PRODUCTO INTEGRADOR DE APRENDIZAJE El Microscopio Compuesto Katia Berenice Ortegón Rivera I. RESUMEN En este documento se presenta al Microscopio Compuesto desde una perspectiva física, mostrando principalmente los fundamentos que respaldan su utilidad, los elementos que lo componen y la descripción de su funcionamiento. II. INTRODUCCIÓN El Microscopio se puede definir como un “instrumento que proporciona mapas de detalles de muestras en resoluciones superiores a las que se pueden obtener con observación directa”. Esta es una definición general que aplica para todo tipo de microscopio, desde una pequeña lente, hasta un Microscopio Electrónico de Barrido, por lo que se vuelve ambiguo recurrir a este significado para explicar la tecnología que se quiere abordar en este trabajo. Aproximadamente entre los años 1590 y 1930 el Microscopio Compuesto consistía en un instrumento que, a través de superficies de vidrio convexas o cóncavas, enfocaba la luz sobre el objeto a observar para lograr una imagen agrandada. La invención del microscopio compuesto se le adjudica a Hans y Zacharius Janssen, historiadores mencionan que lo presentaron al Archiduque de Austria en 1590. Fue hasta el siglo XIX que este aparato empezó a sufrir una evolución hasta llegar al que se conoce actualmente y que es una parte fundamental en el estudio de ciencias como la Biología y Medicina. III. FUNDAMENTOS FÍSICOS Como fue mencionado anteriormente, un microscopio es un instrumento que posee un sistema óptico cuya función es observar objetos de tamaño reducido para amplificar su imagen al momento en que la luz pase por el sistema. La luz posee una característica llamada refracción. Ésta se basa en el hecho de que cambia la velocidad de la luz dependiendo del medio en el que se propaga, siendo así que cuando la luz viaja de un medio a otro diferente, el rayo presenta un cambio de dirección. Es posible conocer en qué medida cambia la luz al pasar de un medio a otro. A esto se le denomina índice de refracción, y está dado por: 𝑐 𝑛= 𝑣 siendo c la velocidad de la luz en el vacío y v la velocidad de la luz en el medio. Retomando la definición de microscopio, un sistema óptico es “una combinación de superficies esféricas y asféricas, posiblemente construidas con materiales de diferente índice de refracción”. Con base en esto, se considera al microscopio compuesto como un sistema óptico compuesto, es decir, un sistema formado por varias lentes o espejos. Las lentes son a su vez sistemas ópticos más simples y su morfología es tal que al menos una de sus caras es curva. Dependiendo de la forma que toma esta curva, las lentes adoptan el nombre de convergentes (positivas) o divergentes (negativas). Las lentes convergentes tienen su centro más grueso que su contorno. Cuando un rayo de luz pase a través de esta lente los rayos cambiarán su dirección hasta converger en un punto llamado foco real, como se ilustra a continuación: Las lentes que son divergentes o negativas tienen, por el contrario, su centro más delgado y su alrededor más grueso. Al incidir un haz de luz sobre una de estas lentes, lo que ocurrirá es que los rayos se separarán a partir de un punto nombrado foco virtual situado en el eje principal: Se denomina objeto a la fuente de los rayos de luz e imagen al punto receptor de luz una vez habiendo atravesado el sistema. Si los rayos pasaron por un punto de manera física entonces ese punto se convierte en un punto o foco real, de no ser así se le llama virtual. Se nombra espacio objeto al conjunto de puntos objeto y espacio imagen, de igual manera, al conjunto de puntos imagen. El foco principal de una lente se define como el punto hacia el cual los rayos cercanos al eje principal se enfocan. La distancia focal, f, es la distancia entre el foco principal y la lente, ya sea que el foco sea real o virtual, y existen dos puntos focales para cada lente. La base principal del microscopio es la lupa. Suponiendo una situación de observación sin instrumentos, se sitúa un objeto a una altura ‘y’ y el ojo que lo observa a 250mm de distancia: En esta situación la tangente de ω es tan(ω) = − y 250 En cambio, este es el escenario si ahora se observa el objeto haciendo uso de una lente convergente: Los rayos de luz atraviesan la lente que está colocada sobre el plano, debido a que es una lente que causa convergencia en un foco, los rayos se mantienen paralelos y no cambian su dirección. El rayo que pasa por el extremo de la lente genera un nuevo ángulo ω´ con respecto al eje óptico, cuya tangente es tan(ω) = 𝑦 𝑓 Esto provoca que el objeto se vea con un cierto aumento, el cual está dado por 𝑟= 250 𝑡𝑎𝑛(𝜔′) = 𝑓´ 𝑡𝑎𝑛(𝜔) siendo r el aumento visual. Ahora bien, el microscopio compuesto además del sistema anteriormente descrito incluye una fase proyectora, también llamada objetivo, la cual se ubica antes del ocular. Se coloca el cuerpo que se quiere observar a una distancia s del objetivo y a otra distancia s’ a través del objetivo se forma la imagen. Esta imagen se ubica en un plano que coincide con el plano focal objeto de la lente que toma el papel de ocular. Posteriormente los rayos son emitidos paralelamente y de esta forma el ojo puede percibir la imagen de tamaño aumentado. IV. ELEMENTOS O PARTES DEL INSTRUMENTO Y FUNCIONAMIENTO La base principal del microscopio es la lupa, incluso a ésta se le considera como un microscopio simple. En el microscopio compuesto se combinan dos lentes o sistemas de lentes convergentes para amplificar la imagen, se encuentran colocados en los extremos del tubo: el denominado objetivo, que está más cerca del objeto que se desea acercar; y el ocular, el que se encuentra cerca del ojo del espectador. El microscopio se divide en tres sistemas: el mecánico, de iluminación y óptico. En el sistema mecánico microscopio tenemos: El aumento visual en microscopio está dado por 𝑟= 𝑡𝑎𝑛(𝜔′) 𝑡 250 =− 𝑡𝑎𝑛(𝜔) 𝑓´𝑜𝑏𝑗 𝑓´𝑜𝑐 = 𝛽´𝑜𝑏𝑗 𝑟𝑜𝑐 este donde t es la distancia entre el plano focal imagen del objetivo y el plano focal objeto del ocular. del ✓ La base del microscopio que lo sostiene y mantiene firme en su lugar. ✓ El brazo que soporta todas las partes de microscopio y también es la parte de la cual se puede tomar para transportarlo de forma segura. ✓ La platina, que es una pieza metálica, cuadrada y plana, y tiene un orificio en el centro por donde entra la luz que apunta al objeto de observación. Esta pieza cuenta con tornillos que permiten el movimiento en el portaobjetos. ✓ Se encuentran los tornillos macrométrico y micrométrico que mueven la platina de arriba hacia abajo para obtener un mejor enfoque. El primero se encarga de localizar la muestra de forma rápida, mientras que el segundo permite un enfoque preciso y nítido. ✓ El tubo, aditamento que sostiene a los oculares y objetivos. ✓ Por último, se encuentra el revólver, una pieza giratoria que sostiene a los objetivos, los cuales se pueden cambiar girando. El sistema de iluminación está formado por las partes del microscopio que permiten concentrar y dosificar la luz hacia la muestra. Para este sistema se necesita de una fuente de iluminación, que puede ser tanto natural como artificial. ✓ El condensador es una lente que se encarga de concentrar el haz luminoso hacia la muestra. Se encuentra posicionado en la parte inferior de la platina. ✓ El diafragma es parte del condensador y éste se encarga de regular la luz que llega a la muestra. Se encuentra entre la muestra y la fuente de luz. El sistema óptico son los elementos que se encargan de ampliar la imagen que se observará. ✓ Los oculares se encuentran en la parte superior del tubo del microscopio y se encargan de identificar y ampliar la imagen captada. ✓ Los objetivos son pequeños cilindros que se localizan en el revólver y tienen lentes que permiten aumentar lo observado en la platina. V. CONCLUSIÓN El microscopio ha pasado por muchas transformaciones desde el momento de su creación, pasando de una simple lente, hasta el microscopio electrónico de barrido, el cual posee una tecnología que nos permite ver incluso partículas con un tamaño de 1 nm (10-9). Sin embargo, no hay que olvidar al microscopio compuesto, elemento fundamental en un laboratorio básico de biología o química, donde ocurre nuestro primer acercamiento a la ciencia. A pesar de no ser el microscopio de última generación, la física detrás de su funcionamiento resulta verdaderamente interesante. En conclusión, la óptica ha facilitado nuestra comprensión del mundo que nos rodea y el desarrollo de gran parte del conocimiento existente en ciencias VI. ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ CITAS BIBLIOGRÁFICAS M. M. Fernández, «La Luz», Baeza, 2009. A. Carnicer, «Apuntes de Óptica Física», Barcelona, 2003. V. Ronchi, «NEW HISTORY OF THE OPTICAL MICROSCOPE», Union Internationale d´ Histoire et de Philosophie des Sciences, vol. 1, nº 1, pp. 46-53, 1965. Mendez, A. K. C., Urdaneta, L. M. R., & González, J. L. P. (2015). Una propuesta para el abordaje de la refracción y reflexión total interna utilizando el GeoGebra. Revista do Instituto GeoGebra Internacional de São Paulo. ISSN 2237-9657, 4(1), 18-28. 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