación total de 
en estas condiciones.