Capítulo V
Instrumentos de óptica
481. Diversos instrumentos de óptica. -Denomínanse instrumentos de óptica unas combinaciones de lentes, o de lentes y de espejos, que pueden dividirse en tres grupos, según los usos para los cuales se destinan, a saber: 1.� los instrumentos que no tienen más objeto que amplificar las imágenes de los cuerpos que no es fácil examinar a la simple vista por sus pequeñísimas dimensiones, son los microscopios; 2.� los que sirven para observas los astros o los objetos muy lejanos, son los telescopios o los anteojos terrestres, y 3.� los que se han apropiado para producir sobre una pantalla imágenes reducidas o amplificadas, que se pueden utilizar en el dibujo o manifestar a numerosos observadores: tales son la cámara lúcida, o clara, la oscura, el daguerrotipo, la linterna mágica, la fantasmagoría, el megascopo, el microscopio solar y el microscopio fotoeléctrico. Los dos primeros grupos no ofrecen más que imágenes virtuales, y el último reales; exceptuando la cámara clara.
482. Microscopio simple. -Existen dos especies de microscopios, que son: el simple y el compuesto. El simple consta de una sola lente convergente, o de muchas lentes superpuestas que obran como una sola. Se ha visto ya (464, 2.�) que, en el microscopio simple o lente, el objeto que se observa se halla situado entre ésta y su foco principal, y que entonces la imagen es virtual, directa y amplificada (figura 313).
Diferentes disposiciones se han dado al microscopio simple; la de la fig. 329 representa la que admitió Raspail. Un sostén horizontal que puede subir o bajar por medio de una barra dentada y de un piñón con botón D, posee una capsulita A en cuyo centro se halla engastada una lente o más o menos convexa. Debajo está el porta-objeto fijo B, que sostiene al objeto situado entre dos láminas de vidrio C. Como ha de estar muy iluminado el objeto, se recibe la luz difusa de la atmósfera sobre un reflector cóncavo de vidrio M, que se inclina de manera que los rayos reflejados vayan a proyectarse sobre el objeto. Se usa este microscopio aplicando el ojo muy cerca de la lente, que se sube o baja hacia el objeto, hasta encontrar la posición en que con más limpieza se presenta la imagen.
Varias lentes de recambio permiten variar el aumento, pero entre ciertos límites, si desea conservarse bien distinta la imagen. Con el microscopio simple se obtiene un aumento muy claro hasta 120 veces en diámetro. Se puede determinar por medio del cálculo el aumento (469), o bien de un modo experimental, sirviéndose del micrómetro (484).
483. Microscopio compuesto. -El microscopio compuesto, reducido a su mayor sencillez, consta de dos vidrios lenticulares convergentes, el uno de foco corto, llamado, objetivo, porque está vuelto hacia el objeto, y el otro menos convergente, denominado ocular, porque se encuentra cerca del ojo del observador.
La figura 330 representa la marcha de los rayos luminosos y la formación de la imagen en el microscopio compuesto, reducido a dos vidrios. Situado un objeto AB muy cerca del foco principal del objetivo M, pero un poco más allá con relación a este vidrio, una imagen ab real, invertida y muy amplificada, va a formarse al otro lado del objetivo (464, 1.�). La distancia de los dos cristales M y N es tal, que la imagen ab se halla entre el ocular N y su foco F. Resulta de aquí que, para el ojo situado en E, que mira esta imagen con el ocular, produce este último vidrio el efecto del microscopio simple o lente (464, 2.�), y sustituye a la imagen ab una segunda imagen a�b�, que es virtual y está nuevamente amplificada. Esta segunda imagen, recta con relación a la primera, es invertida relativamente al objeto. Puede decirse, pues, en ultimo término, que el microscopio, compuesto no es más que el microscopio simple aplicado, no ya al objeto, sino a su imagen amplificada por una primera lente.
484. Aumento, micrómetro. Llámase aumento, en todo instrumento de óptica, la relación del tamaño absoluto de la imagen con el del objeto. El aumento, en el microscopio compuesto, es el producto de los aumentos respectivos del objetivo y del ocular, es decir, que, si el primer vidrio aumenta 20 veces y el otro 10, el aumento definitivo es de 200. Depende el aumento de la mayor o menor convexidad del objetivo y del ocular, así como de la distancia de estos dos vidrios combinada con la del objeto al objetivo. Ha llegado a 1500 y más el aumento que ha experimentado el diámetro del objeto; pero entonces pierde la imagen en claridad lo que gana en extensión. Para obtener imágenes claras y bien iluminadas, no debe exceder el aumento de 500 a 600 en diámetro, lo cual da en superficie, una imagen 250 a 360 mil veces mayor que el objeto.
El aumento se mide experimentalmente por medio del micrómetro, que consiste en una laminita de vidrio, sobre la cual se han trazado con diamante rayas paralelas, distantes entre sí 1/10 o 1/100 de milímetro. Se coloca el micrómetro delante del objetivo, y luego, en vez de recibir directamente en el ojo los rayos que emergen del ocular O, se proyectan sobre una lámina de vidrio de caras paralelas A (fig 331), inclinada según 45 grados, sobre la cual se aplica la vista de modo que se vea cómo se forma por reflexión la imagen de las rayas del micrómetro sobre una escala dividida en milímetros, trazada sobre una pantalla E. Contando entonces el número de divisiones de la escala que corresponde a cierto número de rayas de la imagen, se deduce el aumento. Por ejemplo, si la imagen ocupa en la escala 45 milímetros y comprende 15 rayas del micrómetro, suponiendo que el intervalo entre éstos sea de 1/100 de milímetro, el tamaño absoluto del objeto será 15/100 de milímetro; y como el de la imagen vale 45 milímetros, el aumento será el cociente de 45 por 15/100, o 300. En este experimento, debe mediar entre el ojo y la pantalla E una distancia igual a la de la vista distinta, distancia que varía para cada observador, pero que, por término medio, es de 25 a 30 centímetros. Se determina también el aumento del microscopio por medio de la cámara lúcida, que describiremos en breve (492).
Conocido el aumento de un microscopio, es fácil deducir del mismo el grueso absoluto de los objetos situados delante del objetivo. En efecto, siendo el aumento el cociente del tamaño de la imagen por el del objeto, es claro que para obtener el de este último bastará dividir el tamaño de la imagen por el aumento. De esta suerte, fácilmente se averigua el diámetro de los glóbulos de la sangre, y en general de todos los objetos microscópicos.
485. Microscopio compuesto de Amici. -Hasta ahora sólo hemos dado a conocer (483) el principio del microscopio compuesto; pero en la actualidad debernos describir los principales accesorios de este aparato. Inventado hacia el año de 1620, ha recibido sucesivamente numerosos perfeccionamientos. Las modificaciones más importantes sólo datan de 30 años a esta parte, y se deben principalmente a M. Amici, en Italia, y a M. Carlos Chevalier, en Francia.
La figura 332 representa, en sus partes esenciales, el microscopio conocido con el nombre de microscopio de Amici o microscopio de C. Chevalier. En los microscopios antiguos, el tubo H estaba siempre vertical y las lentes no eran acromáticas. M. Amici fue el primero que adoptó una disposición que permite, según se desee, que permanezca el tubo horizontal o vertical; y por primera vez, en 1823, aplicó M. C. Chevalier las lentes acromáticas al microscopio. El dibujo, al cual nos contraemos, representa el microscopio en la posición horizontal, que, en general, fatiga menos la vista, pero también puede colocarse verticalmente. Se quita, al efecto, el tubo acodillado G, montando en su lugar sobre el objetivo E el gran tubo H, que posee el ocular. Por último, se puede dar igualmente al microscopio una posición inclinada, sacando un tornillo m que fija el aparato por su parte inferior, y haciendo mover todo el sistema sobre una charnela a, que une el microscopio con una columna cilíndrica que le sirve de apoyo.
Sobre un vástago rectangular paralelo a esta columna, se ve el portaobjetos B, el cual puede subir o bajar por medio de un piñoncito que engrana con una barra dentada, y que se pone en movimiento por un botón D. El objeto o que se quiere observar se halla situado entre dos láminas de vidrio C, colocadas sobre el porta-objetos. Un reflector cóncavo M, de vidrio, recibe la luz difusa de la atmósfera, y la refleja sobre el objeto que se encuentra así muy iluminado, condición indispensable a causa del aumento. Cuenta en su centro el porta-objetos una abertura que se ve al través de las láminas C, y que da paso a la luz proyectada por el reflector.
La fig. 333 demuestra la posición de los vidrios y la marcha de los rayos en el microscopio. El objetivo E consta de una, de dos o de tres lentes acromáticas, como la representada en K, cuyas distancias focales principales son de 8 a 10 milímetros. El ocular AH ofrece dos lentes plano-convexas A y H, acromáticas o no. Fácil es seguir la marcha de la luz. Los rayos luminosos, después de reflejados sobre el espejo M, van a concurrir hacia el objeto, dirigiéndose luego hacia el objetivo E. Al cruzar éste, encuentran un prisma rectangular P, de cristal, sobre cuya hipotenusa experimentan una reflexión total (449). Tomando entonces la dirección del tubo GA, van a caer los rayos luminosos sobre la lente H, y forman, más allá, una imagen a real y amplificada del objeto. La última lente A funciona en seguida como microscopio simple, para sustituir a esta primera imagen otra virtual y amplificada bc, según indica la figura.
La lente intermedia H, llamada ocular de Campani, reconoce por objeto reunir los rayos demasiados oblicuos que no caerían sobre el ocular A y aumenta el campo del microscopio, haciendo la imagen más pequeña y más clara. Sirve también este vidrio para corregir el defecto de acromatismo que en mayor o menor escala presenta el objetivo. Los diafragmas m y n corrigen la aberración de esfericidad, interceptando los rayos que tienden a atravesar las lentes, próximos en demasía a sus bordes. A fin de anular toda reflexión interior que podría perjudicar la limpieza de las imágenes, se ennegrecen interiormente las paredes del tubo.
Según sea trasparente u opaco el objeto, así se ilumina de distinto modo el microscopio. En el primer caso se efectúa, según hemos dicho, por medio de un reflector situado en la parte inferior del portaobjetos; en el segundo, se hace uso de una lente L, sostenida por el porta-objetos; y que concentra los rayos S� sobre el objeto.
Finalmente, posee el aparato muchos oculares y objetivos, a fin de aumentar o disminuir el aumento. Se obtiene también un aumento más débil, suprimiendo una y hasta dos de las lentes del objetivo.
El microscopio ha originado los descubrimientos más importantes de la botánica, de la zoología y de la fisiología. Se ha comprobado la existencia de animales hasta entonces desconocidos, en el vinagre, en la pasta de harina, en las frutas secas y en ciertos quesos; y han quedado patentes la circulación y los glóbulos de la sangre. Numerosas son también las aplicaciones industriales del microscopio. Por ejemplo, él nos ofrece los medios de reconocer las diferentes especies de féculas, las falsificaciones harto frecuentes en las harinas, en los chocolates, etc.; y nos permite notar también en los tejidos, la presencia del algodón, de la lana y de la seda.
486. Anteojo astronómico. -El anteojo astronómico sirve para observar los astros, y consta de un objetivo y de un ocular convergentes, como el microscopio. El objetivo M (fig. 334) da del astro que se mira una imagen invertida ab, situada entre el ocular N y su foco principal; y este ocular, que hace el efecto de una lente de aumento, ofrece en seguida una imagen a�b� virtual, recta y muy amplificada de la imagen ab. Vese, pues, que el anteojo astronómico guarda bastante analogía con el microscopio; pero con la diferencia de que en este último, por hallarse el objeto muy cerca del objetivo, se forma la imagen mucho más allá del foco principal, y es muy amplificada (464, 1.�), de suerte que hay aumento por parte del objetivo y del ocular, mientras que en el anteojo astronómico, distando mucho el astro, son paralelos los rayos incidentes, y va a formarse la imagen en el foco principal del objetivo en menor escala que el objeto. El aumento sólo depende del ocular, y por eso ha de ser esta lente muy convergente.
La fig. 335 representa un anteojo astronómico montado sobre un pie, según se fabrican en los talleres de los señores Lerebours y Secrétan. En su parte superior existe un pequeño anteojo llamado indicador. Los anteojos de gran poder amplificante no son, por su poco campo, de uso cómodo para buscar un astro, y por eso se mira primero con el indicador, cuyo campo es más vasto, es decir, que mayor extensión del cielo, observándose luego con el telescopio.
El cálculo manifiesta que, en el anteojo astronómico, el aumento es sensiblemente igual a CF/OF (fig. 334), siendo F el foco del objetivo M, y pudiendo suponerse que coincide aproximadamente con el foco del ocular N, de lo cual se deduce que el aumento es tanto más considerable, cuanto menos convergente es el objetivo y más el ocular. En un buen anteojo, no pasa el aumento de 1000 a 1200.
Cuando sirve el anteojo astronómico para medir con precisión, por ejemplo, la distancia de los astros al cenit, su ascensión recta o su paso por el meridiano, se le añade una retícula. Así se llaman dos hilos muy finos de metal o de seda, dispuestos en cruz en cruz en una abertura circular de una laminita metálica (fig. 336). Debe encontrarse la retícula en el sitio mismo en que se produce la imagen invertida que da el objetivo, y el punto de cruzamiento de los hilos en el eje óptico mismo del anteojo, que viene a ser así la línea de mira.
487. Anteojo terrestre. -El anteojo terrestre o de larga vista sólo difiere del astronómico en que las imágenes son directas. Se obtiene este resultado por medio de dos lentes convergentes P y Q (fig. 337), situadas entre el objetivo M y el ocular R. Si suponemos el objeto en AB, a mayor distancia que la que puede representar el grabado, va a formarse su imagen invertida y muy pequeña, en ba, al otro lado del objetivo. La segunda lente P se halla a una distancia tal, que su foco principal coincide con la imagen ab; de donde resulta que los rayos luminosos que pasan por b, por ejemplo, aceptan, después de haber cruzado la lente P, una dirección paralela al eje secundario bO (460, 2.� y 463). De igual manera, los rayos que pasan por a toman una dirección paralela al eje aO. Después de haberse cruzado estos diversos rayos en H, atraviesan una tercera lente Q, cuyo foco principal coincide con el punto H. El haz BbH va a concurrir, pues, en b�, sobre un eje secundario Ob�, paralelo a su dirección (463); y el AaH concurre del mismo modo en a�, produciéndose en a�b� una imagen recta del objeto AB. Esta imagen es la que se mira, como en el anteojo astronómico, con un ocular convergente R, situado de modo que se comporta como una lente de aumento, es decir, que su distancia a la imagen a�b� sea menor que su distancia focal principal, de donde resulta que da en a��b�� una imagen virtual, directa y amplificada de la imagen a�b�. Las lentes P y Q, que no sirven más que para dar la posición directa a la imagen, están fijas en un tubo de cobre, a una distancia constante e igual a la suma de sus distancias focales principales. En cuanto al objetivo M, es móvil en un tubo, y puede acercarse o alejarse de la lente P, de modo que la imagen ab vaya siempre a formarse en el foco de esta lente, sea cual fuere la distancia del objeto. La distancia de la lente R puede variar también, en términos de que la imagen a��b�� se forme a la distancia de la vista distinta (508).
El anteojo terrestre puede reemplazar al astronómico; pero es menester otro ocular que amplifique mucho más que en aquél. Con todo, los astrónomos prefieren el anteojo de dos lentes, porque absorbe menos luz.
En el anteojo terrestre el aumento es el mismo que en el astronómico, si bien suponiendo que tengan igual convexidad las lentes P y Q que sirven para dar la posición directa a las imágenes.
488. Oculares. -Hasta ahora, con la idea de simplificar la construcción de las imágenes, hemos supuesto generalmente que constaba el ocular de una lente convergente, según se ve en las figuras 330, 334 y 337. Pero esto jamás sucede, ni en los microscopios, ni en los anteojos; porque con un ocular sencillo son considerables las aberraciones de esfericidad (467) y de refrangibilidad (478). Por eso es preciso construir oculares de muchas lentes. Según el número y la disposición de éstas, se admiten tres especies principales de oculares, que son el de Campani, el de Ramsden y el de Dollong.
Ocular de Campani. -El ocular de Campani, (fig. 338) consta de dos lentes plano-convexas, con las caras planas vueltas hacia el ejo. El primer lente Q recibe los rayos que salen del objetivo, y concurre con él para dar en ab una imagen real e invertida del objeto situado más allá del objetivo. El ojo mira en seguida esta imagen con la lente R, que hace el oficio de un microscopio simple.
Se usa el ocular de Campani en los microscopios y en los anteojos astronómicos cuando carecen de retícula, es decir, cuando sólo sirven como anteojos de observación, y no como de paso, o murales. En este ocular la distancia focal de la lente R es igual al tercio de la Q, y la de las dos lentes Q y R vale la semi-suma de sus distancias focales.
Ocular de Ramsden. -El ocular de Ramsden (fig. 339) consta de dos lentes plano-convexas, cuyas convexidades se miran. La imagen real e invertida ab que da el objeto, se forma delante de la lente Q, y las dos lentes Q y R actúan juntas como un microscopio simple. Las distancias focales de las dos lentes son iguales, y están separadas entre sí por un intervalo igual a los dos tercios de sus distancias focales.
Se utiliza el ocular de Ramsden, en los anteojos astronómicos con retícula.
Ocular de Dollong. -Como en los anteojos terrestres o de larga vista ha de ser derecha la imagen, no pueden servir los oculares de Campani y de Ramsden, pues dan siempre, según sabemos, imágenes invertidas. Se obtienen éstas derechas, y al mismo tiempo acromáticas, por medio de un ocular cuádruple atribuido a Dollong.
Este ocular (fig. 340) consta de cuatro lentes plano-convexas. Las dos primeras Q y R tienen sus caras planas vueltas hacia el objetivo, y las otras dos S y T hacia el ojo. Siendo ab la imagen real e invertida que ofrece el objetivo, concurren las lentes Q, R y S a dar de esta primera imagen otra a�b� real y directa, que el ojo mira en seguida con la lente T. La tercer lente es la que, al combinarse con la R, contribuye particularmente a atenuar las aberraciones de refrangibilidad y de esfericidad, haciendo menos divergentes los haces.
El hábil óptico M. Secrétan ha conseguido construir anteojos terrestres muy perfectos, acromatizando, además del objetivo, las lentes R y T, que son las que reciben los rayos incidentes en su mayor dispersión; y como ya se hallan muy reunidos cuando llegan a las Q y S, no hay inconveniente alguno en dejarlos de acromatizar.
Respecto a la disposición de las lentes Q, R, S, T entre sí, y en punto a la relación de distancias locales, ha adoptado M. Secrétan la regla empírica siguiente:
Representando por q, r, s, t, las distancias locales respectivas de estas lentes, por d la de Q a R, por d�, la de R a S, por d�� la de S a T, eligió para las lentes Q, R, S, T, vidrios cuyas distancias focales fuesen respectivamente entre sí, como los números 10, 11, 12 y 9, en seguida tomó d=2/3(q+r)d�=�(q+r+s+t), y d��=2/3(s+t).
Mediante esta combinación, obtiene M. Secrétan anteojos de larga vista, notables por la extensión del campo que abrazan, por su corta longitud y por la pureza de las imágenes.
489. Anteojo de Galileo. -El anteojo de Galileo, o el anteojo de teatro, es el más sencillo, porque sólo se compone de dos lentes, que son: un objetivo convergente M, y un ocular divergente R (fig. 341), ofreciendo inmediatamente una imagen derecha.
Estando representado el objeto por la recta AB, tiende a formarse su imagen en ba, invertida, real y más pequeña; pero, al atravesar el ocular R, se refractan los rayos emitidos de los puntos A y B, separándose respectivamente de los ejes secundarios bO� y aO�, que corresponden a los puntos b y a de la imagen. Resulta de aquí que estos rayos, prolongados en sentido contrario a su dirección, van a concurrir sobre estos ejes en a� y en b�; y el ojo que los recibe ve, pues, en a�b�, una imagen derecha y amplificada, que parece más aproximada porque se ve según un ángulo a�O�b� mayor que el AO�B bajo el cual se ve el objeto. En cuanto al aumento, que es igual a la relación del ángulo a�O�b� con el AO�B, no excede comúnmente de dos a tres.
La distancia del ocular R a la imagen ab es sensiblemente igual a la distancia focal principal de este ocular, por lo que la separación de las dos lentes es la diferencia de sus distancias locales respectivas, por cuya razón el anteojo de Galileo es muy corto y muy portátil. Posee la ventaja de hacer ver los objetos en su verdadera posición, y además, como sólo consta de dos lentes, absorbe poca luz; pero, a causa de la divergencia de los rayos emergentes, es pequeño su campo, siendo necesario para utilizarlo, que se aplique el ojo muy próximo al ocular. Éste puede acercarse o alejarse del objeto, en términos de que la imagen a�b� se forme siempre a la distancia de la vista distinta.
Los gemelos o los anteojos de teatro son enteramente iguales al que acabamos de describir, sin más diferencia que la de ser dobles, a fin de formar una imagen en cada ojo, circunstancia que aumenta su brillo.
El anteojo de Galileo fue el primero que sirvió para observar los astros, y con él llegó a descubrir este ilustre astrónomo las montañas de la luna, los satélites de Júpiter y las manchas del sol.
Se ignora la época de la invención de los anteojos, pues unos atribuyen el descubrimiento a Rogerio Bacon, en el siglo XIII; otros a J. B. Porta, a fines del XVI, y algunos, por fin, al holandés Jacobo Mecio, quien por casualidad había observado, hacia 1609 que combinando dos lentes, cóncavo el uno y convexo el otro, se veían mayores y más cercanos los objetos.
490. Telescopios. -Los telescopios son los instrumentos que sirven para ver los objetos lejanos, y particularmente los astros. El anteojo astronómico y el de Galileo son, por lo tanto, telescopios. Tal es el nombre que en un principio recibieron, pues se les designaba con el de telescopios por refracción o telescopios dióptricos; pero actualmente se entiende por telescopios unos aparatos en los cuales se utiliza al mismo tiempo la reflexión y la refracción, por medio de espejos y de lentes, para ver los objetos lejanos. Se han construido muchas especies de telescopios, pero los más conocidos son los de Gregory, de Newton y de Herschell.
1.� Telescopio de Gregory. -La figura 342 representa un telescopio de Gregory montado sobre un pie, alrededor del cual puede girar e inclinarse más o menos. La figura 343 manifiesta su corte longitudinal. Este telescopio, que se inventó hacia el año de 1650, consta de un largo tubo de cobre, cerrado en una de sus extremidades por un grande espejo cóncavo metálico M, que cuenta en su centro una abertura circular, por la cual pasan los rayos que se dirigen al ocular. Cerca de la otra extremidad del tubo existe un segundo espejo cóncavo N, metálico también, algo más ancho que la abertura central del grande espejo, y de un radio de curvatura mucho menor que el de éste. Los ejes de estos espejos coinciden con el del tubo. Estando en O el centro de curvatura del mayor, y en ab su foco, los rayos, tales como SA, emitidos por el astro, se reflejan sobre el espejo mayor, y van a formar en ab una imagen invertida y muy pequeña del astro. La distancia de los espejos y su curvatura respectiva son tales, que la imagen se halla entre el centro o y el foco f del espejo más chico; de donde resulta que los rayos, después de reflejados por segunda vez en N, forman en a�b� una imagen amplificada e invertida de ab (436), y de consiguiente, derecha con relación al astro. Por último, se mira esta imagen con un ocular P, de una o de dos lentes, para que la amplifique de nuevo y la haga ver en a��b��.
Como los objetos que se observan no siempre se hallan situados a la misma distancia, puede variar de posición el foco del espejo grande, y de consiguiente, el del pequeño. Además, no siendo igual para todos los ojos la distancia de la vista distinta, debe existir la posibilidad de poder situarse la imagen a��b�� a diferentes distancias. A fin de tomar en consideración estas variaciones, es necesario alejar o acercar el espejo pequeño del grande, y al efecto existe un botón A (fig. 342), por medio del cual se hace girar una varilla que pone en movimiento, mediante el paso de un tornillo, una pieza B a la cual se halla fijo el espejo menor.
2.� Telescopio de Newton. -El telescopio de Newton difiere muy poco del de Gregory; el espejo mayor no se halla agujereado, y el pequeño, que es plano, se encuentra inclinado lateralmente según 45 grados hacia un ocular situado sobre uno de los lados del tubo del telescopio. La dificultad que presentan en su construcción los espejos metálicos había hecho abandonar generalmente los telescopios de Gregory y de Newton, cuando ha conseguido platear M. Foucault los espejos de vidrio con notable perfección, sin perder nada absolutamente en el grado de su pulimento. Al obtener este resultado, le ocurrió al momento al ilustre físico al cual nos referimos, la idea de aplicar dichos espejos al telescopio de Newton, que ha vuelto a usarse merced a este perfeccionamiento. Su primer espejo sólo contaba 10 centímetros de diámetro, pero, después los ha construido sucesivamente de 33, de 42 y en la actualidad los fábrica de 80 centímetros de diámetro.
La figura 343 representa un telescopio de Newton montado sobre su pie paraláctico, y la figura 344 da a conocer su corte horizontal, el cual indica de qué suerte los rayos luminosos reflejados sobre el espejo parabólico plateado M, van a encontrar un pequeño prisma mn, que reemplaza al espejo plano inclinado según 45 grados, que se empleaba en el antiguo telescopio de Newton. Después de haber experimentado la reflexión total sobre la hipotenusa mn, los rayos van a formar en ab una imagen muy pequeña del astro que se observa. Esta imagen se examina en seguida con un ocular de cuatro lentes, dispuesto en uno de los costados del telescopio, y que según la intensidad de su aumento y la dimensión del espejo plateado, puede ofrecernos un aumento que varíe de 50 a 800.
En este instrumento el espejo hace las veces de objetivo sin ninguna aberración de refrangibilidad (478). Respecto a las aberraciones de esfericidad, veremos en breve cómo ha conseguido M. Foucault hacerlas desaparecer por medio de varias correcciones sucesivas que efectúa en el espejo.
Los espejos de vidrio de los nuevos telescopios se obtienen en la fábrica de Saint Gobain. Desde luego se desbastan y se amoldan a la curva esférica, en los talleres de M. Sautter, dedicados a la construcción de los faros, terminándose después en los de M. Secrétan; pero hasta hoy sólo M. Foucault ha podido darles su último grado de precisión, que obtiene este sabio renombrado, por su trabajo personal al pulirlos, por una serie sucesiva de pruebas ópticas y de correcciones parciales, consiguiendo de esta suerte el que no ofrezcan el menor defecto en su superficie, lo cual ocurre cuando es ésta la de un paraboloide. Sin embargo, M. Foucault ha notado que para corregir las aberraciones de esfericidad, originadas por el ocular, no debían contar los espejos con que ha dotado a la ciencia óptica, una superficie rigorosamente parabólica, y sí terminarse por una superficie experimental, que actuando de concierto con el sistema de lentes amplificadores del ocular, asegure la perfección de la imagen que resulta.
Después de haber pulimentado el espejo, es preciso platear su superficie cóncava: para efectuar esta operación recurre M. Foucault al procedimiento de Drayton, si bien algo modificado, inmergiendo el espejo en un baño de plata de una composición bastante compleja; a saber: agua destilada, alcohol puro, nitrato de plata fundido, nitrato amónico, amoníaco, goma gálbano, y esencia de clavo. El contacto del vidrio pulimentado reduce este baño; la plata se depone, y al cabo de 20 a 25 minutos, adquiere un espesor conveniente la capa de plata. Aunque ésta, así obtenida, se encuentra ya pulimentada y reflectante, se la dota de un pulimento perfecto por un frotamiento prolongado con una piel dada de óxido de hierro. Según la opinión de M. Foucault los espejos plateados, así pulimentados, reflejan el 75 por 100 de la luz incidente.
Los telescopios con espejos de vidrios plateados y parabólicos, poseen sobre los antiguos telescopios con espejos esféricos de metal, la triple ventaja de ofrecer imágenes más puras, de ser de un peso menor y de contar una longitud más reducida, puesto que su distancia focal sólo es de seis veces el diámetro del espejo.
Expuestos estos detalles, pasemos a describir el aparato en su conjunto. El cuerpo del telescopio, que es de madera, posee la forma octogonal (fig. 345). Su extremo G se halla abierto y en el otro se encuentra el espejo. A contar desde este último y aproximadamente al tercio de su longitud, se encuentran fijos dos gorrones que se apoyan en dos cojinetes, sustentados por dos montantes de madera A y B, los cuales se hallan fijos en una mesa giratoria PQ, que da vueltas por medio de rodillos, sobre un plato fijo RS, orientado paralelamente al ecuador. En el contorno de la mesa giratoria existe un círculo de cobre dividido en 360 grados, y en la parte inferior, fijo en la mesa giratoria, se encuentra un engrane circular en el cual se ajusta un husillo sin fin V. Determinando la marcha de éste en cualquier sentido, por medio del manubrio m, se hace girar la mesa PQ y con ella el telescopio. Un nonius x adaptado al plato fijo RS, indica las fracciones de grado. Finalmente, sobre el eje de los gorrones se encuentra montado un círculo graduado O, que corresponde al círculo horario del astro que se observa, y que sirve por lo tanto para medir la declinación del mismo; es decir, su distancia angular al ecuador, sirviendo los grados trazados alrededor de la mesa RS para medir la ascensión recia, es decir, el ángulo que forma el círculo horario del astro, con un círculo horario elegido arbitrariamente.
Para fijar el telescopio en declinación, una pieza de cobre E, unida al montante A, posee una pinza en la cual resbala el limbo O, y que se aprieta por el tornillo de botón r. Finalmente, en el costado del aparato existe el ocular o montado sobre una placa de cobre de corredera, que posee igualmente el pequeño prisma mn, representado en el corte del aparato (fig. 344). Para situar la imagen en un punto adecuado, basta con adelantar o con hacer retroceder dicha placa por medio de una cremallera y de un botón a. El manubrio n sirve para conectar o desconectar el husillo V. El dibujo de la figura 345 se ha sacado de un telescopio, cuyo espejo sólo cuenta 16 centímetros de diámetro y cuyo aumento es de 150 a 200.
Con el nuevo telescopio de vidrio plateado, se han realizado importantes observaciones, y es probable que el de 80 centímetros de diámetro, que se construye en estos momentos, será el germen de brillantes descubrimientos astronómicos.
3.� Telescopio de Herschell. -El telescopio de Herschell, atribuido también a Lemaire, consta de un solo reflector cóncavo M (fig. 346), y de un ocular o. Se halla inclinado el reflector sobre el eje, de manera que la imagen del astro que se observa va a formarse en ab, al lado del telescopio, cerca del ocular o, que da en seguida la imagen amplificada a�b�. Como no se reflejan más que una sola vez los rayos en este telescopio, es menor que en los dos anteriores la pérdida de luz, y la imagen se presenta más clara. El aumento es, como en el anterior, la relación de la distancia focal principal del espejo con la del ocular.
Los telescopios de reflexión se adoptaron en una época en que no sabía corregirse, en los objetivos, la aberración de refrangibilidad; pero, luego que se han construido objetivos acromáticos, se usan generalmente los telescopios dióptricos, es decir, de refracción únicamente, como los anteojos descritos (486, 487, 489).
491. Cámara oscura. -La cámara oscura, según indica su nombre, es una cámara completamente cerrada, menos por un orificio que deja paso a los rayos de luz (fig. 255). Entonces todos los objetos exteriores, cuyos rayos pueden atravesar el orificio, se pintan en la pared opuesta con dimensiones reducidas y con sus colores naturales, pero hallándose invertidas las imágenes.
El físico napolitano Porta dio a conocer, en 1560, el fenómeno que produce un haz luminoso al penetrar en una cámara oscura. Poco después observó el mismo físico que, si en el orificio de la cámara oscura se fija una lente bi-convexa, y se coloca en el foco de ésta una pantalla blanca, la imagen gana extraordinariamente en brillo, en limpieza y en colorido, siendo admirable por su verdad. Estas imágenes se presentan tanto mejor iluminadas, cuanto mayor es la lente, aumentando sus dimensiones con la distancia focal.
Para servirse de la cámara oscura en el arte del dibujo, se le prestan diversas formas que la hagan portátil y que corrijan la inversión de las imágenes. La figura 347 representa la cámara oscura de corredera. Consiste en una caja rectangular de madera, en la cual penetran los rayos luminosos R al través de una lente B, tendiendo a formar una imagen en la pared opuesta O, que debe distar de la lente B una longitud igual a su distancia local. Pero, como los rayos encuentran un espejo de vidrio M inclinado según 45 grados, mudan de dirección, y la imagen se forma en una pantalla de vidrio deslustrado N. Colocando sobre esta lámina un pliego de papel de calcar, es fácil recorrer con fidelidad los contornos de la imagen. La pantalla A intercepta la luz que ilumina la imagen y que impediría verla.
Consta la caja de dos partes que pueden penetrar una en otra, de modo que, tirando más o menos de la anterior, puede ir a formarse la imagen, después de la reflexión, exactamente sobre la lámina N, sea cual fuere la distancia del objeto que quiera dibujarse.
La figura 348 representa otra clase de cámara oscura, conocida con el nombre de cámara oscura de prisma. En un estuche de cobre A existe un prisma triangular P (figura 349), que sirve a la vez de lente convergente y de espejo, pues, siendo plana una de sus caras, tienen las otras una curvatura tal, que por sus refracciones combinadas a la entrada y a la salida de los rayos, producen el efecto de un menisco convergente C (fig. 302). Resulta de aquí que los rayos emitidos por un objeto AB, después de haber penetrado en el prisma y experimentado en la cara cd la reflexión total, van a formar en ab una imagen real de AB.
Ahora bien; correspondiendo el tablero B (fig. 348) al foco del prisma contenido en el estuche A, se produce la imagen de los objetos exteriores en un pliego de papel que se extiende sobre este tablero. Hallándose envuelto todo por una cortina negra, y colocándose debajo el dibujante, se halla por completo en la oscuridad. Se quita el tablero cuando así se desea y se doblan los pies por medio de charnelas, de suerte que es muy portátil este aparato, del cual somos deudores a M. C. Chevalier.
492. Cámara clara. -La cámara clara 6 cámara lúcida es un aparatito que sirve para obtener la imagen fiel de un paisaje, de un monumento o de cualquiera otro objeto. Wollaston fue quien ideó el primer aparato de este género, en 1804. La cámara clara de este físico consiste en un pequeño prisma de vidrio de cuatro caras, cuya sección perpendicular a las aristas representa la fig. 350. El ángulo A es recto, el C de 135 grados, y cada uno de los B y D de 67 y medio. Se apoya este prisma sobre un pie, en el cual puede subir, descender y girar más o menos alrededor de un eje paralelo a sus aristas. Vuelta la cara AB hacia el objeto cuya imagen se busca, caen los rayos casi perpendiculares sobre esta cara, penetrando en ella sin refracción sensible, y experimentando la reflexión total sobre la cara BC; porque, siendo normal a ésta la línea ab, se reconoce fácilmente que el ángulo de incidencia Lna y el B son iguales, por tener sus lados perpendiculares; y, supuesto que el B reconoce por valor 67 grados y medio, el anL, es mayor que el ángulo límite del vidrio (449), que es la condición necesaria para que se efectúe la reflexión total. Llegados a o los rayos, sufren también la reflexión total, y salen muy cerca del vértice D, siguiendo una dirección sensiblemente perpendicular a la cara DA, de suerte que el ojo que recibe estos rayos, ve en L� la imagen del objeto L. Siguiendo entonces los contornos de la imagen con un lápiz, se obtiene un dibujo muy exacto; pero la dificultad, y no pequeña, está en ver a un tiempo la imagen y la punta del lápiz, porque los rayos que proceden del objeto dan una imagen que dista más del ojo que del lápiz. Se corrige este defecto interponiendo entre el ojo y el prisma una lente I, que da la misma convergencia a los rayos que emanan del lápiz y a los que origina el objeto; pero aun así es preciso aplicar el ojo muy próximo al borde del prisma, de modo que la abertura pupilar se halle dividida en dos partes, una de las cuales ve la imagen, y la otra el lápiz.
M. C. Chevalier ha introducido mejoras importantes en la cámara clara de Wollaston. Como la imagen o el lápiz cesa de ser visible distintamente, cuando es demasiado desigual la luz que los ilumina, ha adaptado al instrumento unos vidrios de color, que se interponen, ya en el lado del objeto, ya en el del lápiz, y que, interceptando parte de la luz, presta mayor uniformidad a su distribución.
M. Amici ha ideado una cámara clara que es preferible a la de Wollaston, pues permite al ojo mayor campo, sin dejar de ver la imagen y el lápiz, circunstancia que no se cumple en el aparato que acabamos de describir. La cámara clara de Amici se compone de un prisma rectangular ABC (fig. 351), de vidrio, con una de las caras del ángulo recto vuelto hacia el objeto que se mira, perpendicular otra a una lámina de vidrio inclinada mn. Los rayos LI emitidos por el objeto, y que penetran en el prisma, sufren la reflexión total en su lado mayor, y salen siguiendo la dirección KH. Reflejándose entonces parcialmente sobre la lámina de vidrio, forman en L�, para el ojo que los recibe, una imagen virtual del objeto L. El ojo que ve esta imagen, puede percibir perfectamente al mismo tiempo un lápiz al través de la lámina de vidrio, con lo cual salen los dibujos con suma precisión.
Fotografía
493. Daguerrotipo. -El daguerrotipo, así denominado en memoria del nombre de su inventor, es un aparato que sirve para fijar, sobre sustancias sensibles a la luz, las imágenes que forman las lentes convergentes en la cámara oscura (491). El arte de producir así las imágenes de los objetos por la acción de la luz, ha recibido el nombre de fotografía. Hoy día se conoce la fotografía sobre placas metálicas, sobre papel y sobre vidrio.
El célebre químico sueco Scheele había observado, en 1770, que el cloruro de plata, que se conserva blanco en la oscuridad, se ennegrece por la acción de la luz. Merced a esta propiedad del cloruro de plata, ya se podían reproducir grabados; porque si sobre un pliego de papel, cubierto por esta sustancia, se aplica un grabado y se expone el todo a la luz solar, de modo que intercepte ésta las partes negras del grabado, sólo se ennegrece el papel clorurado en los puntos que corresponden a los claros del dibujo, quedando los otros blancos. En la copia así obtenida están, pues, invertidas las tintas, es decir, que las oscuras son claras, y vice-versa. Tiene, además, esta copia el defecto de no poder conservarse más que en la oscuridad, porque luego que se expone a la luz se ennegrece por completo y desaparece.
Había, pues, que producir imágenes sin inversión de claro y oscuro, y además fijarlas, es decir, hacerlas insensibles, una vez formadas, a la acción de la luz. Charles, en Francia, Wedgwood y Davi, en Inglaterra, trataron de resolver este problema; pero al fin alcanzaron este resultado Niépce y Daguerre. Después de constantes y no interrumpidas investigaciones desde 1814 a 1829, consiguió el primero de dichos físicos formar, sobre una placa de cobre cubierta por una capa de plata, una imagen inalterable a la luz, y en la cual las tintas claras u oscuras ocupaban el mismo sitio que en el objeto. Pero, según el procedimiento de Niépce, en el cual la sustancia impresionable era el betún de Judea, sumergido en seguida en una mezcla de petróleo y de aceite de espliego, debía prolongarse durante 10 o 12 minutos la acción de la luz, circunstancia completamente impracticable respecto a los retratos.
Niépce comunicó, en 1829, su procedimiento a Daguerre, conocido ya por la invención del diorama, y que a su vez se dedicaba igualmente hacía muchos años a las mismas investigaciones; pero sólo después de diez años de continuas tareas dio a conocer Daguerre, en 1839, el admirable descubrimiento que tanto llamó la atención en Francia y en el extranjero. Ya hacía tres años que Niépce había muerto, y por lo tanto no pudo recoger la parte de gloria que con tanta justicia le correspondía, en el descubrimiento que nos ocupa.
Cinco operaciones principales constituyen el procedimiento de Daguerre, a saber: 1.� el pulimento de la placa delgada, de cobre cubierta con una capa de plata, sobre la cual debe formarse la imagen; 2.� la deposición sobre esta placa de la capa sensible, es decir, de la sustancia que la hace impresionable a la luz; 3.� la exposición de la placa, en la cámara oscura, a la acción de la luz; 4.� la exposición de la misma placa a los vapores mercuriales que hacen aparecer la imagen, y 5.� la fijación de la imagen.
El pulimento de la placa es una operación muy interesante, como que de ella depende el éxito de la operación. Se principia con algodón ligeramente impregnado de alcohol y espolvoreado con trípoli; y se termina en seguida, con rojo de Inglaterra y con un bruñidor de cuero. Ya pulimentada la placa, se expone, durante unos dos minutos, en una pequeña caja rectangular, al vapor del iodo que reacciona sobre la plata de la placa, y que la trasforma, superficialmente tan sólo, en ioduro de plata. Se conoce que se halla suficientemente iodurada la placa, cuando adquiere un hermoso color amarillo de oro que principia a pasar al rojo en los bordes. En este caso ya puede recibir la placa la acción de la luz, pero tan sólo para tomar vistas o efectuar copias; pues para los retratos es inútil, por ser necesaria, para que la impresione, la acción de la luz durante 8 a 10 minutos. Hay que someterla, por lo tanto, a la acción de sustancias aceleratrices, es decir, que exalten la sensibilidad de la capa de ioduro, en términos de que la imagen no tarde más que algunos segundos en formarse. Estas sustancias son una disolución acuosa de bromo, o de bromuro sólido de cal. Se expone la placa a la acción de los vapores de una de las dos sustancias enumeradas, durante 30 segundos o un minuto, hasta que adquiera un color tan rojo como sea posible, pero sin pasar al violeta. Bromurada ya la placa, se la lleva a la caja que contiene el iodo, en donde se la deja exactamente la mitad del tiempo que permaneció en ella por primera vez.
Dispuesta así la placa, es muy impresionable a la acción de la luz. Por lo mismo se practican todas estas operaciones en un sitio de escasa luz, y luego de terminadas, se deja tapada la placa en un bastidor de madera, en el cual se cubre, por el lado plateado, con una pantalla de madera de corredera, dispuesta de suerte que pueda correrse cuando se quiera, y por el otro, con un pequeño postigo de gozne que se dobla sobre la plancha manteniéndola fija sobre el bastidor. En tal estado se sitúa la placa en una pequeña cámara oscura portátil de madera (fig. 352), que es la que vulgarmente se denomina daguerrotipo.
Esta pieza, que consta de una parte fija C y de otra móvil B, es una verdadera cámara oscura de corredera (491). Se coloca en un tubo de cobre A el objetivo, que es una lente convergente acromática, que se acerca o se aleja por medio de una barra dentada, y de un piñoncito que se hace girar con la mano por medio de un vástago con botón D. La pared opuesta al objetivo es una lámina de vidrio deslustrado, fija en un marco E, que se quita cuando conviene. Si se desea sacar un retrato, se sienta el modelo o el original a 4 o 5 metros delante del objetivo, y luego se tira de la caja móvil B hasta que la imagen que se produce, invertida sobre la lámina de vidrio, aparezca con limpieza, lo cual se verifica cuando la lámina se encuentra en el foco, circunstancia que acaba de conseguirse alejando o acercando el objetivo por medio del botón D. En los retratos se procura situar los ojos de la persona que se retrata en el foco, por ser la parte más central del rostro.
Encontrado ya el foco, sin mover la cámara, se quita el marco E la pantalla de vidrio, y se pone en su lugar el bastidor con la placa iodurada; retirando finalmente la pantalla de corredera, que cubre la cara plateada de la placa, la imagen que se formaba sobre el vidrio va a efectuarlo actualmente en aquélla. Entonces produce la luz su misteriosa acción, dibujando sobre la placa una imagen invisible. El tiempo de la exposición varía con el objetivo, con la preparación de la capa sensible y con la intensidad de la luz, de modo que puede variar entre 8 y 50 segundos. Si se prolonga demasiado la exposición a la luz, será blanca la prueba, y negra, si ha sido muy corta.
Llegado el momento de que cese la acción de la luz, el cual sólo se conoce con una gran práctica, se tapa de nuevo la placa con la pantalla de corredera, y se saca el marco en el cual se encuentra en completa oscuridad la placa, circunstancia que es igualmente indispensable antes de introducirla en la cámara oscura. En este momento no se nota en la placa vestigio alguno de la imagen, de suerte que, para que se haga ésta visible, hay que exponerla a la acción de los vapores de mercurio, según una inclinación de 45 grados, en la parte superior de una caja de madera dispuesta al efecto, y en cuyo fondo, que es de palastro, existe una cavidad llena de mercurio. Éste, elevado a una temperatura de 60 a 75 grados, por medio de una pequeña lámpara de alcohol, emite vapores mercuriales, que se depositan con abundancia, en forma de imperceptibles gotitas, sobre las partes que han estado muy iluminadas, y a los pocos minutos se forma una amalgama de plata y de mercurio, que da los blancos, mientras que el resto permanece negro por el mismo efecto del pulimento de la placa. Entonces es visible la imagen, y puede permanecer expuesta a la luz. Con todo, la placa aún se halla cubierta, sobre todo en las sombras, por una capa de ioduro de plata, que da a la prueba un tono rojizo o violáceo, que desaparece lavándola con una disolución de hiposulfito de sosa; pero la imagen no resiste la más leve fricción, lo cual tiende a probar que no se han amalgamado la plata y el mercurio.
A fin de corregir este defecto, queda aún por efectuar la operación que reconoce por objeto fijar la imagen, lavando la placa en una débil disolución de cloruro de oro y de hiposulfito de sosa. En esta operación se disuelve parte de la plata, mientras que una porción del oro se combina con el mercurio y con la plata de la placa. La amalgama de mercurio y de plata que constituye los blancos de la prueba, aumenta entonces en solidez y en brillo al combinarse con el oro, resultando de aquí que crece notablemente la intensidad de los claros de la imagen. A M. Fizeau somos deudores del empleo del cloruro de oro, que es el principal adelanto efectuado en el descubrimiento de Daguerre.
La fig. 353 representa un corte del objetivo, es decir, del aparato que sirve para concentrar la luz sobre la placa y producir en ella la imagen. Consistía primero en una sola lente bi-convexa y acromática; pero no se tardó en adoptar objetivos de dos lentes acromáticas que se designan con el nombre de objetivos de vidrios combinados. Operan con más velocidad que los objetivos de un solo vidrio, tienen una distancia focal menor, y permiten encontrar con mayor facilidad el foco, lo cual se efectúa acercando o alejando la lente B, que está vuelta hacia el objeto, de la lente A, por medio de una barra dentada y de un piñón D.
494. Fotografía sobre papel. -En el procedimiento de Daguerre, que acabamos de describir, se producen inmediatamente las imágenes sobre placas metálicas; pero no así en la fotografía sobre papel, que comprende dos partes distintas. En la primera se obtiene una imagen cuyas tintas están invertidas, es decir, que las partes más claras aparecen como las más oscuras sobre el papel, y recíprocamente: ésta es la imagen negativa. En la segunda parte, sirve la primera imagen para formar una segunda cuyas tintas están nuevamente invertidas, y se encuentran, de consiguiente, en su orden natural: ésta es la imagen positiva.
La prueba negativa se puede obtener sobre vidrio o sobre papel, pero se consigue hoy generalmente sobre el primero para los retratos, y sobre el segundo para los paisajes.
Pruebas negativas sobre vidrio. -Se limpia una lámina de vidrio frotándola con un trapo empapado, primero con fiemo diluido en alcohol, luego con alcohol sólo, y por fin se la frota con piel de gamuza. De la limpieza de la lámina depende en gran parte el éxito feliz de la operación.
Encontrándose la lámina muy limpia, y dispuesta horizontalmente, se vierte en ella colodión líquido que contenga una disolución de ioduro de potasio, se inclina la lámina en diversos sentidos, a fin de obtener una capa de colodión muy uniforme en toda su extensión, y por último, se vierte el resto del líquido dando una inclinación mayor a la lámina.
Vaporizándose muy pronto el éter del colodión, toma éste un aspecto mate. Introdúcese entonces la placa en una disolución que contenga 1gr de nitrato de plata por 10gr de agua, y el ioduro de potasio se trasforma en ioduro de plata. Debe efectuarse esta operación en una pieza oscura, alumbrada tan sólo por una vela o por un quinqué cuya bomba sea de vidrio amarillo anaranjado, o tapado simplemente por un cilindro de papel del mismo color. Se deja la placa como cosa de un minuto en el baño de plata, se la saca, y luego que está bien seca se la coloca en un bastidor cerrado, trasladándola a la cámara oscura de Daguerre (fig. 352), conforme se hace con las metálicas (493). En dicho aparato, bajo la influencia de la luz, experimenta el ioduro de plata un principio de descomposición (475, 3.�), pero sin que sea aún aparente la imagen, por no haber sido bastante prolongada la acción. A fin de hacer visible la imagen, se introduce el papel en una disolución de ácido pirogállico con adición de ácido acético cristalizable, y se eleva ligeramente la temperatura. En todos los puntos en los cuales ha experimentado el ioduro un principio de descomposición, se forma un galato de plata, que es negro, y la imagen aparece súbitamente. Las artes sombreadas que no han recibido la acción de la luz quedan blancas, por no haberse descompuesto el ioduro de plata; pero como la luz ennegrecería muy pronto esta sal y haría desaparecer así la imagen, se lava la lámina en una disolución de hiposulfito de sosa, que disuelve el ioduro de plata, volviendo inalterable la imagen por la acción de la luz.
Pruebas positivas sobre papel. -Obtenida la prueba negativa sirve para producir un número indefinido de imágenes positivas. Cúbresela, al efecto, con un papel impregnado de cloruro de plata, y después de comprimidas las dos hojas entre dos láminas de vidrio, se expone el conjunto a la acción de la luz, de modo que las partes oscuras de la imagen negativa proyecten sombra sobre el papel dado con el cloruro de plata. Reprodúcese entonces sobre éste una copia de la imagen negativa; pero con las partes claras reemplazadas por las oscuras, y recíprocamente, obteniéndose así una imagen positiva. Resta fijarla, lo cual se consigue lavando el papel, según se ha dicho antes en una disolución de hiposulfito de sosa. En fin, para dar tono a la prueba, lo cual se llama virar, se la sumerge algunas horas en un baño de cloruro de oro que contiene un gramo de cloruro por un litro de agua.
495. Pruebas positivas sobre vidrio. -Se obtienen hermosas pruebas positivas sobre vidrio preparando primero las láminas como para las negativas, conforme se ha dicho en el párrafo anterior; pero la exposición a la luz no ha de ser tan prolongada como para las láminas negativas, y sí su mitad, próximamente. En el acto mismo de sacarlas del daguerrotipo se las introduce en una disolución saturada de protosulfato de hierro. De súbito aparece entonces la imagen, la cual es negativa. Para trasformarla en positiva, se introduce la lámina en una vasija llena de agua, a fin de separar el exceso de sulfato de hierro, y luego se vierte encima una disolución de cianuro de potasio que contenga 1 parte de esta sal por 10 de agua. Al instante se limpia la imagen y queda positiva. Lávase entonces, se barniza y, finalmente, se cubre el todo con una capa de betún de Judea, viéndose en seguida la imagen en la otra cara de la lámina de vidrio.
496. Fotografía sobre láminas de cristal albuminadas. -El inconveniente que presentan las láminas de cristal, preparadas al colodión, es el de necesitar que se empleen inmediatamente después de su preparación, mientras que las láminas preparadas a la albúmina pueden conservarse ocho días antes de someterlas a la acción de la luz; pero en cambio deben experimentar esta acción durante un tiempo mucho más prolongado que las láminas preparadas al colodión. Así es que hasta ahora aún no se han usado para los retratos, y solamente se emplean para sacar vistas.
Debemos el procedimiento de la fotografía por la albúmina a M. Niépce de San-Víctor. Para preparar esta sustancia, se baten unas cuantas claras de huevo en nieve, se las deja reposar, se decanta, y luego se añade 1 por 100 de ioduro potásico y 25 por 100 de agua. Se obtiene así un líquido que se puede conservar muchos días en un frasco bien cerrado.
La lámina de cristal sobre la cual se quiere extender la albúmina debe hallarse perfectamente limpia, lo mismo que para el colodión (494). Después se calienta la lámina ligeramente para hacerla adherir, del lado opuesto al que debe utilizarse, un extremo de tubo de gutta-percha, que sirve de mango para manejar la lámina.
Teniendo en seguida la lámina por su mango, se vierte encima una capa de líquido albuminoso, preparado como acabamos de indicar; tomando después el mango de gutta-percha entre las dos manos, se le hace girar rápidamente, lo mismo que a la lámina, lo cual imprime al líquido albuminoso un movimiento centrífugo que hace se acumule sobre los bordes de la lámina el exceso de albúmina que se quita con una pipeta.
Una vez albuminada y seca la lámina, se la coloca durante 1 minuto en un baño de plata, conteniendo 8 partes de nitrato de plata y 8 de ácido acético cristalizable por 100 de agua. Separada la lámina del baño, se la puede colocar en la cámara oscura en estado húmedo; cuando se quiere usar al estado seco, es preciso desembarazarla del exceso de plata que contiene, lavándola en agua destilada, haciéndola secar luego en la oscuridad, pudiendo entonces conservarse muchos días antes de usarla.
Cuando la lámina así preparada ha experimentado la acción de la luz, en la cámara oscura, durante unos 20 minutos, se hace aparecer la imagen sumergiendo la lámina en una disolución de ácido agállico, que se calienta suavemente a la lámpara. Algunas gotas de una disolución de nitrato de plata, añadidas al baño de ácido agállico, aceleran notablemente la aparición de la imagen, y prestan más vigor a las sombras. Finalmente, habiendo lavado la lámina con una gran cantidad de agua, se fija la imagen por una inmersión durante 5 minutos en un baño de hiposulfito de sosa, que contenga 8 partes de hiposulfito por 100 de agua.
La imagen obtenida de esta suerte es negativa, y sirve luego para dar pruebas positivas sobre cristal albuminado o sobre papel (494).
Siéndonos imposible dar mayores detalles sobre la fotografía, recomendamos a los lectores que quieran estudiarla con mayor detención el Manual de Fotografía de M. Robiquet, que se vende en Madrid en la librería de D. Carlos Bailly-Baillière.
497. Linterna mágica. -La linterna mágica es un aparatito que sirve para obtener, sobre una pantalla blanca, en una cámara oscura, imágenes amplificadas de objetos pequeños. Consiste en una caja de hoja de plata, con una lámpara situada en el foco de un reflector cóncavo A (fig. 354). Recibe los rayos que éste refleja una lente convergente B (fig. 355), que los concentra hacia varias figuras pintadas sobre una lámina de vidrio V. Estas figuras, iluminadas así perfectamente, se encuentran delante de una segunda lente convergente C, a una distancia algo mayor que la focal principal. En tal posición, produce dicha lente, una pantalla situada a una distancia adecuada, una imagen real, invertida y muy amplificada, de los objetos pintados sobre el vidrio (464, 1.�). A fin de conseguir una imagen de posición recta se procura colocar el vidrio pintado en la linterna, de manera que se hallen invertidos los dibujos.
Fue inventada la linterna mágica por el padre Kircher, jesuita alemán, muerto en Roma en 1680.
El aumento que produce la linterna mágica es el mismo que ofrecen las lentes (469), es decir, que es la relación de las distancias de la lente C a la imagen y al objeto. De consiguiente, si la imagen dista 100, 1000 veces más de la lente que el objeto, vale el aumento 100 o 1000. Concíbese, pues, que una lente de foco corto puede, si dista suficientemente la lámina, producir imágenes sumamente amplificadas.
498. Microscopio solar. -El microscopio solar es una verdadera linterna mágica iluminada por los rayos solares, que sirve para obtener imágenes muy amplificadas de objetos sumamente pequeños. Funciona este aparato en una cámara oscura, conforme se ve en la fig. 356, y los pormenores interiores están representados en la 357.
Un espejo plano M, situado fuera de la cámara oscura, recibe los rayos solares y los refleja sobre una lente convergente A, y de ésta sobre otra E (fig. 357), llamada focus, que los concentra en su foco. En este punto se halla el objeto cuya imagen se desea obtener, entre dos láminas de vidrio O, que se introducen entre dos láminas metálicas KK, oprimidas por efecto de los resortes HH. Iluminando enérgicamente el objeto, y situándole muy próximo al foco de un sistema de tres lentes L, muy convergentes, forman éstas su imagen ab, invertida y en extremo amplificada, sobre una pared o una pantalla blanca que se encuentra a una distancia adecuada (464). Los tornillos de botón D y C sirven para regular la distancia de las lentes E y L al objeto, de modo que se encuentre éste exactamente en el foco de la primera, y que la imagen formada por las lentes L corresponda con exactitud a la pantalla.
Como varía de continuo la dirección de la luz solar, es preciso que varíe también la del reflector que está fuera de la cámara oscura, a fin de que se efectúe constantemente la reflexión en el sentido del eje del microscopio. El procedimiento más exacto para conseguir este resultado hubiera sido el de recurrir al helióstato (443); pero como es muy costoso este aparato, se le suple inclinando más o menos el espejo M por medio de un tornillo sin fin B y de un piñón, y haciendo girar este mismo espejo alrededor de la lente A, lo cual se obtiene por medio de un botón A (fig. 356), que se mueve por medio de una corredera fija, y que trasmite al espejo un movimiento de rotación alrededor del eje del aparato.
El microscopio solar tiene el inconveniente de concentrar sobre el objeto un calor tan intenso, que le altera muy en breve. Evítase este inconveniente interponiendo una capa de agua saturada de alumbre, la cual, poseyendo un poder diatérmano muy débil, intercepta parte del calor (377).
Puede determinarse experimentalmente el aumento del microscopio solar, poniendo, en vez del objeto, una lámina de vidrio con divisiones de 1/10 o 1/100 de milímetro. Midiendo en seguida sobre la imagen el intervalo de estas divisiones, se deduce su aumento. El mismo procedimiento puede servir para el microscopio foto-eléctrico (499). Según el aumento que se desea, así consta el objetivo de uno, de dos o de tres lentes que son todas acromáticas.
El microscopio solar ofrece el medio de manifestar fenómenos muy curiosos a un crecido auditorio: por ejemplo, la circulación de la sangre en la cola de los renacuajos, o en las patas de la rana; la cristalización de las sales, y particularmente de la sal amoníaco, y también los animalillos que se observan en el vinagre, en la pasta de harina, en las aguas estancadas, etc.
499. Microscopio foto-eléctrico. -El microscopio foto-eléctrico no es más que un microscopio solar que, en vez de hallarse iluminado por el sol (498), lo está por la luz eléctrica. Es muy preferible esta luz a la solar por su intensidad, por su fijeza y por la facilidad de obtenerla a todas las horas del día. Sólo describiremos el microscopio foto-eléctrico propiamente dicho, pues al hablar de la pila daremos a conocer la luz eléctrica.
Los señores Foucault y Donné idearon el microscopio foto-eléctrico. La fig. 358 representa la disposición dada por M. Duboscq a este aparato. Sobre una caja rectangular de latón se halla fijo un microscopio solar ABD, idéntico al anteriormente descrito. Se ven en el interior dos barritas de carbón a y c que no se tocan, correspondiendo exactamente su intervalo al eje de las lentes del microscopio. La electricidad de una fuerte pila pasa por un alambre de cobre K al carbón a, y de éste al c, por lo cual debe encontrarse al principio en contacto con el primero; y luego se separan un poco, pues ya basta la electricidad que conduce el carbón vaporizado que pasa de a a c. Por fin, desde el carbón c, llega la electricidad, por una columna metálica o, a un segundo alambre de cobre H que la conduce de nuevo a la pila.
Durante el paso de la electricidad, se vuelven incandescentes las extremidades de los dos carbones, y esparcen una vivísima luz que ilumina con grande intensidad el microscopio. Se coloca, al efecto, en D, en el interior del tubo, una lente convergente cuyo foco principal corresponde al mismo intervalo de los dos carbones. De esta suerte, los rayos luminosos que entran en los tubos D y B son paralelos a su eje, y verificándose todos los fenómenos como en el microscopio solar ordinario, se forma sobre una pantalla E, más o menos lejana, una imagen muy amplificada de objetos pequeños situados entre dos láminas de vidrio, en el extremo del tubo B. El objeto figurado en la placa es el acarus de la sarna.
En el experimento que acabamos de describir se gastan con desigualdad los dos carbones, el a con mayor prontitud que el c. Resulta de aquí que tiende a aumentarse el intervalo de los dos carbones, y por lo tanto, que se debilita la luz, llegando hasta a apagarse. Cuando tratemos de la luz eléctrica, expondremos cómo funciona el aparato P, que conduce los dos carbones y que sirve para mantener constante su intervalo.
El aparato MN, haciendo abstracción de los tubos A, B, D, se ha convertido, en manos de M. Duboscq, en un aparato fotogénico universal. Reemplazando el microscopio ABC sucesivamente por cabezas de fantasmagoría, de poliorama, de megascopio, y por aparatos polarizadores, se consigue repetir, con este solo aparato, todos los experimentos de óptica. Por eso sustituye ventajosamente en la actualidad, al que se conocía antiguamente con el nombre de microscopio de gas.
500. Lentes de escalones; faros. -Las lentes de grandes dimensiones presentan muchas dificultades en su construcción, y dan lugar, además, a una fuerte aberración de esfericidad, perdiendo gran parte de su diafanidad a causa de su espesor. Para obviar estos inconvenientes, se han construido las lentes de escalones. Estas lentes, ideadas por Buffon y perfeccionadas por Fresnel, constan, en el centro, de una lente plano-convexa C (fig. 359 y 360), rodeada de una serie de segmentos anulares y concéntricos A, B, cada uno de los cuales tiene una cara plana situada en el lado mismo que la cara plana de la lente central, mientras que las caras opuestas ofrecen una curvatura tal, que los focos de los diferentes segmentos van a formarse en el mismo punto. El conjunto de estos anillos forma, pues, con la lente central una lente única, representada en corte en la figura 359. Nuestro dibujo se ha sacado de una lente de unos 60 centímetros de diámetro, y cuyos segmentos anulares constan de una sola pieza de vidrio; pero en las lentes mayores cada segmento se compone a su vez de muchas piezas.
Detrás de la lente hay un pie, fijo por tres varillas, sobre el cual se colocan los cuerpos que se quieren someter a la acción de los rayos solares que caen sobre la lente. Como el centro del pie corresponde al foco, se funden y volatilizan las sustancias que se sitúan en él, por la alta temperatura que se produce. El oro, el platino y el cuarzo se funden con rapidez. Obsérvese que estos experimentos demuestran que el calórico se refracta siguiendo las mismas leyes que la luz, pues el foco de calor se forma en el mismo punto que el luminoso.
Antes se utilizaban reflectores parabólicos para proyectar a grandes distancias la luz de los faros. Así se denominan unas luces que se encienden en las costas por la noche, para que sirvan de guía a los navegantes. En la actualidad se emplean únicamente lentes de escalones; el fuego procede de una lámpara con 3 o 5 mechas concéntricas, que alumbra tanto como quince lámparas de Cárcel. Colocado en el foco principal de una lente escalonada, por el lado de la cara plana, forman los rayos emergentes un haz paralelo (fig. 305), que sólo pierde algo de su intensidad por su paso al través de la atmósfera (480), y visible acaso hasta 60 o 70 kilómetros. A fin de que todos los puntos del horizonte se hallen sucesivamente iluminados por un mismo faro, se mueve la lente alrededor de la lámpara, por medio de un mecanismo de relojería, efectuando su revolución en un tiempo que varía para cada faro. Resulta de aquí que, en los diversos puntos del horizonte, hay sucesivamente aparición y eclipse de luz a intervalos de tiempos iguales. Los marinos, por medio de los eclipses, distinguen los faros de un fuego accidental; y además, por el número de los mismos en un tiempo dado; reconocen el faro, y por lo tanto, la costa que tienen enfrente.
Capítulo VI
Del ojo considerado como instrumento de óptica
501. Estructura del ojo humano. -El ojo es el órgano de la visión, es decir, del fenómeno en virtud del cual la haz emitida o reflejada por los cuerpos, origina en nosotros la sensación que nos revela su presencia.
Situado el ojo en una cavidad ósea que se denomina órbita, se halla mantenido por los músculos que sirven para moverle, por el nervio óptico, la conjuntiva, los párpados, la aponeurosis órbito-ocular. Todos estos medios, asegurándole una sólida contención, le permiten movimientos muy variados y muy extensos. Su volumen es casi el mismo en todos los individuos; pero la abertura variable de los párpados es la única causa de que aparezca mucho menos voluminoso.
La figura 361 representa un corte trasversal del ojo de la parte anterior a la posterior. Se nota que su forma general es la de un esferoide cuya curvatura con la parte anterior es mayor que con la posterior. Consta el ojo de varios medios y membranas, que son: la córnea, el iris, la pupila, el humor acuoso, el cristalino, el cuerpo vítreo, la membrana hialoides, la coroides, la retina y el nervio óptico.
Córnea. -La córnea a es una membrana trasparente situada delante del globo del ojo. Tiene sensiblemente la forma de un pequeño casquete esférico, con una base de 11 a 12 milímetros de diámetro. Su circunferencia, tallada a bisel a expensas de su cara externa, se engasta en la esclerótica i; y la adherencia de estas dos membranas es tal, que algunos anatómicos las han considerado como una sola y única membrana.
Esclerótica. -La esclerótica i es una membrana que, con la córnea envuelve todas las partes constituyentes del ojo. Presenta en la parte anterior una abertura casi circular, en la cual se halla engastada la córnea, y está perforada para dar paso al nervio óptico en la región posterior e interna.
Iris. -El iris d es un diafragma anular opaco, adherente por su perímetro exterior y libre por su borde central. Esta membrana se halla entre la córnea y el cristalino. Constituye la parte colorada del ojo, y cuenta, no en su centro, sino un poco hacia el interior, una abertura que se denomina pupila, y que en el hombre es circular. En otros animales es estrecha y prolongada en el sentido vertical, particularmente en los del género felis, y en el trasversal, en los rumiantes. Por la pupila penetran en el globo del ojo los rayos luminosos. Su diámetro, variable en un mismo individuo, es, por término medio, de 3 a 7 milímetros, pero a veces excede estos límites. Las alternativas de ensanche y de contracción de la pupila se verifican con rapidez, son frecuentes y desempeñan un importante papel en el fenómeno de la visión. La pupila se contrae por la influencia de una viva luz, y se dilata, por el contrario, en la oscuridad. Los movimientos del iris son, al parecer, involuntarios.
En vista de lo que precede, el iris es una pantalla de abertura variable que tiene por objeto, regular la cantidad de luz que penetra en el ojo, pues el tamaño de la pupila varía en sentido contrario a la intensidad de la luz. Sirve también el iris para corregir la aberración de esfericidad, oponiéndose al paso de los rayos marginales por los bordes del cristalino, es decir, que desempeña respecto al ojo el papel de un diafragma en los instrumentos de óptica (467).
Humor acuoso. -Entre la parte posterior de la córnea y la anterior del cristalino, existe un líquido trasparente denominado humor acuoso. El espacio e, ocupado por este humor, se halla dividido en dos secciones por el iris: la parte b, comprendida entre la córnea y el iris, se denomina cámara anterior, y la c, entre el iris y el cristalino, es la cámara posterior.
Cristalino. -El cristalino es un cuerpo lenticular f, situado detrás del iris y muy cerca de esta membrana. Es notable por su trasparencia, y está envuelto por una membrana diáfana como él, o sea por la cápsula, y que se adhiere por su borde a la corona anular formada por los procesos ciliares g.
La cara anterior del cristalino es menos convexa que la posterior. Consta su tejido de una serie de laminitas casi concéntricas, y más duras en su centro que en la circunferencia, las más superficiales son tan blandas, que casi parecen líquidas. Se les ha dado el nombre de humor de Morgagni. El poder refringente de estas capas decrece del centro hacia la periferia.
Cuerpo vítreo, y membrana hialoides. -Llámase cuerpo vítreo, o humor vítreo, una masa trasparente, comparable con la albúmina o clara de huevo, que ocupa toda la parte h del globo del ojo, situada detrás del cristalino. El cuerpo vítreo se halla envuelto por la membrana hialides l que tapiza la cara posterior de la cápsula cristalina y toda la interna de otra membrana, que es la retina.
Retina, y nervio óptico. -La retina m es una membrana que recibe la impresión de la luz y la trasmite al cerebro por medio de un nervio n, denominado nervio óptico, que parte del cerebro, penetra en el ojo y se pierde en la retina en forma de una red nerviosa.
El nervio óptico y la retina sólo poseen la propiedad especial de recibir y de transmitir al cerebro la impresión de las imágenes, de modo que son completamente insensibles a la acción de los cuerpos vulnerantes. Estos órganos se han dilacerado, pinchado y cortado sin que diesen los animales sometidos a estos experimentos, muestras del más mínimo dolor.
Coroides. -La coroides k es una membrana interpuesta entre la retina y la esclerótica. Es esencialmente vascular, y está cubierta, sobre todo en su cara interna, de una materia negra semejante al pigmento de la piel de los negros, y destinada a absorber todos los rayos que no deben cooperar a la visión.
La coroides se prolonga en la parte anterior formando una serie de repliegues salientes g llamados procesos ciliares, y situados entre el iris y la cápsula cristalina, a la cual adhieren, formando a su alrededor un disco bastante parecido a una flor radiada. Sirve, por su tejido vascular, la coroides para trasportar la sangre al interior del ojo, y sobre todo, a los procesos ciliares.
502. Índices de refracción de los medios trasparentes del ojo. -Los índices de refracción de las partes trasparentes del ojo se han determinado por M. Brewster. Los hemos reunido en el cuadro siguiente, con el del agua, para que sirva de término de comparación.
| Agua. | 1,3358 | Cubierta exterior del cristalino. | 1,3767 | |||
| Humor acuoso. | 1,3366 | Centro del cristalino. | 1,3990 | |||
| Humor vítreo. | 1,3394 | Refracción media del cristalino. | 1,3839 |
503. Curvatura y dimensiones de las diversas partes del ojo humano:
| Radio de curvatura de la esclerótica. | 10 a 11 milímetros. | ||
| Id. de la córnea. | 7 a 8 | ||
| Id. de la cara anterior del cristalino. | 7 a 10 | ||
| Id. de la cara posterior. | 5 a 6 | ||
| Diámetro del iris. | 11 a 12 | ||
| Id. de la pupila. | 3 a 7 | ||
| Id. del cristalino. | 10 | ||
| Espesor del mismo. | 5 | ||
| Distancia de la pupila a la córnea. | 2 | ||
| Longitud del eje del ojo. | 22 a 24 |
La curvatura de la córnea, según M. Chossat, es la de un elipsoide de revolución alrededor de su eje mayor, y la del cristalino es igual a la de un elipsoide de revolución alrededor de su eje menor.
504. Trasmisión de los rayos en el ojo. -En vista de las diversos partes que componen el ojo, se puede comparar este órgano a una cámara oscura (491), cuya abertura es la pupila, el cristalino la lente convergente, y la retina la pantalla sobre la cual va a pintarse la imagen. El efecto es, pues, el mismo que el que origina en el foco conjugado de una lente bi-convexa la imagen de un objeto situado delante de la lente. Sea, en efecto, un cuerpo AB (fig. 362) que está delante del ojo, y consideremos los rayos que aquél emite desde un punto cualquiera A. De todos estos rayos, los que van dirigidos hacia la pupila son los únicos que penetran en el ojo y que se utilizan para la visión. Al entrar estos rayos en el humor acuoso, se refractan acercándose al eje Oo, tirado por el centro óptico del cristalino; encuentran luego a éste que los refracta de nuevo como una lente bi-convexa; y por fin, después de haber sufrido una última refracción en el humor vítreo, concurren en un punto a formando en él la imagen del A. Los rayos que parten del punto B van de igual manera en b a formar su imagen, resultando de aquí una imagen ab muy pequeña, real e invertida, que se produce exactamente en la retina cuando el ojo está bien conformado.
505. Inversión de las imágenes. -A fin de cerciorarse de que realmente están invertidas las imágenes que se forman en la retina, se toma un ojo de albino, porque la coroides de los ojos de estos animales carece de pigmento, y de consiguiente, puede atravesarla completamente la luz. Se desprende el tejido celular de la parte posterior, se le aplica al orificio de una cámara oscura, y se observa entonces con una lente que van a pintarse en la retina las imágenes invertidas de los objetos exteriores.
La inversión de las imágenes en el ojo ha sido objeto de serio estudio por parte de los físicos y de los fisiólogos, habiéndose propuesto varias teorías para explicar por qué razón no vemos invertidos los objetos. Unos han admitido que por costumbre y por una verdadera educación del ojo los vemos derechos, es decir en su posición relativa respecto a nosotros. Algunos creen que referimos el sitio real de los objetos en la dirección de los rayos luminosos que emiten, y que, cruzándose estos rayos en el cristalino (fig. 362), ve el ojo los puntos A y B respectivamente en la dirección aA y bB, y por lo mismo aparece derecho el objeto: tal era la opinión de D�Alembert. Pero M. Muller, Volkmann y otros sostienen que, como lo vemos todo invertido, y no un objeto único entre otros, nada puede parecernos invertido, supuesto que carecemos entonces de término de comparación. Ninguna de estas teorías explica satisfactoriamente el fenómeno que nos ocupa.
506. Eje óptico, ángulo óptico, ángulo visual. -Denomínase eje óptico principal de un ojo, su eje de figura, es decir, la recta con relación a la cual es simétrico. En un ojo bien conformado, es la recta Oo (fig. 363) que pasa por el centro de la pupila y por el del cristalino. Las líneas Aa, Bb, que son sensiblemente rectilíneas, son ejes secundarios. En la dirección del eje óptico principal, ve el ojo con más limpieza los objetos.
El ángulo óptico es el ángulo BAC (fig. 363) formado por los ejes ópticos principales de los dos ojos, cuando están dirigidos hacia un mismo punto. Este ángulo es tanto menor, cuanto más lejanos se hallan los objetos.
El ángulo visual es el AOB (fig. 364), bajo el cual se ve un objeto, es decir, el ángulo formado por los ejes secundarios tirados desde el centro óptico del cristalino a las extremidades opuestas del objeto. Para una misma distancia, decrece este ángulo con el tamaño del objeto, y para un mismo objeto, disminuye con la distancia, conforme sucede si pasa el objeto de AB a A�B�. Resulta de aquí; que los objetos aparecen tanto más pequeños, cuanto más distan, porque cruzándose los ejes secundarios AO, BO en el centro del cristalino, depende del valor del ángulo visual AOB el tamaño de la imagen proyectada sobre la retina.
507. Apreciación de la distancia y de la magnitud de los objetos. -La apreciación de la distancia y de la magnitud depende del concurso de muchas circunstancias, que son: el ángulo visual, el ángulo óptico, la comparación con objetos cuyo tamaño nos es familiar, y la diminución de limpieza de la imagen por la interposición de un aire más o menos vaporoso.
Cuando se conoce el tamaño de un objeto, como la estatura de un hombre, la altura de un árbol o de una casa, se aprecia su distancia por la abertura del ángulo visual bajo el cual se le ve. Si no se conoce el tamaño, se le juzga relativamente al de los objetos que lo rodean.
Una columnata, o una calle de árboles, parece que disminuyen de tamaño a medida que aumenta su distancia, porque decrece el ángulo visual; pero la costumbre de ver columnas y árboles con su altura regular hace que nuestro juicio rectifique la apariencia producida por la visión. De igual manera, por más que veamos un grupo de montañas muy lejanas según un ángulo muy pequeño, y aunque ocupen un corto espacio en el campo de la visión, les restituimos su grandor natural, si estamos habituados a los efectos de la perspectiva aérea.
El ángulo óptico también es un elemento esencial para apreciar la distancia, pues, como aumenta o disminuye según se acerquen o se alejen los objetos, nos da una idea de ésta el movimiento que imprimimos a nuestros ojos para que sus ejes ópticos concurran hacia el objeto que miramos. Con todo, sólo un largo hábito llega a establecer así una relación entre la distancia que nos separa de los objetos y el correspondiente movimiento de nuestros ojos. Nótase, en efecto, que los ciegos que recobran la vista mediante la operación de la catarata, juzgan al principio que todos los objetos se hallan a igual distancia.
508. Distancia de la vista distinta. -Llámase distancia de la vista distinta la distancia a que deben hallarse los objetos para ser vistos con la mayor claridad. Esta distancia varía con los individuos, y con frecuencia, en un mismo individuo, de un ojo a otro. Para los objetos pequeños, como los caracteres de imprenta, es de 25 a 30 centímetros en el estado normal del ojo. Las personas que sólo ven a una distancia menor son miopes, y si ésta ha de ser mayor, son présbitas (519).
509. Facultad del ojo para adaptarse a todas las distancias. -El ojo posee una notable propiedad, que no se nota en igual grado en ningún instrumento de óptica: tal es la de que, si bien tienden las imágenes a formarse tanto más hacia la parte anterior de la retina, cuanto más lejanos se hallan los objetos (464), van siempre a constituirse sobre esta membrana; pues el ojo ve con limpieza a distancias muy variables, a contar de la que corresponde a la vista distinta. Con todo, si bien podemos ver con claridad a distancias muy desiguales, no sucede esto simultáneamente, lo cual indica alguna modificación en el sistema del ojo, o por lo menos, la necesidad de fijar nuestra atención sobre el objeto que deseamos ver. En efecto, si se miran dos objetos alineados, situados, por ejemplo, el uno a un metro y el otro a dos del ojo, fijándose en el primer objeto, parece nebuloso el segundo, mientras que, fijándose en éste, se vuelve a su vez nebuloso el primero. Dedúcese de aquí que, cuando el ojo se ha habituado a ver a una distancia, no lo está para ver a otra; pero que en cambio puede adaptarse sucesivamente a una y a otra.
Muchas hipótesis se han propuesto para explicar cómo puede ver distintamente el ojo a distancias muy diferentes. M. Mile y M. Pouillet creen que son su causa las dilataciones y contracciones de la pupila. El primero opina que los rayos luminosos sufren en los bordes del iris una difracción o inflexión que puede originar distancias locales muy distintas. Fundándose en la desigual refrangibilidad del cristalino, que decrece desde el centro a la circunferencia, y observando que deben resultar de este hecho una serie de focos, formados los más cercanos por los rayos que atraviesan al cristalino más próximos a su centro, admite M. Pouillet que, abriéndose más o menos la pupila, se ven los objetos lejanos por los bordes del cristalino, y los más inmediatos por el centro. Obsérvase, efectivamente, que las contracciones o dilataciones del orificio pupilar se hallan enlazadas con la disposición del ojo a las distancias; pero conviene notar que lo están igualmente con las variaciones de intensidad de la luz, y que para una misma sustancia puede variar en mucho la abertura de la pupila.
Rohaut, Olbers y otros han emitido la opinión de que el diámetro del ojo, de la parte anterior a la de atrás, varía bajo la influencia de los músculos que ponen en movimiento este órgano, acercando o alejando la retina del cristalino, al mismo tiempo que a éste se aproxima o se aparta la imagen, pues ya sabemos (460) que en las lentes convergentes se acerca a la imagen a medida que se aleja el objeto.
Hunter y Young han atribuido al cristalino una propiedad de contracción, en virtud de la cual adquiere una forma más o menos convexa, de modo que siempre convergen los rayos sobre la retina.
Keplero, Camper y otros muchos han admitido, que, por la acción de los procesos ciliares, puede acercarse más o menos el cristalino a la retina.
Por último, se ha supuesto que la limpieza de la visión a distancias muy diversas, puede reconocer por origen, no el que se muevan la retina o el cristalino en términos de que la imagen vaya a formarse siempre sobre la retina, sino el que las variaciones que sufre la distancia focal del cristalino a medida que se alejan los objetos, son bastante pequeñas, para que aún conserve la imagen suficiente limpieza.
Los experimentos de M. Magendie y los de Haldat confirman esta última teoría. Observó el primero, con un ojo de albino, que la claridad de las imágenes no variaba en objetos situados a distancias muy desiguales; y de Haldat encontró que, si se coloca un cristalino como objetivo en la ventana de una cámara oscura, se obtienen sobre un vidrio deslustrado imágenes igualmente distintas de los objetos exteriores, así a la distancia de 3 a 4 decímetros, como a las de 20 a 30 metros. Parece contraria a las leyes de la refracción esta propiedad del cristalino en el estado de inercia; pero hay que atribuirla a la estructura de este órgano, que se distingue por completo de las lentes ordinarias. De Haldat no ha explicado estos fenómenos, pero a Sturm somos deudores de la siguiente teoría.
510. Teoría de la visión de M. Sturm. -Para explicar de qué manera puede adaptarse el ojo a todas las distancias, observa M. Sturm que según los trabajos de los fisiologistas Young, Chossat y otros, no son esféricas las curvaturas de los diferentes medios del ojo, y que, por lo mismo, no puede asimilarse de un modo absoluto este órgano a un sistema de lentes homogéneas y esféricas yuxtapuestas sobre un mismo eje, y que el cristalino, en particular, no es comparable con una lente esférica ordinaria. Admite, por fin, que debemos considerar el ojo como formado por muchos medios desigualmente refringentes, separados por superficies que no sólo no son esféricas, sino que no forman un sistema simétrico alrededor de un eje común.
Apoyándose en consideraciones geométricas relativas a las superficies conocidas en matemáticas con el nombre de superficies gauchas o alabeadas, busca Sturm la forma que acepta un haz luminoso muy delgado, que se ha refractado sucesivamente en distintos medios que no son igualmente refringentes. Considerando el caso en que atraviese el haz un diafragma de abertura muy pequeña, cuyo plano es perpendicular al eje de aquél, y suponiendo los rayos luminosos emanados de un punto situado sobre este eje, halla M. Sturm, por medio del cálculo, que las intersecciones sucesivas de estos rayos forman una superficie cáustica (467) que encuentra al eje del haz en dos puntos, entre los cuales está el haz más condensado que en todos los restantes. M. Sturm ha denominado a estos dos puntos, que designaremos con las letras F y f los focos del haz, y la distancia que los separa intervalo focal del mismo. Aplicando a la visión las consideraciones teóricas que preceden, se expresa M. Sturm en estos términos:
�Se ha admitido generalmente que para ver de un modo distinto un punto luminoso, era preciso que los rayos emanados de éste fuesen a formar su foco en la retina, o por lo menos, muy cerca de ella. Pero las consideraciones que preceden prueban a mi modo de ver, que no hay un foco o punto único de convergencia, sino que hay siempre, para un haz muy delgado que ha penetrado en el humor vítreo y que va a encontrar la retina, lo, que he llamado más arriba intervalo focal, que puede ser más o menos largo. No es posible que llegue a ser absolutamente nulo dicho intervalo en el ojo, porque ofrece éste una reunión de varios medios desigualmente refringentes (en número de tres, por lo menos, sin contar la córnea), separados por superficies que no son rigurosamente esféricas, ni siquiera simétricas con relación a un eje común.
�Creo, pues, que en el ojo, el intervalo focal propio de cada haz que proviene de un punto exterior, no es nulo, sino muy pequeño, es decir, de 1 o 2 milímetros a lo sumo. Admito, según la opinión general de los fisiólogos, que sólo la retina recibe la impresión de la luz (o, según Mariotte y Brewster la cubierta coroides que se halla inmediatamente debajo de la retina, por ser ésta trasparente). Siendo casi perpendicular a la superficie de la retina la dirección del rayo central sobre el cual se encuentran los focos F, f, se verá con la suficiente claridad el punto de donde emanan los rayos luminosos si la línea Ff, aunque muy corta, encuentra a la retina en un punto situado entre F y f, o bien un poco más allá de F o más acá de f; porque entonces el tenuísimo haz luminoso que dejó pasar la pupila, interceptará sobre la superficie de la retina un espacio sumamente reducido, incomparablemente menor que la sección hecha en este haz muy cerca del cristalino�.
En resumen, en la teoría de M. Sturm el sitio en donde puede actuar la luz sobre la retina no es un punto único, sino un foco lineal Ff, en toda la extensión del cual se halla bastante condensado el haz luminoso que penetra en la pupila para producir en el ojo la sensación de la visión. De consiguiente cuando se alejan o se acercan los objetos luminosos, basta, para que veamos distintamente, que se halle siempre comprendida la retina entre los dos focos F y f, o que coincida sensiblemente con uno de ellos.
511. Vista simple con los dos ojos. -Cuando los dos ojos se fijan sobre un mismo objeto, se forma una imagen en cada retina, y sin embargo, no vemos más que un objeto. Para explicar la vista simple con los dos ojos, admitía Gassendi que en un mismo instante no se efectúa más que la percepción de una de las imágenes, lo cual es inadmisible después de los experimentos de M. Weathstone, que no tardaremos en explicar.
Taylor y Wollaston opinan que dos puntos homólogos hacia la derecha o hacia la izquierda, sobre las dos retinas, corresponden a un mismo filete nervioso cerebral de la derecha o de la izquierda, bifurcado en el entrecruzamiento de los dos nervios ópticos. Esta opinión se halla acorde con un hecho que se observa en algunos individuos, o sea la parálisis transitoria de la retina, por mitad y del mismo lado en cada ojo, de la derecha o de la izquierda simultáneamente, de suerte que los enfermos no ven más que la mitad derecha o la izquierda de los objetos. Wollaston y Arago observaron en sí mismos esta afección de la retina.
M. Brewster atribuye la unidad de sensación a la costumbre que adquirimos de referir a un mismo objeto las impresiones simultáneas, producidas sobre las dos retinas.
He ahí los principales hechos que se observan en la visión con los dos ojos: se ve más claro con dos ojos que con uno solo, y en efecto, mirando un objeto con un solo ojo primero, y luego con los dos, es muy sensible la diferencia de brillo.
Cuando cada ojo se fija sobre un objeto distinto, de modo que los dos ejes ópticos concurran más allá o más acá de estos objetos, pueden producirse notables ilusiones de óptica. Por ejemplo, si se miran dos objetos idénticos y de pequeñas dimensiones a y b, por medio de dos tubos aisladores que den a los ejes ópticos de ambos ojos las direcciones concurrentes aO y bO (fig. 365), no se ve más que un objeto único, aunque más lejano, en el punto de encuentro O de los dos ejes.
Si este punto de cruzamiento de los dos ejes se halla delante de los puntos que se miran (fig. 366), no se ve tampoco más que un solo objeto, si bien más aproximado al punto O.
Si los objetos a y b son dos pequeños discos, rojo el uno y verde el otro, se ve un disco blanco, porque son complementarios los dos colores enumerados (474). Estos diversos experimentos demuestran que las impresiones en ambos ojos son simultáneas, y que se superponen para causar una sensación única.
M. Wheatstone ha hecho numerosos experimentos que revelan una diferencia esencial entre las visiones binocular y uniocular; pues sólo con los dos ojos podemos tener una percepción clara del relieve de los cuerpos, es decir, de sus tres dimensiones. Es también probable que si puede apreciarse con un solo ojo el relieve, es porque nos son generalmente conocidos los objetos que miramos. En efecto, en la visión binocular, cuando se halla a corta distancia el objeto, como deben converger los dos ejes hacia aquél, resulta que varía la perspectiva para cada ojo, y que las dos imágenes son sensiblemente desiguales. Es fácil comprobar este hecho mirando alternativamente un mismo objeto con cada ojo; pues de la percepción simultánea de estas dos imágenes resulta, al parecer, la percepción del relieve, conforme lo demuestra el experimento que sigue.
512. Estereóscopo. -M. Wheatstone ha ideado un aparato ingenioso, el estereóscopo, que sirve para hacer sensible el efecto de la visión con los dos ojos, a fin de apreciar el relieve de los cuerpos. Este aparato, modificado por M. Brewster, consiste en una cajita de madera, cuya pared superior posee dos tubos directores de los ejes ópticos. En el fondo de la caja existen dos dibujos, que cada ojo ve aisladamente al través de un vidrio convergente colocado en los tubos. Dichos dibujos representan el mismo objeto, pero visto bajo distinta perspectiva, que es precisamente la que correspondería al eje óptico de cada ojo si mirase el objeto a corta distancia. Resulta que, mirando al través de los dos tubos, recibe cada ojo la misma impresión que si mirase el objeto, siendo tan distinta y viva la percepción del relieve, que es completa y verdaderamente sorprendente la ilusión.
Por medio del estereóscopo se han cerciorado M. Foucault y el doctor Regnault de que, cuando dos colores distintos impresionan simultáneamente ambas retinas, no se percibe más que un solo color mixto; pero también observaron que la aptitud para la recomposición de las dos tintas en una, varía de un modo notable, según los individuos, pudiendo ser excesivamente débil, y hasta nulo en algunas personas. Iluminando con dos haces de colores complementarios (474) dos discos blancos, colocados en el fondo del estereóscopo, y mirando cada disco colorado con un ojo, se nota un disco blanco único, lo cual demuestra que la sensación de la luz blanca puede nacer de dos impresiones cromáticas complementarias y simultáneas en cada una de las dos retinas.
513. Parte insensible de la retina. -La retina no es igualmente sensible en todas sus partes, según lo prueba el siguiente experimento de Mariotte: márcanse dos puntos negros sobre papel blanco, distantes entre sí algunos centímetros, y luego, acercando mucho el papel al ojo, se fija el punto de la izquierda con el ojo derecho, lo cual no impide ver el otro punto; pero si se aleja lentamente el papel, desaparece a cierta distancia el punto de la derecha, para reaparecer muy pronto si se prosigue alejándose el papel. Lo propio sucede mirando el punto de la derecha con el ojo izquierdo.
Mariotte notó que en el momento en que cesa de ser visible el punto, se proyecta su imagen sobre la inserción misma del nervio óptico, en la parte interna e inferior del ojo. Se ha dado el nombre de punctum caecum a este punto insensible a la acción de la luz.
514. Persistencia de la impresión sobre la retina. -Cuando se hace girar con rapidez un carbón incandescente, se percibe como una especie de faja continua de fuego; también la lluvia que cae en forma de gruesas gotas, aparece en el aire como una serie de filetes líquidos. Dependen estas apariencias, de que la impresión de las imágenes sobre la retina resiste aun después de haber desaparecido o mudado de lugar el objeto que la produjo. La duración de esta persistencia varía con la sensibilidad de la retina y la intensidad de la luz. M. Plateau, de Bruselas, ha encontrado por diferentes métodos, que es, por término medio, de medio segundo.
La impresión de los colores persiste también como la de la forma de los objetos; porque si se hacen girar círculos divididos en sectores diversamente colorados, se confunden y originan la sensación del color que resultaría de su mezcla. El azul y el amarillo producen el verde; el amarillo y el rojo, el anaranjado; el azul y el rojo, el violeta; y los siete colores del espectro, el blanco, conforme lo demuestra el disco de Newton (472, 5.�).
Existen curiosos y numerosos aparatos cuyos efectos se explican por la persistencia de la sensación sobre la retina. Tales son el thaumatropo, el phenakistikopo, la rueda de Faraday y el kaleidofono.
515. Imágenes accidentales. -Colocando un objeto colorado sobre un fondo negro, y mirándolo con fijeza durante cierto tiempo, se fatiga muy pronto la vista y se debilita la intensidad del color; dirigiendo entonces los ojos sobre un cartón blanco, o al suelo, se percibe una imagen de la misma forma que el objeto, pero de un color complementario (474), es decir, que formaría el blanco si estuviese reunido con el del objeto. La imagen de un objeto verde es roja, y recíprocamente; y si el objeto es amarillo, representa violada la imagen. Buffon dio a conocer estas apariencias coloreadas, designándolas con el nombre de imágenes o de colores accidentales.
Persisten tanto más tiempo los colores accidentales, cuanto el objeto ha sido iluminado con más viveza y cuanto más prolongada haya sido la acción de la luz. No desaparecen, en general, de una manera progresiva y continua, sino que ofrecen de ordinario desapariciones y reapariciones alternativas. Obsérvase también que si, después de contemplar un objeto coloreado, se cierran rápidamente los ojos, preservándolos lo más que sea dable de la luz, por medio de una tela bien tupida, no por eso dejan de aparecer las imágenes accidentales.
Muchas teorías se han propuesto para explicar el fenómeno de los colores accidentales. Darwin admitió:
1.� Que la parte de la retina fatigada por un color, queda insensible a sus rayos, impresionándola ya solamente su color complementario;
2.� Que esta parte de la retina adquiere espontáneamente un modo de acción opuesto, que produce la sensación del color complementario.
La primera parte de esta teoría no explica el hecho anterior de aparecer en la oscuridad también los colores accidentales; y la segunda es el enunciado mismo del fenómeno de las imágenes accidentales.
516. Irradiación. -La irradiación es un fenómeno por medio del cual los objetos blancos o de un color muy vivo, vistos sobre un fondo oscuro, aparecen con dimensiones mayores que las que les son propias. Lo contrario sucede con un cuerpo negro visto sobre un fondo blanco. Admítese que proviene la irradiación, de que la impresión sobre la retina se propaga a mayor o menor distancia del contorno de la imagen.
El efecto de la irradiación es muy sensible respecto al tamaño aparente de los astros, que pueden así aparecer mayores en mucho a lo que en realidad lo son.
Por las investigaciones de M Plateau se ve que varía considerablemente la irradiación según las personas, y con relación a un mismo individuo según los días. Dicho físico ha demostrado, además, que crece la irradiación con el brillo del objeto y la duración de la mirada. Por fin, se manifiesta a todas las distancias; la aumentan las lentes divergentes y la disminuyen las convergentes.
517. Aureola accidental; contraste de los colores. -Denomínanse aureolas accidentales los colores que, en vez de suceder a la impresión de un objeto, como los accidentales, aparecen alrededor del objeto mismo cuando se te mira con fijeza. La impresión de la aureola es opuesta a la del objeto, es decir, que siendo éste claro, es aquélla oscura, y vice-versa.
El contraste de los colores es una reacción recíproca que se ejerce entre dos colores inmediatos, reacción en virtud de la cual se añade a cada uno de ellos el color complementario del otro. M. Chevreul ha observado este contraste, lo ha estudiado profundamente, y ha formulado su ley. Se explica el contraste de los colores por la influencia recíproca de las aureolas accidentales.
M. Chevreul ha encontrado que, yuxtaponiendo los colores rojo y anaranjado, pasa el primero a violeta, y el segundo a amarillo. Si se hace el experimento con el rojo y el azul, pasa éste al verde y aquél al amarillo; con el amarillo y el azul, a anaranjado el primero y a añil el segundo, y así sucesivamente en muchas combinaciones. Fácilmente se comprende cuánto interesa el saber apreciar el contraste de los colores en la fabricación de las telas y de los tapices.
518. El ojo no es acromático. -Durante mucho tiempo se ha atribuido al ojo humano un acromatismo perfecto (479); pero no es admisible de un modo absoluto esta opinión, después de los diversos experimentos de Wollaston, de Young, de Fraünhofer y de Muller.
Observó Fraünhofer que, en un anteojo de dos lentes, iluminado únicamente con luz roja, se veía distintamente al través del ocular, un hilo muy fino, situado en el interior del instrumento, en el foco del objetivo; pero que deja de ser visible si la luz es violada aun cuando conserve el ocular la misma posición. Nótase que para ver de nuevo el hilo e recluso disminuir la distancia de las lentes mucho más de lo que indica el grado de refrangibilidad de la luz violada en la lente. Es preciso admitir, pues, en este experimento, que hay un efecto que depende de la aberración de refrangibilidad del ojo.
Examinando, por su parte, M. Muller, con un solo ojo un disco blanco sobre un fondo negro, encontró que es pura la imagen cuando está acomodado el ojo a la distancia del disco, es decir, cuando se forma en la retina la imagen; pero en caso contrario, esto es, si se forma delante o detrás de ésta, aparece rodeado el disco por una faja azul muy estrecha.
M. Muller dedujo de sus experimentos que es acromático el ojo mientras recibe la imagen a la distancia focal, o mientras se acomoda a la distancia del objeto. Hasta ahora no es posible decir cuál sea con exactitud la causa de este acromatismo aparente del ojo; mas por punto general se atribuye a la tenuidad de los haces luminosos que pasan por la abertura pupilar, y a que, encontrando los rayos desigualmente refrangibles las superficies de los medios del ojo bajo incidencias casi normales, están muy poco refractados, y por lo tanto, que es insensible la dispersión (478).
Ya hemos visto (501) de qué manera corrige la aberración de esfericidad el iris, que es un verdadero diafragma que intercepta los rayos marginales que tienden a cruzar el cristalino, dando paso únicamente a los más inmediatos al eje.
519. Miopía; presbitismo. -Las afecciones más comunes del órgano de la vista son la miopía y el presbitismo. Consiste la miopía en no ver más que a una distancia menor que la de la vista distinta ordinaria, de suerte que las personas que la padecen, no ven con claridad sino los objetos muy aproximados. La causa ordinaria de la miopía es una convexidad demasiado grande de la córnea o del cristalino; pues siendo entonces muy convergente el ojo, en vez de formarse el foco sobre la retina, lo efectúa en la parte anterior, por lo que es confusa la imagen. Óbviase este defecto del ojo, por medio de cristales divergentes que, separando los rayos de su eje común, hagan retroceder el foco y lo proyecten sobre la retina.
La visión habitual de objetos pequeños y las observaciones microscópicas, pueden originar la miopía. Este vicio de conformación es común en los jóvenes, pero disminuye con la edad.
El presbitismo es el reverso de la miopía. En esta afección ve el ojo muy bien los objetos distantes, pero con poca limpieza los que están muy próximos. Depende el presbitismo de que, no siendo bastante convergente el ojo, va a formarse la imagen de los objetos inmediatos más allá de la retina; pero si los objetos se alejan, se acerca a ésta la imagen (460, 2.�); y cuando se hallan a la debida distancia, se forma con exactitud sobre dicha membrana. Entonces se ve con claridad.
El presbitismo se corrige por medio de anteojos de lentes convergentes, pues como aproximan los rayos antes de su entrada en el ojo, resulta que, si está bien elegida la convergencia, se produce exactamente la imagen en la retina.
Hace pocos años que sólo servían las lentes bi-convexas para los présbitas, y las bicóncavas para los miopes. Pero Wollaston fue el primero en proponer que se sustituyeran por lentes cóncavo-convexas C y F (fig. 302), dispuestas de manera que sus curvaturas tengan el mismo sentido que la del ojo. Estas lentes, que permiten ver los objetos lejanos que rodean al eje óptico, se denominan lentes periscópicas.
520. Anteojos. -Las lentes que usan los miopes y los présbitas, se designan con el nombre general de anteojos o de gafas. Grábanse de ordinario sobre estas lentes números que marcan, en pulgadas, su distancia focal.
Se puede calcular el número que debe elegir un présbita o un miope, conocida la distancia a que ve distintamente. Para los présbitas se hace uso de la fórmula f=pd/d-p [1], en la cual, siendo f el número de la lente que se debe adoptar, p es la distancia de la visión distinta para las vistas ordinarias, distancia que vale 30 centímetros u 11 pulgadas francesas, y d la distancia de la visión distinta del individuo afectado de presbitismo.
La fórmula [1] se deduce de la igualdad 1/p-1/p�=1/f (468), reemplazando en ella p�, por d.
Se hace aquí uso de la fórmula [6] del párrafo 468 y no de la [5], porque estando la imagen que se ve en los anteojos en el mismo lado que el objeto, con relación a la lente, el signo de p� ha de ser contrario al de p, como en las imágenes virtuales, según el citado párrafo.
Para los miopes se calcula f por la fórmula 1/p-1/p�=-1/f, de las lentes divergentes (468), que da f=pd/p-d [2], reemplazando p� por d.
Propongámonos, por ejemplo, calcular el número de las lentes que debe elegir un présbita cuya vista distinta determina la distancia de 35 pulgadas, sabiendo que es 11 la de la visión ordinaria. Haciendo p=11 y d=35, en la fórmula [1] anterior, se deduce
La medida de la vista distinta se obtiene con bastante precisión por medio de un aparato que se denomina optómetro.
521. Diplopía. -La diplopía es una afección del ojo que hace ver dobles los objetos, es decir, que se ven dos en vez de uno. Por punto general, se sobreponen casi enteramente las dos imágenes siendo mucho más aparente la una que la otra. Puede provenir la diplopía del concurso de dos ojos desiguales; pero también puede afectar a un solo ojo. Este último caso depende, sin duda, de algún defecto de conformación en el cristalino, o en otras partes del ojo, que es causa de que se bifurque el haz luminoso y vaya a formar en la retina dos imágenes en vez de una. También puede estar más afectado de triplopía un solo ojo, pero en tal caso es excesivamente débil la tercera
522. Acromatopsia. -Denomínase acromatopsia una afección singular que nos vuelve incapaces de juzgar los colores, o por lo menos, algunos de ellos. En varios individuos es completa la insensibilidad, mientras que otros aprecian algunos colores. Las personas que experimentan esta afección distinguen muy bien los contornos de los cuerpos, las partes claras o las sombreadas, pero no las tintas.
M. d'Hombres-Firmas cita una persona atacada de acromatopsia, que había pintado en su aposento, encima de una puerta, un paisaje con el terreno, los árboles, las casas y los personajes azules. Habiéndole preguntado por qué no dio a cada objeto su color propio, contestó que lo había hecho para que tuviese el mismo que sus muebles, y éstos eran rojos.
Se designa también la acromatopsia con el nombre de daltonismo, porque la padecía Dalton, que la describió minuciosamente.
Capítulo VII
Manantiales de luz, fosforescencia
523. Diversos manantiales de luz. -Los distintos manantiales de luz son: el sol, las estrellas, el calor, las combinaciones químicas, la fosforescencia, la electricidad y los fenómenos meteorológicos. De estos dos últimos trataremos en los artículos Electricidad y Meteorología.
Desconócese el origen de la luz emitida por el sol y por las estrellas, si bien se admite que la sustancia inflamada que rodea al sol es gaseosa, pues la luz que despide este astro, lo mismo que la de las sustancias gaseosas inflamadas, no deja percibir resto alguno de polarización en los anteojos polariscopos (542).
En cuanto a la luz desarrollada por el calor, sienta M. Pouillet que principian a ser luminosos los cuerpos en la oscuridad a una temperatura de 500 a 600 grados, y a contar de este límite, la luz que emiten es tanto más viva, cuanto más elevada sea su temperatura.
Muchas combinaciones químicas desprenden luz por las altas temperaturas que las acompañan. Tal es el origen de las luces artificiales utilizadas para el alumbrado; porque, según se ha visto ya, las llamas no son más que materias gaseosas calentadas en términos de ser luminosas (402).
Volviéndose luminosos los cuerpos a una alta temperatura parece que el calórico se trasforma entonces en luz lo cual tendería a probar que estos dos agentes deben referirse a una sola y misma causa, sobre todo si se observa que, en general, los rayos luminosos van acompañados de otros que son caloríficos. No obstante no es completa la identidad, porque se conocen muchas sustancias que pueden lucir en la oscuridad sin desprender calor, o si lo desprenden es en cantidad inapreciable respecto a los instrumentos termométricos más sensibles.
Pasemos a describir esta propiedad, que se denomina fosforescencia.
524. Fosforescencia, sus gérmenes. -Denomínase fosforescencia la propiedad que poseen un gran número de sustancias de emitir luz, cuando se sitúan según condiciones determinadas.
M. Ed. Becquerel, que ha estudiado concienzudamente la fosforescencia, alcanzando resultados altamente notables, relaciona dicho fenómeno a las cinco causas que vamos a enumerar.
1.� La fosforescencia espontánea que poseen ciertos vegetales y animales, la cual es, por ejemplo, muy intensa en la fúlgora o portalinterna y en el lámpiro o luciérnaga (gusano de luz), el brillo de cuya luz varía según el imperio de su voluntad. Así mismo, en las regiones tropicales se halla cubierto el mar con suma frecuencia de una luz fosforescente bastante viva, originada por unos zoófitos muy pequeños. Estos animalillos difunden una materia luminosa tan sutil, que los señores Quoy y Gaimard, durante una expedición al Ecuador, observaron que introduciendo únicamente dos en un frasco lleno de agua, el líquido se volvía inmediatamente luminoso en la totalidad de su masa.
2.� La fosforescencia originada por la elevación de temperatura, que se manifiesta particularmente en ciertos diamantes en las variedades del espato flúor, que calentado a 300 o 400 grados, se vuelve repentinamente luminoso, proyectando un brillo azulado bastante intenso.
3.� La fosforescencia producida por efectos mecánicos, tales como el rozamiento, la percusión, la exfoliación, etc., y de la cual nos presenta un ejemplo el rozamiento entre los cristales de cuarzo, o bien cuando se rompe un pedazo de azúcar.
4.� La fosforescencia originada por la electricidad, como la que surge por el rozamiento del mercurio con el vidrio en el interior del tubo barométrico, y en particular la de las chispas eléctricas producidas, sea por medio de una máquina común, por una batería, o por el carrete, o broca de Ruhmkorff, aparato que describiremos al ocuparnos de la inducción.
5.� Y por último, la fosforescencia producida por la insolación, o sea por la acción de la luz solar, o de la luz difusa de la atmósfera. Un gran número de sustancias, después de haberse expuesto a la acción de la luz, brillan en la oscuridad con una luz intensa cuyo matiz e intensidad dependen de la naturaleza y del estado físico de dichas sustancias. Esta clase de fosforescencia es la que va a ser objeto de nuestra exposición, al resumir las investigaciones de M. Ed. Becquerel.
525. Fosforescencia producida por la insolación. -Se observó por vez primera esta clase de fosforescencia, en el año de 1604, en el fósforo de Bolonia (sulfuro de bario); pero M. Ed. Becquerel ha descubierto dicha propiedad en no gran número de otras sustancias. Las que la poseen en mayor grado son los sulfuros de calcio, de bario y de estroncio. Cuando estas sustancias se han preparado perfectamente después de la insolación, pueden brillar durante muchas horas en la oscuridad, y como este brillo surge igualmente, así en el vacío como en los gases, no puede atribuirse a una acción química, y si con mayor razón, a una modificación transitoria originada por la influencia de la luz.
Después de los sulfuros enumerados en el párrafo anterior, siguen, respecto al grado de su fosforescencia, un gran número de diamantes, en particular los amarillos y la mayor parte de las muestras de espato flúor; después la aragonita, los calcáreos concrecionados, la creta, la cal fosfatada, arseniatada y sulfatada, el nitrato de cal y el cloruro de calcio secos, el cianuro de calcio, muchas sales de base de estronciana, y finalmente, un gran numero de sustancias orgánicas, tales como el papel seco, la seda, el azúcar de caña, la de leche, el sucino, los dientes y otros.
M. Ed. Becquerel ha reconocido que los diferentes rayos del espectro impresionan desigualmente a cada sustancia, surgiendo el máximum respecto a las moradas y a una esfera aun mayor, correspondiendo en general el matiz emitido por los cuerpos fosforescentes, a rayos de menor refrangibilidad que los de la luz activa.
526. Fosforóscopo. -Cuando se efectúan experiencias con cuerpos, cuya fosforescencia se prolonga por algunos minutos, y aunque sólo sea por algunos segundos, hasta exponerlos a la luz solar o a la luz difusa durante algunos instantes, y luego situarlos en la oscuridad; entonces su brillo es muy aparente, en particular si se tiene la advertencia de mantener cerrados los ojos por algunos momentos; pero este método es insuficiente para los cuerpos cuya fosforescencia sólo dura un tiempo muy breve, en cuyo caso ha ideado M. Ed. Becquerel un ingenioso aparato, que designa con el nombre de fosforóscopo, y por cuyo medio puede observarse el cuerpo en el momento que actúa la luz, puesto que el intervalo que separa la insolación del examen puede ser tan breve como se quiera, y medirse con extrema precisión.
Este aparato, construido por M. Duboscq, consta de un cajón cilíndrico AB (fig. 367) de palastro ennegrecido, cerrado completamente, con la sola excepción de sus dos fondos, en los cuales existen dos aberturas opuestas, y cuya forma es la de un sector circular, siendo visible una sola de ellas o en la figura a la cual nos contraemos. El cajón, si bien se halla fijo, se encuentra atravesado en su centro por un eje móvil, en el cual se fijan dos pantallas circulares MM y PP de palastro negro (fig. 368), con cuatro aberturas cada una, de forma igual a las que antes se han descrito, pero alternadas, de suerte que las partes llenas o sólidas de una pantalla correspondan constantemente a las partes vacías o cortadas de la otra. Finalmente, una y otra pantalla se hallan encerradas en el cajón, y sobre su eje existe un pequeño piñón exterior que recibe el movimiento de un manubrio m, por medio de una serie de grandes ruedas que engranan con los piñones, a fin de aumentar su velocidad.
Para estudiar con el auxilio del aparato que nos ocupa la fosforescencia de una sustancia cualquiera, se coloca un fragmento a de la misma sobre un estribo interpuesto entre las dos pantallas giratorias, resultando en virtud de esta disposición, que jamás puede pasar la luz a un mismo tiempo por las aberturas opuestas de las paredes A y B del cajón porque siempre hay entre ellas una de las partes llenas de la pantalla MM o de la PP. Por lo tanto, cuando la luz que viene del otro lado del aparato se proyecta sobre el cuerpo a, éste ya no será visible respecto al observador que está mirando la abertura o, puesto que entonces le tapará uno de los llenos de la pantalla PP; y recíprocamente, siempre que dicho observador vea el cuerpo a, éste dejará de encontrarse alumbrado, por interceptar la luz los llenos de la otra pantalla MM. Surgirán, pues, apariciones y eclipses del cuerpo a; los últimos, durante el tiempo en que cese de hallarse alumbrado, y las primeras, durante el intervalo en que lo esté. Respecto al tiempo que media entre el eclipse y la aparición, depende de la velocidad de rotación de las pantallas. Supongamos, por ejemplo, que efectúen 150 revoluciones por segundo; en este caso, como una vuelta de las pantallas se verifica en 1/150 de segundo, habrá en el mismo espacio de tiempo cuatro apariciones y cuatro eclipses. Por consiguiente, el intervalo que medie entre el instante en que actúa la luz y el en que se observa el cuerpo, será 1/8 de 1/150 de segundo, o unos 0,0008 de segundo.
Expuestos los detalles que acabamos de describir, manifestaremos, que para efectuar experiencias con el fosforóscopo, hay que encerrarse en una cámara oscura, y situándose detrás del aparato, por el lado de los engranes, dirigiendo por el otro sobre la sustancia a un rayo de luz, bien solar o eléctrica. Comunicando entonces a las pantallas una rotación más o menos rápida aparece luminoso el cuerpo a por trasparencia continua, tan pronto como el intervalo entre la insolación y la observación es menor que lo que dura la fosforescencia del cuerpo. Por este medio experimental, M. Ed. Becquerel ha visto que muchos cuerpos, que no eran luminosos por el procedimiento ordinario, lo son con el fosforóscopo: tal es, por ejemplo, el espato de Islandia. Las sustancias que presentan el brillo más intenso, son los compuestos de uranio, que empiezan a difundir una claridad verde muy viva, cuando puede verlos el observador 0,003 o 0,004 de segundo después de la insolación; en cambio otras muchas sustancias no atestiguan ningún efecto en el fosforóscopo, como son el cuarzo, el fósforo, los metales y los líquidos.
Capítulo VIII
Doble refracción, interferencias, polarización
527. Doble refracción. -Sabemos ya (445) que la doble refracción es la propiedad que poseen muchos cristales de dar origen con un solo rayo incidente, a dos rayos refractados, resultando de aquí que cuando se mira un objeto al través de estos cristales, se le vea doble. Bartholin fue el primero que observó la doble refracción en 1647; pero a Huyghens le cupo la gloria de dar de ella, en 1673, una teoría completa.
Los cristales que poseen la doble refracción se llaman bi-refringentes. Esta propiedad se observa en grados desiguales en cuantos no pertenecen al sistema cúbico. Los cuerpos cristalizados en este sistema, y los que no cristalizan, como el vidrio, no poseen refracción doble; pero pueden adquirirla accidentalmente, cuando se comprimen con desigualdad, o bien por el temple, es decir, por el enfriamiento después de calentados. Jamás son bi-refringentes los líquidos ni los gases. El cuerpo más notable entre todos es el espato de Islandia o cal carbonatada.
Fresnel ha explicado la doble refracción por una densidad desigual del éter, en los cristales bi-refringentes; de donde resulta una velocidad de movimiento vibratorio más rápido en cierta dirección, determinada por el estado molecular del cristal. Esta hipótesis se encuentra confirmada por la propiedad que adquiere el cristal de quedar bi-refringente por la templadura y por la compresión (555).
528. Cristales de un eje. -En un cristal dotado de doble refracción, hay siempre una o dos refracciones, en las cuales no se observa más que la refracción sencilla, es decir, que no se ve más que una imagen de los objetos. Estas direcciones se llaman ejes ópticos o ejes de doble refracción, si bien es impropia esta última denominación, pues precisamente no se efectúa la doble refracción en el sentido de estos ejes.
Denomínanse cristales de un eje los que no ofrecen más que una dirección en la cual no se bifurca la luz, y cristales de dos ejes los que presentan dos.
Los cristales de un eje, de uso más frecuente en óptica, son: el espato de Islandia, el cuarzo y la turmalina. El espato de Islandia tiene la forma de un romboedro cuyas caras están inclinadas 150� 5� (fig. 369). Las caras, en número de seis, son rombos que se reúnen, de tres en tres, por sus ángulos obtusos, en las extremidades de una recta ab, que es el eje de cristalización.
Respecto a los cristales de un eje ha encontrado M. Brewster la siguiente ley general: el eje de doble refracción coincide siempre con el de cristalización.
Denomínase sección principal de un cristal de un eje, el plano que, pasando por el eje óptico, es perpendicular a una cara natural o artificial del cristal.
529. Rayo ordinario y rayo extraordinario. -De los dos rayos refractados en los cristales de un eje, sigue siempre uno de ellos las leyes de la refracción simple (446), pero no el otro; es decir, que no es constante la relación entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción, y que el plano de refracción no coincide con el de incidencia. El primer rayo es el ordinario, y el segundo el extraordinario, por lo que las imágenes que les corresponden reciben a su vez respectivamente los nombres de ordinaria y extraordinaria.
El rayo ordinario y el rayo extraordinario tienen índices diferentes: en ciertos cristales es mayor el índice del rayo ordinario; en otros lo es el del extraordinario. Fresnel llamó a los primeros cristales negativos, y a los últimos cristales positivos. El espato de Islandia, la turmalina, el zafiro, el rubí, la esmeralda, la mica, el prusiato de potasa y el fosfato de cal son negativos. El cuarzo, el circón, el hielo y el apofilito de un solo eje, son positivos. La clase de los cristales negativos es mucho más numerosa que la de los positivos.
La fig. 370 demuestra la marcha de los rayos en este fenómeno, pues el paralelogramo abcd representa un corte principal de un romboedro de espato de Islandia. Puesto éste sobre un cartón blanco, se mira al través un punto negro o marcado sobre el cartón. El rayo incidente que parte del punto o se divide en dos, oi y oe, que, refractándose desigualmente en la emergencia, dan al ojo dos imágenes o�, y o��.
Haciendo girar el romboedro sobre sí mismo, teniéndolo siempre aplicado sobre el cartón, queda fija la imagen ordinaria, pero la extraordinaria gira alrededor de la primera, lo cual indica que el plano del rayo refractado se mueve con relación al del de incidencia, y de consiguiente que el rayo extraordinario no sigue las leyes de la refracción simple.
530. Leyes de la doble refracción en los cristales de un eje. El fenómeno de la doble refracción, en los cristales de un eje, se halla sometido a las leyes siguientes:
1.� El rayo ordinario, sea cual fuere el plano de incidencia, sigue siempre las dos leyes generales de la refracción simple (446).
2.� En toda sección perpendicular al eje, el rayo extraordinario sigue también estas dos leyes como el ordinario; pero su índice de refracción no es el mismo que el de este último rayo, y de ahí la distinción de índices ordinario y extraordinario.
3.� En toda sección principal, no sigue el rayo extraordinario más que la segunda ley de refracción; es decir, coinciden los planos de incidencia y de refracción; pero no es constante la relación de los senos de los ángulos de incidencia y de refracción.
4.� No siendo la misma la velocidad de la luz para el rayo ordinario que para el extraordinario, la diferencia de los cuadrados de estas dos velocidades es proporcional al cuadrado del seno del ángulo que el rayo extraordinario forma con el eje.
Esta última ley es la traducción de una fórmula empírica dada por M. Biot para relacionar entre sí las velocidades de dos rayos. Dedúcese también de las fórmulas que obtuvo Fresnel por consideraciones puramente teóricas, y que son notables, por cuanto se puede deducir de ellas la fórmula de M. Biot.
Huyghens, que fue el primero en exponer una teoría completa de la doble refracción fundada en el sistema de las ondulaciones, dio a conocer una construcción geométrica muy notable, por medio de la cual se puede construir en todas sus posiciones, con relación al eje, el rayo refractado, cuando se conoce su incidencia; pero la teoría de Huyghens fue desechada por los físicos, hasta que Malus restableció su exactitud practicando numerosos experimentos.
531. Leyes de la doble refracción en los cristales de dos ejes. -Hay muchos cristales de dos ejes, como los de los sulfatos de níquel, de magnesia, de barita, de potasa, de hierro, el azúcar, la mica y el topacio del Brasil. En estos diferentes cristales acepta el ángulo de los dos ejes valores muy diferentes, pues varía desde 3 a 90 grados.
Fresnel ha descubierto por la teoría, y demostrado experimentalmente, que en los cristales de dos ejes ninguno de los rayos refractados sigue las leyes de la refracción simple; pero llamando línea media y línea suplementaria, a las que dividen el ángulo de los dos ejes y su suplemento en dos partes iguales, ha encontrado que, en toda sección perpendicular a la línea suplementaria, lo efectúa otro rayo.
Pronto se verán, en los aparatos de polarización, muchísimas aplicaciones de la doble refracción del espato de Islandia. Esta propiedad se utilizó también en el anteojo micrométrico de Rochon, que sirve para medir el diámetro aparente de los cuerpos, y para determinar la distancia de un objeto, cuando se conoce su tamaño.
Difracción, interferencias y anillos coloreados
532. Difracción y franjas. -La difracción es una modificación que sufre la luz al rasar el contorno de un cuerpo, o al atravesar una pequeña abertura, modificación en virtud de la cual parece que se doblan los rayos y que penetran en la sombra. Para observar el fenómeno de la difracción, se hace entrar un haz de luz solar en la cámara oscura por un orificio muy pequeño, y se le recibe sobre una lente convergente L, de foco corto (fig. 371). Fíjase un vidrio teñido de rojo en la abertura de la cámara para que no dé paso más que a la luz roja, y una pantalla opaca e, de borde delgado, y situada detrás la lente, más allá de su foco, intercepta la mitad del cono luminoso, mientras que la otra va a proyectarse sobre una lámina b, representada de cara en B. Obsérvase entonces dentro de la sombra geométrica limitada por la recta ab, una luz rojiza bastante viva, que decrece en intensidad a medida que los puntos de la placa distan más del límite de la sombra; y en la parte de la placa que debería estar uniformemente iluminada, se ve una alternativa de franjas oscuras y luminosas que van debilitándose gradualmente y acaban por desaparecer enteramente.
Los diversos colores del espectro dan origen al mismo fenómeno, pero con la diferencia de que las franjas son tanto más angostas, y de consiguiente, menos dilatadas, cuanto menos refrangible es la luz. Resulta de esta última propiedad que, cuando se experimenta con luz blanca, las franjas de cada color simple están separadas por su desigual difracción, y se presentan irisadas las que se forman sobre la pantalla B.
Si, en vez de interponer entre la lente L y la pantalla b los bordes de un cuerpo opaco, se coloca un cuerpo opaco, muy tenue, como un cabello o un alambre muy fino, no sólo hay también franjas alternativamente oscuras y luminosas en los dos lados de la porción de la pantalla que corresponde a la sombra geométrica del cuerpo, sino que en esta sombra misma se ven iguales alternativas de fajas oscuras y claras, es decir, que se producen entonces franjas exteriores e interiores.
El padre Grimaldi, de Bolonia, fue el primero que dio a conocer, en 1663, el fenómeno de la difracción y de las franjas, pero sin exponer su explicación. Newton trató de explicarlo en el sistema de la emisión, admitiendo una acción repulsiva que ejercen los cuerpos sobre los rayos luminosos; pero esto no nos daba razón de las franjas interiores. Tomás Young dijo, fundándose en el sistema de las ondulaciones, que dependía de la interferencia (533) de los rayos directos con los reflejados por los bordes de los cuerpos opacos. Pero, según esta teoría, la formación de las imágenes dependería de la naturaleza de los cuerpos opacos cuyos contornos va rasando la luz, y además, de su grado de pulimento, lo cual es contrario a la observación. Fresnel fue el primero que explicó todos los fenómenos de la difracción, fundándose siempre en la teoría de las ondas luminosas.
533. Interferencias. -Llámase interferencia una acción mutua que ejercen entre sí dos rayos luminosos cuando, emitidos por un mismo foco, se encuentran según un ángulo muy pequeño. Puede observarse sencillamente esta acción por medio del experimento que sigue: por dos aberturas circulares muy pequeñas, de igual diámetro y que disten muy poco entre sí, se da paso, en una cámara oscura, a dos haces de luz homogénea, de luz roja, por ejemplo, lo cual se obtiene fijando en los dos orificios de la cámara oscura vidrios teñidos de rojo, que sólo permiten la entrada a la luz de este color. Los dos haces forman así en la cámara dos conos luminosos que van a encontrarse a cierta distancia; se los recibe un poco más allá de su punto de encuentro, sobre un cartón blanco, y entonces se nota, en el segmento común a los dos discos que se producen sobre esta placa, franjas muy oscuras alternativamente rojas y negras. Pero, si se cierra una de las dos aberturas, desaparecen las franjas reemplazándolas una tinta rojiza casi uniforme, y de esta desaparición, cuando se intercepta uno de los haces, se deduce que son el resultado del encuentro de dos haces que se cruzan oblicuamente.
Débese este experimento a Grimaldi, quien había deducido la notable consecuencia de que la luz agregada a luz produce oscuridad. En el anterior experimento hay difracción, porque los rayos luminosos van rasando los bordes de las aberturas; pero sin necesidad de que intervenga este fenómeno, pueden hacerse interferir dos haces por medio del siguiente aparato de Fresnel.
Se sitúan uno junto a otro dos espejos M y N planos de metal (fig. 372), de suerte que forman un ángulo MON muy obtuso. Una lente semicilíndrica L, de foco corto, concentra delante de estos espejos un haz de luz roja, introducido en la cámara oscura, y que cae parcialmente sobre uno de los espejos y en parte sobre el otro. Después de reflejadas las ondas luminosas van a encontrarse según un ángulo muy pequeño, como lo indica la figura, más inmediato del espejo N que del M, y si entonces se reciben sobre una pantalla blanca, se observan en ella fajas alternativamente oscuras y brillantes, paralelas a la línea de intersección de los dos espejos, y simétricamente dispuestas a los dos lados del plano OKA, que pasa por dicha línea y que divide en dos mitades el ángulo que entre sí constituyen los rayos reflejados.
Interceptando la luz que cae sobre uno de los espejos, desaparecen las franjas; de manera que el resultado es idéntico al del experimento anterior.
Finalmente, si se hace pasar el haz ya reflejado por uno de los espejos, al través de una lámina de vidrio de caras paralelas, varía la situación de todas las franjas, a derecha o a izquierda, según una cantidad que aumenta con el espesor de la lámina. Este último experimento revela que la acción mutua de los rayos que se encuentran, se modifica por la sustancia que atraviesan, deduciéndose de aquí que se propaga la luz con menos velocidad en el vidrio que en el aire.
534. Principio de las interferencias. -No puede explicarse el fenómeno de las interferencias, lo mismo que el de la difracción, en el sistema de la emisión, pero sí en el de las ondulaciones, según lo efectuó satisfactoriamente Fresnel. Animadas, según este último sistema, las moléculas del éter de un movimiento de vaivén sumamente rápido (414), se llama longitud de ondulación el espacio que abraza la ida y la vuelta de cada molécula, y semiondulación sólo una u otra; de suerte que una ondulación completa se compone de dos semiondulaciones de sentido contrario. Ahora bien; cuando dos sistemas de ondulaciones de longitudes e intensidades iguales se propagan en una misma dirección, si uno de los dos va algo adelantado o retrasado con respecto al otro, exactamente un número par de semilongitudes de ondulación, se agregan los dos sistemas para imprimir al éter un movimiento en el mismo sentido, y se duplica la intensidad de la luz; más si, por el contrario, un sistema va retrasado un número impar de semiondulaciones, se destruyen los movimientos comunicados al éter, resultando de este hecho la oscuridad.
Tal es la explicación de las franjas oscuras y luminosas que se observaron en los experimentes de Fresnel y de Grimaldi. Las franjas que se ven en la difracción, se refieren a la misma causa.
Los dos experimentos anteriores (533) se practicaron con luz roja, y las franjas eran alternativamente negras y rojas; pero, si se repiten con luz blanca, están irisadas las franjas. Para explicar esta coloración, debe notarse que la anchura de las franjas varía con cada color simple; de manera que, cuando se hacen interferir dos haces de luz blanca, se separan las franjas que proceden de cada color, produciendo así la irisación que se observa.
Vese, por consiguiente, que esta explicación es la misma que la de los colores en la difracción.
535. Longitud de las ondulaciones, causa de los colores. -Midiendo con precisión el intervalo de dos franjas consecutivas, en el fenómeno de las interferencias, Fresnel ha deducido por el cálculo la longitud de las ondulaciones del éter, y ha reconocido que esta longitud no es la misma para todos los rayos coloreados, pero va aumentando del violeta al rojo, según lo demuestra la tabla siguiente:
| Colores simples. | Longitud media de las ondulaciones en millonésimas de milímetro. | |||
| Violado. | 423 | |||
| Añil. | 449 | |||
| Azul. | 475 | |||
| Verde. | 512 | |||
| Amarillo. | 551 | |||
| Anaranjado. | 583 | |||
| Rojo. | 620 | |||
La velocidad de la luz por segundo, siendo de 77000 leguas de a 4000 metros (420), es decir, de 308 millones de metros, se tendrá el número de ondulaciones correspondiente a cada color, por segundo, buscando cuántas veces la longitud de la ondulación correspondiente está comprendida en 308 millones; es decir, dividiendo este número por los de la tabla anterior; lo cual da para el violeta más de 728 millones de ondulaciones por segundo, y para el rayo rojo más de 496 millones. Correspondiendo así a cada color simple, un número de ondulaciones que le es propio, se ve que la teoría de las ondulaciones conduce a admitir que el número de vibraciones que efectúan las moléculas, en un tiempo dado, es el que determina la naturaleza de los colores, así como el número de ondas sonoras es el que produce los diferentes sonidos.
536. Colores de las láminas delgadas, anillos de Newton. -Todos los cuerpos diáfanos, sólidos, líquidos o gaseosos, reducidos a láminas suficientemente delgadas, aparecen coloreados con tintas sumamente vivas, sobre todo por reflexión. Los cristales que se exfolian en hojas muy delgadas, como la mica y el yeso, presentan este fenómeno, de la misma manera que el nácar y el vidrio soplado en una esferita muy delgada. Una gota de aceite, extendida rápidamente sobre una gran masa de agua, ofrece todos los matices del espectro en un orden constante. Una burbuja de jabón parece blanca primero pero, a medida que se hincha, van apareciendo brillantes tonos irisados, sobre todo en la parte superior, que es donde es más delgada la cubierta líquida que forma la burbuja. Dispónense estos colores en zonas concéntricas horizontales alrededor del vértice, que se le vuelve negro en el momento en que no hay el suficiente espesor para reflejar la luz, estallando entonces súbitamente la burbuja.
Newton fue el primero que estudió el fenómeno de los anillos coloreados en las burbujas de jabón. Deseando averiguar el espesor que hay entre el espesor de la lámina delgada, el color de los anillos y su extensión, producía éstos por medio de una capa de aire interpuesta entre dos vidrios, plano el uno, convexo y de foco muy largo el otro (fig. 373). Bien enjutas las dos superficies y expuestas en una ventana a la luz solar, de modo que se las vea por reflexión, le percibe en el punto de contacto una mancha negra rodeada de anillos coloreados, en número de seis o siete cuyas tintas van debilitándose gradualmente (fig. 374). Si se ven por trasmisión los vidrios, es blanco el centro, y los colores de cada uno de ellos son exactamente complementarios de los de los anillos por reflexión.
Con una luz homogénea, el color rojo por ejemplo, son sucesivamente negros y rojos los anillos, y de un diámetro tanto menor, cuanto más refrangible es el color; pero con la luz blanca están coloreados los anillos con los diferentes colores del espectro, lo cual proviene de que, teniendo los diversos colores simples diámetros distintos, no se superponen los anillos, sino que se separan más o menos.
Si la distancia focal de la lente (fig. 373) es de tres o cuatro metros, pueden observarse a simple vista los anillos; pero si aquélla es menor, hay que acudir a las lentes.
Calculando el espesor de la capa de aire comprendida entre la lámina y la lente, encontró Newton que, para los anillos oscuros, estos espesores son entre sí como la serie de los números pares 0, 2 4 6...; y que, para los anillos brillantes estos mismos espesores varían como la serie de los números impares 1, 3, 5, 7...; siendo independientes estas relaciones de la curvatura de la lente y del color de los rayos que la atraviesan. Newton encontró, además, que el espesor de la capa de aire interpuesta, disminuyendo a medida que la refrangibilidad aumenta, este espesor es de 161 millonésimas de milímetro para el rojo extremo del primer orden, es decir, correspondiente al primer anillo, mientras que para el violado extremo dicho espesor no es más que de 101 millonésimas de milímetro. Por último, para anillos del mismo orden, es decir, del mismo rango, los diámetros son tanto mayores, cuanto el color simple que cae sobre la lente es menos refrangible.
La coloración de las láminas tenues y de los anillos de Newton es un fenómeno de interferencia, que depende de que los rayos reflejados sobre la segunda superficie de la lámina interfieren con los que reflejó la primera. Proceden los anillos vistos por refracción de la interferencia de los rayos trasmitidos directamente con los que lo son después de dos reflexiones interiores sobre las caras de la lámina (428).
537. Fenómeno de los resaltos. -Llámase resalto, en óptica, una serie de rayas opacas y rayas trasparentes muy aproximadas entre sí. Tales son las líneas paralelas que se graban con diamante, sobre vidrio, para formar los micrómetros (484). Las rayas son aquí la parte opaca del resalto. Si se recibe por trasmisión la luz de una vela al través de uno de dichos resaltos que contenga 100 rayas por milímetro, se percibe una serie de pequeños espectros que tienen el rojo fuera y el azul dentro. Lo propio sucede mirando la llama de una vela al través de las barbas de una pluma situada cerca del ojo. Esta coloración es también un fenómeno de interferencia.
Polarización
538. Polarización por reflexión. -La polarización es una modificación particular de los rayos luminosos, en virtud de la cual, después de reflejados o refractados, no pueden reflejarse o refractarse de nuevo en ciertas direcciones. Se ha adoptado la palabra polarización para caracterizar estas nuevas propiedades de la luz, porque, para explicarlas en la teoría de la emisión, se admite que las moléculas luminosas tienen polos y ejes que, por la reflexión bajo cierto ángulo, siguen todas en un mismo sentido. La polarización fue descubierta, en 1810, por el físico francés Malus, que murió dos años después.
Se polariza la luz por reflexión o por refracción. Reflejada sobre una lámina de vidrio negro, se polariza la luz si el ángulo de incidencia con el vidrio es de 35� 25'. he aquí algunas de las propiedades del rayo polarizado:
1.� No sufre este rayo reflexión alguna al incidir sobre una segunda lámina de vidrio, según el mismo ángulo de 35� 25', si el plano de incidencia sobre ésta es perpendicular al de la primera; pero sí se refleja más o menos bajo las otras incidencias.
2.� Trasmitido por un prisma bi-refringente (552, 3�), no da más que una imagen, si la sección principal es paralela o perpendicular al plano de incidencia, mientras que en cualquiera otra posición, con relación a este plano, forma dos imágenes más o menos intensas.
3.� No puede trasmitirse por una lámina de turmalina (542, 2.�) cuyo eje de cristalización es paralelo al plano de incidencia, y al contrario, lo efectúa con tanta más facilidad, cuanto más se acerca el eje de la turmalina a la dirección perpendicular a este plano.
Todos los cuerpos pueden polarizar la luz por reflexión, como el vidrio, pero más o menos completamente y según ángulos de incidencia desiguales. El mármol negro, por ejemplo, polariza completamente la luz, mientras que el diamante, el vidrio ordinario y el vidrio de antimonio no la polarizan más que parcialmente. Los metales son los cuerpos que poseen un poder polarizante más débil.
539. Ángulo y plano de polarización. -El ángulo de polarización de una sustancia es el ángulo que debe formar el rayo incidente con una superficie plana y pulimentada de esta sustancia, a fin de que el rayo reflejado se polarice del modo más completo. Para el agua vale este ángulo 37� 15'; para el vidrio, 35� 25'; para el cuarzo, 32� 28'; para el diamante, 22�; y 33� 30' para la obsidiana, que es una especie de vidrio negro natural que polariza muy bien la luz.
M. Brewster ha expuesto respecto al ángulo de polarización la ley siguiente, notable por su sencillez: el ángulo de polarización es el de incidencia, para el cual el rayo reflejado es perpendicular al refractado. Con todo, no es aplicable esta ley a la luz reflejada por los cristales bi-refringentes.
En la polarización por reflexión, se denomina plano de polarización el plano de reflexión en el cual se polariza la luz; y dicho plano coincide con el de incidencia, y contiene, de consiguiente, al ángulo de polarización. En este plano, una vez reflejada la luz, no puede reflejarse según el ángulo de polarización en un plano perpendicular al primero; y tampoco es trasmisible en este plano por una turmalina de eje paralelo al plano. Todo rayo polarizado por refracción posee igualmente un plano de polarización, es decir, un plano en el cual se presentan las propiedades que acabamos de enunciar.
540. Polarización por simple refracción. -Cuando un rayo de luz no polarizada sobre una lámina de vidrio de caras paralelas, según el ángulo de polarización, sólo se refleja en parte, pues el resto atraviesa la lámina refractándose, y la luz trasmitida se polariza parcialmente en un plano perpendicular al de reflexión, y de consiguiente, al de polarización de la luz polarizada por reflexión. Observó además Arago que los haces reflejados y refractados contienen igual cantidad de luz polarizada, y que la reunión de estos dos haces produce la luz natural. Podemos considerar, pues, la luz ordinaria, como formada de dos haces iguales polarizados en ángulo recto.
Como una sola lámina de vidrio no polariza jamás por completo la luz, se pueden reunir muchas superpuestas, las cuales, por medio de reflexiones y refracciones sucesivas, producen un efecto más completo. Varias láminas de vidrio reunidas así, forman lo que se llama una pila de cristales, de que se saca partido frecuente para obtener un haz de luz polarizada.
541. Polarización por doble refracción. -Se polariza por doble refracción la luz, cuando atraviesa un cristal de espato de Islandia o de cualquiera otra sustancia bi-refringente. Los dos haces, distintos en su emergencia, en este caso, están ambos polarizados por completo, pero en distintos planos, que son exacta o muy sensiblemente perpendiculares entre sí. Para demostrarlo, se mira, al través de un romboedro de espato de Islandia, un punto negro marcado sobre un pliego de papel. A la simple vista se notan dos imágenes de igual brillo; pero si se interpone una turmalina que se hace girar en su propio plano, desaparece y reaparece dos veces en una revolución cada imagen, lo cual demuestra que los dos rayos emergentes están polarizados en planos perpendiculares entre sí (542, 2.�). Cesa la imagen ordinaria en el momento en que el eje de la turmalina es paralelo a la sección principal de la superficie de incidencia, y la extraordinaria, cuando el mismo eje es perpendicular a la citada sección. Dedúcese de aquí que el haz ordinario está polarizado en el plano de la sección principal, y el extraordinario en uno perpendicular a la misma.
542. Polariscopos o analizadores. -Llámanse polariscopos o analizadores unos instrumentitos que sirven para reconocer cuándo está polarizada la luz, y para determinar su plano de polarización Los analizadores más usados son el espejo de vidrio negro, una lámina delgada de turmalina, el prisma bi-refringente, el de Nicol y las pilas de cristales (540).
1.� Espejo negro. -Pronto veremos (fig. 378) que un espejo negro m da a conocer si la luz está polarizada, no reflejándose bajo el ángulo de polarización, cuando el plano de incidencia es perpendicular al de polarización: el espejo m es, pues, un analizador.
2.� Turmalina. -El analizador más sencillo es una lámina de turmalina parda, tallada paralelamente a su eje de cristalización. Este mineral, que es bi-refringente, posee la propiedad de dar paso a la luz natural solamente, y a la polarizada en un plano perpendicular a su eje, comportándose como un cuerpo opaco con la luz polarizada, cuyo plano de polarización es paralelo a este eje. Para servirse de este analizador, se le interpone entre el ojo y el haz luminoso que se desea observar, y luego se hace girar con lentitud la turmalina en su propio plano: si entonces presenta siempre el haz la misma intensidad, no contiene luz polarizada; pero si decrece y aumenta sucesivamente el brillo, comprende el haz tanta más luz polarizada, cuantas más variaciones de intensidad experimenta. En el acto del mínimum está determinado el plano de polarización por el eje de la turmalina y por el visual. El rayo extraordinario pasa por una turmalina tallada paralelamente al eje, pero el ordinario es absorbido por completo, a lo menos si es bastante colorada la turmalina.
3.� Prisma bi-refringente. -Constrúyense con el espato de Islandia prismas bi-refringentes que sirven de analizadores en muchos instrumentos de óptica, especialmente en el aparato de M. Biot para el estudio de la polarización circular (fig. 381). Es necesario que se hallen acromatizados estos prismas, porque cuando no es simple, la luz que los atraviesa, la descompone la refracción. Suéldase para esto al prisma de espato otro de vidrio, de un ángulo tal, que, refractándose la luz en sentido contrario destruye casi enteramente el efecto de la dispersión. Se obtiene el máximum de separación entre la imagen ordinaria y la extraordinaria, tallando el prisma bi-refringente de manera que sus aristas sean paralelas o perpendiculares al eje óptico del cristal.
Fijo el prisma bi-refringente en la extremidad de un tubo de cobre (fig. 375) se conoce que se halla completamente polarizado un haz luminoso que se hace pasar por este tubo, cuando, al darle vuelta, se notan, durante una revolución completa, cuatro posiciones rectangulares, en las cuales no se percibe más que una imagen. Desaparece la imagen ordinaria, cuando el plano de la sección principal es perpendicular al de polarización; y se borra la extraordinaria, cuando el plano de polarización coincide con la sección principal. En todas las demás posiciones que acepta el prisma bi-refringente, varía la intensidad relativa de las imágenes. Vese al mismo tiempo que el prisma bi-refringente puede servir para determinar la dirección del plano de polarización, pues basta buscar la posición de la sección principal del prisma, en la cual, siendo normal el haz incidente, se apaga la imagen extraordinaria.
4.� Prisma de Nicol. -El prisma de Nicol es el más precioso analizador, porque es completamente incoloro; polariza por completo la luz, y no trasmite más que un solo rayo polarizado en la dirección de su eje.
Para construirle, se toma un romboedro de espato de Islandia, de unos 20 a 30 milímetros de altura, por 8 o 9 de ancho, y se le corta en dos por un plano perpendicular al plano de las diagonales mayores de las bases, y que pase por los vértices obtusos más aproximados entre sí, y luego se unen las dos mitades en igual orden con bálsamo del Canadá. El paralelepípedo así construido, constituye el prisma de Nicol (fig. 376).
Siendo el índice de refracción del bálsamo del Canadá menor que el ordinario del espato de Islandia, y mayor que el extraordinario, resulta que al penetrar un rayo luminoso SC (fig. 377) en el prisma, sufre el rayo ordinario en la superficie ab la reflexión total, y acepta la dirección CdO, mientras que el extraordinario Ce es el único que pasa; es decir, que el prisma de Nicol, lo mismo que la turmalina, sólo deja pasar el rayo extraordinario. Puede servir, pues, de analizador, como la turmalina; y además, para obtener un haz de luz blanca polarizada, lo mismo que el prisma bi-refringente.
543. Aparato de Noremberg. -M. Noremberg ha ideado un aparato sencillo y poco costoso, que se usa para repetir la mayor parte de los experimentos relativos a la luz polarizada. Consta este aparato de dos columnas b y d (fig. 378), de cobre, que sostienen un cristal no azogado n, móvil alrededor de un eje horizontal. Un circulito graduado c indica el ángulo de este espejo con la vertical. Entre los pies de estas dos columnas existe un espejo azogado p, fijo y horizontal, y en su extremidad superior sostienen un platillo graduado i, en el cual puede girar un disco circular o. Tiene éste en el centro una abertura cuadrangular, con un espejo de vidrio negro m, que forma con la vertical un ángulo igual al de polarización. Por fin, puede fijarse por medio de un tornillo de presión un disco anular k, en las columnas a diferentes alturas. Un segundo anillo a, sostenido por el primero, puede aceptar diversas inclinaciones, y posee una pantalla negra e, con un orificio circular en su centro.
Formando el cristal n con la vertical un ángulo de 35� 25', es decir, igual al de polarización del vidrio, los rayos luminosos Sn, que le encuentran según dicho ángulo, se polarizan (538), reflejándose en la dirección np hacia el espejo p, que los repele en la dirección pnr. Después de haber atravesado el cristal n, cae el haz polarizado sobre el espejo negro m según un ángulo de 35� 25', pues forma este espejo precisamente el mismo ángulo con la vertical. Si se hace mover horizontalmente el disco o, al cual está fijo el espejo m, varía éste de posición, pero conservando siempre la misma inclinación, y se encuentran dos posiciones, en las cuales no refleja al haz incidente nr. Sucede esto cuando el plano de incidencia sobre este espejo, es perpendicular al de incidencia Snp sobre el cristal n. Tal es la posición que representa el grabado anterior. En cualquiera otra posición, el haz polarizado es reflejado por el espejo m en cantidad variable, observándose el máximum de luz reflejada cuando los planos de incidencia, sobre los espejos m y n, son paralelos entre sí. Si el espejo m forma con la vertical un ángulo mayor o menor que 35� 25', es siempre reflejado el haz polarizado en todas las posiciones del plano de incidencia.
Cuando, en vez de recibir la luz polarizada sobre el espejo m, se proyecta sobre un prisma bi-refringente (542, 3.�), colocado en un tubo g (fig. 379), no se obtiene más que una imagen siempre que el plano de la sección principal del prisma coincide con el de polarización sobre el cristal n, y entonces es trasmitido el rayo ordinario. También se ve una sola imagen, cuando el plano de la sección principal es perpendicular al de polarización, pasando, en tal caso, el rayo extraordinario. En cualquiera otra posición del prisma bi-refringente se observan dos imágenes, cuya intensidad varía con la posición de la sección principal.
Finalmente, si se sustituye por una turmalina el prisma bi-refringente y se la hace girar sobre sí misma, se apaga por completo el haz polarizado cuando eje de la turmalina es paralelo al plano de incidencia Snp.
Quedan, pues, así demostradas las diversas propiedades (538, 1.�, 2.� y 3.�) de la luz polarizada. Pronto veremos otras aplicaciones del aparato de Noremberg a la observación de los colores de la luz polarizada y al estudio de la polarización circular en el cuarzo.
Polarización rotatoria
544. Rotación del plano de polarización. -Cuando un rayo polarizado atraviesa una lámina de cuarzo tallada perpendicularmente al eje de cristalización, continúa polarizado a la emergencia, pero no en el mismo plano de polarización que antes de su paso por el cuarzo. Con ciertos ejemplares se desvía el nuevo plano hacia la izquierda del antiguo, y con otros a la derecha. Este fenómeno recibe el nombre de polarización rotatoria. Observáronla primeramente Seebeek y Arago; pero M. Biot fue quien la estudió particularmente, dando a conocer las leyes que siguen:
1.� La rotación del plano de polarización no es la misma para los diversos colores simples, sino que es tanto mayor, cuanto más refrangibles son estos colores.
2.� En un mismo color simple y en láminas de un mismo cristal, la rotación es proporcional al espesor.
3.� En la rotación de derecha a izquierda o de izquierda a derecha, el mismo espesor imprime sensiblemente la misma rotación.
Denomínanse dextrógiras las sustancias que giran hacia la derecha, como el azúcar de caña, disuelto en agua, la esencia de limón, la disolución alcohólica de alcanfor, la dextrina y el ácido tártrico; y levógiras las que lo efectúan a la izquierda, como la esencia de trementina, la de laurel y la goma arábiga.
545. Coloración producida por la polarización circular. -Cuando se mira con un prisma bi-refringente una lámina de cuarzo de algunos milímetros de espesor, tallada perpendicularmente al eje, y atravesada por un haz de luz polarizada, se observan dos imágenes vivamente coloreadas, cuyas tintas son complementarias, porque, superponiéndose por sus bordes las dos imágenes, producen blanco (figura 380). Dando vueltas entonces al prisma hacia la derecha o hacia la izquierda, cambian de tintas las dos imágenes, y adquieren sucesivamente todos los colores del espectro, sin dejar por eso de ser complementarias.
Este fenómeno es una consecuencia de la primera ley sobre la polarización circular (544, 1.�). En efecto, habiendo observado M. Biot que el cuarzo hace girar el plano de polarización del rayo rojo cerca de 17� 30', y el violeta unos 44� 5', resulta de la gran diferencia de estos dos ángulos que, cuando emerge la luz polarizada que ha atravesado dicha lámina de cuarzo, se polarizan en planos distintos los diversos colores simples que contiene. De consiguiente, cuando el haz así trasmitido pasa al través de un prisma bi-refringente, que lo descompone en otros dos polarizados en ángulos rectos (541), se dividen con desigualdad los varios colores simples entre las dos imágenes ordinarias y extraordinarias que ofrece el prisma, resultando de aquí que son éstas necesariamente complementarias, encontrándose en la una los colores que faltan en la otra.
Obsérvanse muy bien estos fenómenos de coloración por medio del aparato de Noremberg (fig. 378). Colócase, al efecto, sobre la lámina e (fig. 379), otra de cuarzo s, tallada perpendicularmente al eje, y fija en un disco de corcho; luego, estando inclinado el espejo n (fig. 378), de modo que deje pasar por el cuarzo un haz polarizado, se mira al través de un prisma bi-refringente g (fig. 379), y haciendo girar el tubo en el cual se halla este prisma, se observan las imágenes complementarias que produce el paso de la luz polarizada por el cuarzo.
546. Poder rotatorio de los líquidos. -El cuarzo es la única sustancia sólida en la cual se había notado la polarización circular; pero M. Biot observó la misma propiedad; en muchos líquidos y disoluciones. Cerciorose, además, el mismo físico, de que el movimiento del plano de polarización puede dar a conocer diferencias de composición en cuerpos que no revelan ninguna por el análisis químico. Por ejemplo, el azúcar de uva hace girar hacia la izquierda el plano de polarización, y el azúcar de caña hacia la derecha, por más que sea idéntica la composición química de ambos azúcares.
Encontró M. Biot que el poder rotatorio de los líquidos es mucho menor que el del cuarzo. En el jarabe de azúcar de caña concentrado, que es uno de los líquidos que poseen en más alto grado el poder rotatorio, es éste treinta y seis veces menor que en el cuarzo, de manera que se necesita operar con columnas líquidas muy gruesas, o sea de unos 20 centímetros.
La fig. 381 representa el aparato que adoptó M. Biot para medir el poder rotatorio de los líquidos. En una canal de cobre g, fija en un sostén r, existe un tubo d de 20 centímetros de longitud lleno del líquido, sobre el cual se va a experimentar. Este tubo, que es de cobre, se halla estañado interiormente, y cerrado por sus dos extremidades por dos cristales de caras paralelas sujetos por dos casquillos de tornillo. En m existe un espejo de vidrio ennegrecido, que forma con el eje de los tubos b, d, a, idéntico para los tres, un ángulo igual al de la polarización, de donde resulta que está polarizada la luz que refleja el espejo m en la dirección bda. En el centro del círculo dividido h, en el tubo a, y perpendicularmente al eje bda, se ve un prisma bi-refringente acromatizado, que puede dar vueltas según se desee alrededor del eje del aparato, por medio de un botón n. Se fija éste a una alidada c, que posee un vernier, y que marca el número de grados que se gira. Por último, según la posición del espejo m, el plano de polarización Sod del haz reflejado, es vertical, encontrándose en este punto el cero de la graduación sobre el círculo h.
Antes de colocar el tubo en la canal g, se apaga la imagen extraordinaria que da el prisma bi-refringente siempre que la alidada c corresponde al cero de la graduación, porque entonces se encuentra vuelto el prisma bi-refringente, de modo que su sección principal coincide con el plano de polarización (542, 3.�). Lo propio sucede también cuando el tubo d está lleno de agua o de cualquiera otro líquido inactivo, como el alcohol y el éter, lo cual demuestra que no ha girado el plano de polarización. Pero si se llena el tubo de una disolución de azúcar de caña o de cualquiera otro líquido activo, reaparece la imagen extraordinaria, y para apagarla es preciso que forme la alidada cierto ángulo a derecha o a izquierda del cero, según sea dextrógiro o levógiro el líquido, lo cual demuestra que el plano de polarización ha formado también el mismo ángulo. Con la disolución de azúcar de caña se efectúa la rotación hacia la derecha, y si, con una misma disolución, se toman tubos más o menos largos, se encuentra que crece la rotación proporcionalmente a la longitud, lo cual se halla conforme con la segunda ley de M. Biot (544); y por fin, si con un tubo de longitud constante se toman disoluciones más o menos ricas de azúcar, se observa que crece la rotación como la cantidad de azúcar disuelta, de suerte que del ángulo de desviación se puede producir el análisis cuantitativo de una disolución.
En el experimento que acabamos de describir, conviene operar con luz simple, porque poseyendo los diferentes colores del espectro distintos poderes rotatorios, resulta que se descompone la luz blanca al atravesar un líquido activo, y que la imagen extraordinaria no desaparece por completo en ninguna posición del prisma bi-refringente, limitándose tan sólo a cambiar de tinta. Para obviar este inconveniente, se coloca en el tubo a, entre el tubo y el prisma bi-refringente, un vidrio teñido de rojo por el óxido de cobre, el cual sólo deja pasar sensiblemente la luz roja. La imagen extraordinaria se apaga, pues, entonces, siempre que la sección principal del prisma coincida con el plano de polarización del haz rojo.
547. Sacarímetro de M. Soleil. -Valiose M. Soleil de la propiedad rotatoria de los líquidos, descubierta por M. Biot, para construir un aparato destinado a analizar las sustancias sacaríferas, por lo cual ha recibido este aparato el nombre de sacarímetro.
La fig. 382 representa el sacarímetro dispuesto horizontalmente sobre su pie, y la 383 da su corte longitudinal con las modificaciones recientemente introducidas en él por M. Duboscq, yerno y sucesor de M. Soleil. Este instrumento, sencillo bajo el punto de vista práctico, no deja de ser complicado con relación al teórico, porque supone conocidos los principales fenómenos de la doble refracción y de la polarización.
El principio de este aparato no es la amplitud de la rotación del plano de polarización como en el de M. Biot (546), sino la compensación, es decir, el uso de una segunda sustancia activa que actúa en sentido inverso al de la que se quiere analizar, y cuyo espesor puede variar hasta que se destruyan por completo las acciones contrarias de ambas sustancias; de suerte que, en vez de medir la desviación del plano de polarización, se mide el espesor que debe darse a la sustancia compensatriz, que es una lámina de cuarzo, a fin de obtener una perfecta compensación.
Pueden distinguirse en el aparato tres partes principales, que son: el tubo que contiene el líquido que se ha de analizar, un polarizador y un analizador.
El tubo m que contiene al líquido es de cobre estañado interiormente, y se hallan cerradas sus dos extremidades por dos cristales de caras paralelas. Se coloca sobre un pie k, terminado por los tubos a y r, que llevan los cristales que sirven de polarizadores y de analizadores: véase la sección de éstos en la fig. 383.
Delante del orificio S (fig. 383) se coloca una lámpara ordinaria con moderador, La luz que emite, en la dirección del eje del instrumento, encuentra un prisma bi-refringente r, que sirve de polarizador (542, 3.�). La imagen ordinaria es la única que llega al ojo, pues la extraordinaria se proyecta ya fuera del campo de la visión, a causa de la amplitud del ángulo que entre sí forman los rayos ordinario y extraordinario. Por último, el prisma bi-refringente se halla en una posición tal, que es vertical el plano de polarización y pasa por el eje del aparato.
Al salir del prisma bi-refringente, encuentra el haz polarizado una lámina de cuarzo g de doble refracción, es decir, que dicha lámina hace girar el plano de polarización hacia la derecha y hacia la izquierda. Consta, al efecto, de dos láminas de cuarzo de rotación contraria, yuxtapuestas la una al lado de la otra (fig. 386), de modo que sea vertical la línea de separación y que esté en el mismo plano que el eje del aparato. Estos cuarzos tallados perpendicularmente al eje, tienen un espesor de 3mm,75, al cual corresponde una rotación de 90� y dan una tinta color de rosa violáceo, que es la tinta de tránsito. Girando siempre el cuarzo, sea dextrógiro o levógiro, la misma cantidad, en igualdad de espesor (544, 3.�), resulta que los dos cuarzos a y b hacen girar igualmente el plano de polarización, el uno hacia la derecha y el otro hacia la izquierda. De consiguiente, si se les mira con un prisma bi-refringente, presentan con exactitud la misma tinta.
Después de atravesar el haz polarizado los cuarzos g, pasa por el líquido del tubo m, y en seguida da con una nueva lámina de cuarzo i, simple y de espesor arbitrario, cuyo uso veremos muy en breve.
En n está el compensador que ha de destruir la rotación de la columna líquida m. Consta de dos cuarzos de igual rotación, sea hacia la derecha, o bien hacia la izquierda, pero contraria a la de la placa i. Se obtienen estos dos cuarzos, representados en corte en la figura 384, cortando oblicuamente una lámina de cuarzo de caras paralelas, en términos, de que formen dos prismas del mismo ángulo N y N�; yuxtaponiendo en seguida estos dos según se ve en la figura, resulta una sola lámina de caras paralelas que ofrece la ventaja de poder variar de espesor, pues cada prisma está fijo en una corredera, a fin de que se mueva en uno o en otro sentido, pero conservando su paralelismo las caras homólogas. Consíguese este movimiento con una doble barra dentada y un piñón, que gira por medio de un botón b (figuras 382 y 383).
Cuando se mueven las láminas respectivamente en el sentido que indican las flechas (fig. 384), es evidente que crece la suma de sus espesores, y que disminuye cuando avanzan en el sentido opuesto. Una escala e y un vernier m (fig. 382) siguen a las placas en su movimiento, y sirven para medirlas variaciones de espesor del compensador. Esta escala representada lo mismo que su vernier, en la figura 385, posee dos divisiones que tienen común el cero, la una de la izquierda hacia la derecha para los líquidos dextrógiros, y la otra de la derecha hacia la izquierda para los levógiros.
Cuando se halla en el cero de la escala el vernier, la suma de los espesores de las láminas N, N es precisamente igual a la de la placa i, y como la rotación de esta última es contraria a la del compensador, resulta nulo el efecto. Pero si se hacen correr en uno u otro sentido las láminas del compensador, supera éste al cuarzo i, y hay rotación hacia la derecha o hacia la izquierda.
Después del compensador, existe un prisma bi-refringente c (fig. 383), que sirve de analizador para observar el haz polarizado que atravesó el líquido y las diversas láminas de cuarzo. Para comprender con más facilidad el objeto del prisma c, despreciaremos por un instante los cristales y las lentes que están a su derecha en el dibujo. Si se procura que coincida primero el cero del vernier v con el de la escala, y si el líquido del tubo es inactivo, se destruyen las acciones del compensador y de la lámina i; y como es nulo el efecto del líquido, las dos mitades de la lámina q, vistas al través del prisma c, dan rigurosamente la misma tinta, conforme hemos observado con anterioridad. Pero, si se reemplaza el tubo con líquido inactivo por otro lleno de una disolución azucarada se agrega el poder rotatorio de ésta al del mismo sentido de uno de los cuarzos de la lámina de doble rotación q, y disminuye otro tanto el del otro cuarzo. De aquí resulta que las dos mitades de la lámina q no ofrecen ya la misma tinta, y que la mitad a (fig. 386) es roja, por ejemplo, mientras que la otra es azul. Se hacen marchar entonces los prismas del compensador, dando vueltas al botón b hacia la derecha o hacia la izquierda, hasta que la diferencia de acción del compensador y de la placa i compense el poder rotatorio de la disolución, lo cual sucede en el momento en que las dos mitades de la lámina Q de doble rotación recobran su tinta primitiva.
En cuanto al sentido de la desviación y al espesor del compensador, se conocen por el movimiento relativo de la escala e y del vernier v. Las divisiones de la escala son tales que 10 de estas divisiones corresponden a una variación de 1 milímetro en el espesor del compensador; y como el vernier da a su vez los décimos de estas divisiones, resulta que mide variaciones de 1/100 de milímetro en el espesor del compensador.
Luego que la tinta de las dos mitades de la lámina Q es bien igual, y la misma que antes de la interposición de la disolución azucarada, se lee en la escala a qué división corresponde el vernier, y este número da inmediatamente el título de la disolución. Fúndase el cálculo en que 16gr,471 de azúcar piedra, bien seco y bien puro, disuelto en agua, reducidos a 100 centímetros cúbicos y observados en un tubo de 20 centímetros de longitud, la desviación producida es precisamente la que comporta el grosor de 1 milímetro de cuarzo. Para hacer el análisis de un azúcar en bruto, se adopta siempre un peso normal de 16gr,471 del mismo, se disuelve en agua, y reducido el volumen de la disolución a 100 centímetros cúbicos, se llena con ella el tubo de 20 centímetros de longitud, y se observa el número que indica el vernier cuando se ha encontrado la tinta primitiva. Si este número es, por ejemplo, 42, se deduce que la disolución contiene, de azúcar cristalizable, 42 por 100 del que contenía la disolución de azúcar piedra, y por consiguiente, 16gr,471�42/100, o 6gr,918. Con todo, no es exacto este resultado sino mientras se esté seguro de que el azúcar sometido al experimento no se halla mezclado con otro incristalizable, o con alguna sustancia levógira. Recúrrese entonces a la inversión, es decir, que se trasforma por medio del ácido clorhídrico el azúcar cristalizable, que el dextrógiro, en otro incristalizable, que es levógiro, y luego se ejecuta una nueva operación, que, combinada con la primera, da la cantidad de azúcar cristalizada. Siéndonos imposible entrar aquí en mayores detalles, respecto a este particular, remitimos al lector a un excelente opúsculo que en 1850 dio a luz M. Clerget sobre el uso del sacarímetro.
Réstanos dar a conocer el uso de los cristales y de las lentes o, g f a, que se encuentran a continuación del prisma c (fig. 383). Su conjunto forma lo que M. Soleil ha llamado el productor de las tintas sensibles. En efecto, la tinta más sensible, es decir, la que permite distinguir una diferencia muy débil en la coloración de las dos mitades de la lámina de rotación, no es la misma para todos los ojos, pues en la mayor parte es de un azul violado que recuerda el color de la flor del lino. Interesa, pues, producir con facilidad dicha tinta u otra más sensible al ojo del observador. Existe para esto, delante del prisma c primero una lámina de cuarzo o, tallada perpendicularmente al eje, y luego un anteojito de Galileo (489), formado por una lente bi-convexa g y por otra bi-cóncava f, que pueden acercarse o alejarse entre sí, según la distancia de la vista distinta de cada observador. Finalmente, termina el aparato por un prisma de Nicol a, sujeto en un tubo t, que se hace girar a voluntad sobre sí mismo. Actuando el prisma bi-refringente c como polarizador con relación al cuarzo o, y como analizador el prisma a, resulta que, al girar este último hacia la derecha o hacia la izquierda, varía de tinta la luz que atravesó el prisma c y la lámina o (545), viéndose al fin la que el experimentador ha adoptado como fija.
548. Análisis de la orina de los diabéticos. -En la enfermedad conocida con el nombre de diabetes sacarina, se hallan cargados los orines de una gran cantidad de azúcar fermentescible, que se llama azúcar de diabetes. Este azúcar, en su estado natural en la orina, desvía el plano de polarización hacia la derecha. Para calcular la cantidad de azúcar contenido en la orina de los diabéticos, se principia, si no están bastante claros, por clarificarlos con el subacetato de plomo; fíltranse; se llena luego de orina, así clarificada, el tubo m, y luego se hace dar vuelta al botón b hasta que se tenga en la lámina de doble rotación la misma tinta que antes de la interposición de la orina. Habiendo demostrado la experiencia que 100 partes de la escala del sacarímetro representan la cantidad que ha de correrse el cuarzo compensador cuando entran en la orina 225gr.,6 de azúcar por litro, es claro que cada división de la escala representa muy sensiblemente 2gr.,256 de azúcar. De consiguiente, para obtener la cantidad de azúcar disuelta en una orina dada, hay que multiplicar 2gr.,256 por el número que indica el vernier en el momento en que se recobra la tinta primitiva.
Colores producidos por la interferencia de los rayos polarizados
549. Leyes de la interferencia de los rayos polarizados. -Después del descubrimiento de la polarización, buscaron Arago y Fresnel si los rayos polarizados presentaban entre sí los mismos fenómenos de interferencia que los rayos no polarizados, y así es como llegaron a descubrir las siguientes leyes sobre la interferencia de la luz polarizada, y al mismo tiempo los brillantes fenómenos de coloración que se describen a continuación (550 a 555).
1.� ley. -Dos rayos polarizados en el mismo plano interfieren entre sí absolutamente como dos rayos naturales.
2.� ley. -Dos rayos polarizados en dos planos perpendiculares no interfieren en el caso en que interferirían dos rayos naturales.
3.� ley. -Dos rayos, polarizados desde luego en planos perpendiculares, pueden ser conducidos en el mismo plano de polarización, sin adquirir por esto la propiedad de interferir entre sí.
4.� ley. -Dos rayos polarizados en planos perpendiculares, y conducidos en seguida al mismo plano de polarización, interfieren como luz ordinaria, si han sido primitivamente polarizados en un mismo plano.
5.� ley. -En los fenómenos de interferencia por rayos que han experimentado la doble refracción, el jugar de las franjas coloreadas no está determinado únicamente por la diferencia de las direcciones o velocidades, porque en ciertas circunstancias ha de tenerse en cuenta una semi-oscilación en exceso.
Estas leyes son de una gran importancia, por ser las que dan la explicación de las diversas circunstancias en que los rayos polarizados dan o no lugar a los fenómenos de coloración que van a describirse.
550. Tintas producidas por la luz polarizada cuando atraviesa láminas delgadas bi-refringentes. -Al estudiar las propiedades de la luz polarizada (538) se ha visto que un haz de luz polarizada por su reflexión sobre un primer espejo, no se refleja sobre otro, si los dos planos de reflexión son perpendiculares entre sí; o además, que la luz polarizada no puede atravesar una lámina de turmalina cuyo eje es paralelo al plano de polarización, y finalmente, que la luz, polarizada por su paso al través de un prisma bi-refringente, no produce más que una sola imagen cuando el plano de la sección principal de este prisma es perpendicular o paralelo al plano de polarización. Pero en estas experiencias, basta que la luz, después de polarizada, atraviese una lámina delgada de mica, de sulfato de cal, de cristal de roca, de cal carbonatada, o de cualquiera otra sustancia bi-refringente, para que se cambien completamente los fenómenos.
Para observar los fenómenos que entonces se producen, el aparato más cómodo es el de Noremberg (fig. 378 y 379). En g (fig. 379) hay un prisma bi-refringente, una turmalina, o un prisma de Nicol. La lámina delgada cristalizada está puesta sobre la pantalla e, o en p, sobre el espejo; pero debe observarse que, en este último caso, la luz polarizada por el cristal no azogado n atraviesa dos veces la lámina cristalizada colocada en p, y que, por consiguiente, se obtiene el mismo efecto que si la lámina tuviese doble espesor y no fuese atravesada más que una sola vez por la luz polarizada.
Pero, siendo un prisma bi-refringente el analizador colocado en p, se ha visto ya (542) que, en tanto que alguna lámina cristalizada no esté aún dispuesta sobre el aparato, el haz polarizado sobre el cristal n y enviado hacia el prisma, lo atraviesa, experimentando una doble refracción; de donde resulta que el ojo colocado encima vea dos imágenes de la abertura e practicada en el centro del diafragma a. Estas dos imágenes son blancas y de intensidades desiguales, y haciendo girar el prisma sobre su montante, cada una de ellas se debilita sucesivamente, y se extingue siempre que la sección principal del prisma quede perpendicular o paralela al plano de polarización del haz.
Supuesto esto, cuando se interpone debajo del prisma una lámina bi-refringente, tallada paralelamente a su eje, se observan los fenómenos siguientes:
1.� La sección principal de la lámina, siendo paralela o perpendicular al plano de polarización del haz luminoso, el ojo percibe siempre dos imágenes blancas, que experimentan, cuando se hace girar el prisma bi-refringente, las mismas variaciones de intensidad que si no existiese la lámina.
2.� Cuando la sección principal de la lámina no es paralela, ni perpendicular al plano de polarización, las dos imágenes son coloreadas, y sus colores son complementarios, porque cuando ellas se superponen por sus bordes, la parte común es blanca.
3.� Permaneciendo fija la lámina, si se hace girar al prisma, las tintas de las imágenes no cambian, pero su intensidad varía, el máximum de brillo tiene lugar cuando la sección principal del prisma forma con la de la lámina un ángulo de 45 o de 135 grados; es decir en la posición intermedia a las que corresponden en los casos en que las dos imágenes son blancas: además, las imágenes cambian sucesivamente entre sí sus colores, pasando por el blanco, lo cual acontece cuando las secciones principales de los prismas de la lámina son paralelas o perpendiculares entre sí.
Empleando por analizador una turnialina o un prisma de Nicol, en lugar de un prisma bi-refringente, se observan todavía los mismos fenómenos de coloración, pero no se obtiene más que una imagen.
551. Influencia del espesor de las láminas. -Para láminas de igual naturaleza, las tintas cambian con el espesor, y disminuyen de intensidad a medida que las láminas son más gruesas. Hay asimismo un límite de espesor, pasado el cual ya no se obtiene coloración. Para la mica, este límite es de 88 centésimas de milímetro; para el sulfato de cal y el cristal de roca, de 45 centésimas, y para el espato de Islandia, de 25 milésimas. Esto es lo que hace muy difícil de obtener la coloración con esta sustancia, a causa de la dificultad de tallarla en láminas bastante delgadas. Por el contrario, en la mica y sulfato de cal, que se exfolian con facilidad en láminas sumamente delgadas, a experiencia se efectúa perfectamente.
Se obtienen de una misma lámina tintas diferentes, inclinándola más o menos con relación al haz polarizado que la atraviesa, lo cual es lo mismo que si variase su espesor.
Para una misma sustancia, con láminas cuyo espesor vaya creciendo, las tintas varían según las mismas leyes que las tintas de los anillos coloreados de Newton, correspondiendo a capas de aire más y más espesas (536); tan sólo el espesor de la lámina cristalizada debe de ser mayor con mucho que el de la capa de aire. En efecto, para una tinta del mismo orden el espesor de la mica ha de ser 440 veces el de la capa de aire; para el cristal de roca y sulfato de cal, 230 veces, y para el espato de Islandia, 13 veces solamente.
552. Teoría de la coloración producida por la luz polarizada. -Fundándose siempre en la teoría de las ondulaciones, Fresnel ha dado una explicación sencilla y completa de las tintas producidas por la luz polarizada cuando atraviesa láminas bi-refringentes, haciendo ver que estas tintas reconocen por causa la desigual velocidad de los rayos ordinario y extraordinario, después que han atravesado la lámina bi-refringente, desigualdad de donde provienen, entre los dos sistemas de ondulaciones, retrasos o adelantos que los colocan en las condiciones convenientes para interferir, y por lo tanto, para desarrollar colores (534).
Para darse cuenta de la formación de los colores por la interferencia de los rayos polarizados que han atravesado una lámina bi-refringente, consideremos lo que sucede en el experimento del aparato de Noremberg, descrito ya (550), y supongamos que la lámina cristalizada, siendo de un solo eje, haga éste un ángulo de 45 grados con el plano de polarización del haz incidente. Al atravesar la lámina bi-refringente, este haz se divide en dos haces, ordinario y extraordinario, de igual intensidad, y polarizados cada uno en planos que forman con el de polarización primitivo ángulos de +45� y -45�; de donde resulta que estos dos haces están polarizados en dos planos que constituyen entre sí ángulo recto, y que, por consiguiente, no puede haber allí interferencia, según la segunda ley de Arago y Fresnel (549). Sentado esto, sean O y E los dos haces ordinario y extraordinario que, saliendo de la lámina delgada, vienen a caer sobre el prisma bi-refringente, de que nosotros supondremos la sección principal en el plano de polarización primitivo, cada uno de los haces O y E, atravesando al prisma, se divide respectivamente en otros dos, que designaremos por Oo y Oe para el primero, y por Eo y Ee para el segundo, teniendo estos cuatro haces, en último resultado, la misma intensidad. Pero los haces Ee y Oe son paralelos, como que tienen el mismo índice de refracción, y no difieren entre sí más que por un cierto intervalo d; los haces Eo y Oo son también paralelos, pero difieren por un intervalo d�� ondulaciones, según el principio de que, pasando del rayo ordinario al rayo extraordinario, es menester tener en cuenta una semi-ondulación en más o en menos (549, 5.� ley). Pero como los rayos de cada par son referidos a un mismo plano de polarización, a saber, los rayos ordinarios Oo y Eo en el plano de la sección principal del prisma, y los rayos Oe y Ee en un plano perpendicular al primero; ya no hay obstáculo a la interferencia de los rayos de un mismo par, y se ven aparecer los colores complementarios en los haces que corresponden a los intervalos d y d + un número impar de semi-ondulaciones.
Si se concibe ahora que la lámina cristalizada sea atravesada por un segundo haz, polarizado en un plano perpendicular al de polarización de antes, este nuevo haz experimentará las mismas divisiones y subdivisiones que el precedente, pero los intervalos de retraso serán distintos. En efecto, el plano de polarización del nuevo haz, refiriéndose ahora al de la refracción ordinaria, mientras que el del primer haz se refería al plano de refracción extraordinaria, resulta una diferencia de una semi-ondulación en la posición relativa de los dos sistemas de ondas O y E en su emergencia; es decir, que el intervalo que era d en el caso anterior, será ahora d menos un número impar de semi-ondulaciones; y después de la trasmisión al través del prisma, los intervalos de retraso de los dos haces serán respectivamente d-n/2 y d, en lugar de d y d+n/2 que eran antes, n siendo un número impar.
Esto explica cómo los dos haces varían de colores cuando se hace girar el plano de polarización de 90 grados.
Falta investigar ahora por qué no se producen colores en la experiencia anterior, cuando la lámina cristalizada, en vez de atravesarla la luz polarizada, lo hace la natural. Ya se ha visto (540) que la luz natural puede siempre considerarse como formada de dos haces iguales polarizados según un ángulo recto; de donde resulta, recordando lo que se ha dicho anteriormente, que cuando atraviesa la lámina cristalizada la luz natural, cada haz emergente O y E da lugar a dos colores complementarios que se superponen, y que, siendo e igual intensidad, producen luz blanca.
553. Anillos coloreados producidos por la luz polarizada al atravesar las láminas bi-refringentes. -En la experiencia practicada con el aparato de Noremberg, y descrita anteriormente (550), siendo atravesada la lámina cristalizada perpendicularmente a sus caras por un haz de luz paralelo, todas las partes de la lámina obran de la misma manera, y por todas partes se obtiene la misma tinta. Pero los efectos ya no son los mismos cuando los rayos incidentes atraviesan la lámina según oblicuidades diferentes, porque esto determina espesores desiguales; de donde resultan anillos completamente semejantes a los de Newton (536).
Las pinzas de turmalina constituyen el mejor aparato para observar estos nuevos fenómenos. Se denomina así un pequeño instrumento que se compone de dos turmalinas talladas paralelamente a su eje, y engastada cada una en un disco de latón. Estos dos discos, agujereados por su centro y ennegrecidos, están también montados en dos anillos de alambre de latón plateado, el cual se arrolla sobre sí mismo, como lo manifiesta la fig. 388, de manera que formen muelle y hagan que se aplique una turmalina contra la otra. Girando éstas con los discos, se las dispone según convenga, de manera que sus ejes sean paralelos o perpendiculares entre sí.
Supuesto esto, el cristal sobre el que se quiere experimentar, estando fijo en el centro de un disco de corcho (fig. 387), se coloca éste entre las dos turmalinas, después se aplican las pinzas delante del ojo, a fin de recibir la luz difusa del cielo. La turmalina opuesta al ojo obra entonces como polarizador, y la otra como analizador (542). Si el cristal que se observa así, siendo de un solo eje y tallado perpendicularmente al eje, está iluminado por una luz simple, como el rojo, por ejemplo, se observa la producción de una serie de anillos circulares alternativamente rojos y oscuros. Con otro color simple, se obtienen anillos análogos, pero su diámetro aumenta con la refrangibilidad del color. Por el contrario, el diámetro de los anillos disminuye cuando el espesor de las láminas aumenta, y pasado cierto espesor, ya no se producen más. Si en lugar de iluminar las láminas con luz homogénea, se las ilumina con luz blanca, como los anillos de tintas diferentes que se producen entonces no tienen el mismo diámetro, se superponen en parte, produciendo anillos irisados muy brillantes.
La posición del cristal no ejerce influencia alguna sobre los anillos, pero no sucede lo mismo con la posición relativa de las dos turmalinas. Experimentando, por ejemplo, sobre el espato de Islandia, tallado perpendicularmente, a su eje y de 1 a 30 milímetros de espesor, cuando los ejes de las turmalinas son perpendiculares entre sí, se observa una hermosa serie de anillos vivamente coloreados y atravesados por una cruz negra, como lo muestra la figura 389; si los ejes de las turmalinas son paralelos, los anillos se coloran de tintas complementarias de aquéllas que tenían antes y entonces los atraviesa una cruz blanca (fig. 390).
Para darse cuenta de la formación de los anillos por la luz polarizado al atravesar las láminas bi-refringentes, es menester observar que, en el caso que consideramos, estas láminas lo están por un haz cónico convergente en cuyo vértice es el ojo del observador. De donde resulta que el espesor de la lámina no de en atravesar los rayos aumenta con su divergencia, pero que para rayos de la misma oblicuidad este espesor es el mismo, y de aquí resultan las diferencias de velocidad del rayo ordinario y del rayo extraordinario que explican la formación de los colores y su disposición circular alrededor del eje del haz y del cristal. En cuanto a la cruz negra, ella es debida a que la luz polarizada es absorbida en el plano de la sección principal de la turmalina y en el plano perpendicular.
Obsérvanse fenómenos análogos con todos los cristales de un eje, como la turmalina, esmeralda, corindón, berilo, mica, fosfato de plomo, prusiato de potasa, cristal de roca. Sin embargo, con este último la cruz desaparece por un efecto de polarización rotatoria (545).
554. Anillos en los cristales de dos ejes. -En los cristales de dos ejes se producen también anillos coloreados, pero de una forma más complicada. En vez de ser circulares y concéntricas las fajas coloreadas, presentan entonces la forma de curvas de dos centros, correspondiendo el centro de cada una a uno de los ejes del cristal. Las figuras 392, 393 y 394 representan las curvas que, con las pinzas de turmalina, produce el nitrato de potasa tallado perpendicularmente a su eje. Cuando los ejes de las dos turmalinas son rectangulares, se tiene la fig. 392; girando después lentamente el cristal, sin cambiar las turmalinas, se pasa por la fig. 393 para llegar a la fig. 394, cuando se ha girado 45 grados. Si los ejes de las turmalinas son paralelos, se obtienen las mismas curvas coloreadas; pero sus tintas son suplementarias, y la cruz negra se cambia en cruz blanca. Si el ángulo de los dos ejes del cristal vale más de 20 a 25 grados, no se pueden ver simultáneamente los dos sistemas de curvas: tal es lo que sucede con el aragonito, por ejemplo, que produce la fig. 391.
Herschell, que ha medido con cuidado los anillos producidos por los cristales de dos ejes, los refiere a la curva conocida en geometría con el nombre de lemniscata.
555. Coloraciones producidas por el vidrio templado o comprimido. -El vidrio ordinario no está dotado de la doble refracción, pero adquiere esta propiedad si, por una causa cualquiera, su elasticidad se modifica en una dirección más que en otra. Basta para esto el comprimirlo en un sentido fuertemente, encorvarle o templarle, es decir, enfriarlo rápidamente después de haberlo calculado. Si entonces atraviesa al vidrio un haz de luz polarizada, se obtienen efectos de coloración completamente análogos a los observados anteriormente en los cristales bi-refringentes, pero mucho más variados, los según la forma circular, cuadrada, rectangular o triangular que se da a las láminas de vidrio, y según el grado de tensión de sus partículas.
Siendo el polarizador un espejo de vidrio negro sobre el cual se recibe la luz de las nubes, y el analizador un prisma de Nicol, al través del cual se mira a las láminas de vidrio atravesadas por la luz polarizada, las figuras 395, 396 y 397 representan los dibujos que se observan haciendo girar sucesivamente, en su propio plano, una lámina cuadrada de vidrio templado. Las figuras 398 y 399 representan los dibujos que producen en el mismo caso las láminas circulares, y la figura 400 el dibujo producido por dos láminas cuadradas superpuestas, dibujo que varía asimismo cuando se hace girar el sistema de láminas.
Los vidrios comprimidos o encorvados presentan efectos del mismo género, y que varían en iguales condiciones.
556. Polarización del calórico. -El calórico, del mismo modo que la luz, puede polarizarse por reflexión y por refracción (538); pero las investigaciones sobre este particular presentan grandes dificultades. Las primeras se efectuaron en 1810 por Bérard, y también por Malus; habiendo muerto éste, Bérard las continuó por sí solo.
En los experimentos de este sabio, los rayos caloríficos reflejados sobre un primer espejo se recibían sobre un segundo, como en el aparato de Noremberg (fig. 378), y de allí caían sobre un pequeño reflector metálico que los concentraba sobre la esfera de un termómetro diferencial. Bérard observó así un mínimum de intensidad cuando el plano de reflexión sobre el segundo espejo era perpendicular al plano de reflexión sobre el primero. Siendo este fenómeno el mismo que el que presenta la luz en igual experimento (543), dedujo Bérard que el calórico se polarizaba al reflejarse sobre el primer espejo.
Melloni ha aplicado su termo-multiplicador al estudio de la polarización del calórico, y haciendo pasar los rayos caloríficos al través de dos turmalinas paralelas, o al través de dos pilas de mica, ha demostrado que aquéllos se polarizan por refracción. Ha encontrado, además, que el ángulo de polarización (539) es sensiblemente el mismo para el calórico que para luz.
Libro octavo
Del magnetismo
Capítulo primero
Propiedades de los imanes
557. Imanes naturales e imanes artificiales. -Denomínanse imanes unos cuerpos que tienen la propiedad de atraer al hierro y a algunos otros metales, como son el níquel, el cobalto y el cromo. Sin embargo, muy pronto citaremos experimentos que prueban que los imanes obran realmente sobre todos los cuerpos, ya por atracción ya por repulsión, aunque de un modo muy remiso (565).
Divídense los imanes en naturales y artificiales. El imán natural, o piedra de imán, es un óxido de hierro, conocido en química con el nombre de óxido magnético, siendo su fórmula Fe3O4=FeO+Fe2O3, es decir, que se compone de un equivalente de protóxido y de otro de sesquióxido. Abunda mucho en la naturaleza el óxido magnético encontrándose en los terrenos antiguos, y sobre todo en Suecia y en Noruega, donde se explota como mineral de hierro del cual da la mejor calidad que se conoce. Sin embargo, la mayor parte de los ejemplares de óxido de hierro magnético no atraen al hierro; de modo que esta propiedad sólo la poseen accidentalmente.
Los imanes artificiales son barritas o agujas de acero templadas (76), que no poseen naturalmente las propiedades de los imanes naturales, sino que las han adquirido por fricciones con un imán, o por procedimientos eléctricos que más adelante describiremos. Constrúyense también imanes artificiales con hierro dulce, es decir, purgado sensiblemente de toda materia extraña; pero su imantación no es duradera como la de las barras de acero.
Los imanes artificiales son más poderosos que los naturales y gozan de propiedades completamente idénticas.
El poder atractivo de los imanes se ejerce a todas las distancias, y al través de todos los cuerpos; decrece muy pronto cuando aumenta la distancia, y varía con la temperatura. Coulomb hizo ver que la intensidad magnética de una barra disminuye a medida que aumenta su temperatura, y recobra su primitivo valor cuando vuelve a la temperatura primitiva, con tal que no haya pasado de cierto límite, pues al rojo pierden por completo los imanes su poder atractivo.
La atracción que ejerce el imán sobre el hierro es recíproca, lo cual es, por otra parte, un principio general de todas las atracciones. Compruébase esto presentando una masa de hierro a un imán, el cual es atraído.
La fuerza atractiva de los imanes ha recibido el nombre de fuerza magnética(6), y su teoría física se designa por su vez con el de magnetismo, expresión que no debe confundirse con la de magnetismo animal, que se ha adoptado para indicar la influencia que ejercería una persona sobre otra por el imperio de su voluntad; influencia que no se halla ni con mucho demostrada.
558. Polos y línea neutra. -Los imanes no poseen en todos sus puntos la misma fuerza magnética. En efecto, si se introduce una barra imantada en limaduras de hierro, se ve que se adhieren éstas abundantemente hacia las extremidades de la barra, en forma de penachos erizados (fig. 401); pero decrece con rapidez la adherencia desde las extremidades a la región media, en donde es nula. La parte de la superficie del imán en que es insensible la fuerza magnética ha recibido el nombre de línea neutra, y los dos puntos próximos a las extremidades en que se manifiesta el máximum de atracción, se denominan polos. Todo imán, natural o artificial, presenta dos polos y una línea neutra; si bien en la imantación de las barras y de las agujas se producen a veces alternativas de polos contrarios situados entre los polos extremos. Estos polos intermedios se denominan puntos consecuentes. Éstos se encuentran, unas veces en número par, y otras en número impar. Siempre supondremos que no tienen más que dos polos los imanes, porque éste es el caso ordinario.
Desígnanse los polos, el uno con el nombre de polo austral, y el otro con el de polo boreal, que son expresiones tomadas de la acción que ejercen los polos terrestres sobre los de los imanes (566). En nuestros dibujos representaremos siempre el polo austral por las letras a o A, y el boreal por las b o B, y llamaremos polos del mismo nombre los designados por letras iguales.
559. Acciones mutuas de los polos. -Parecen idénticos los dos polos de un imán al presentarlos a las limaduras de hierro, pero no es más que aparente dicha identidad. En efecto, suspéndase una aguja imantada ab (fig. 402) de un hilo fino, y aproxímese al polo austral a el austral A de otra aguja, y se notará una viva repulsión; mientras que, por el contrario, si se acerca el A al boreal de la aguja móvil, se origina una gran atracción. Tenemos, pues, que no son idénticos los polos a y b, supuesto que el uno es repelido, y el otro atraído por el mismo polo A del imán que se tiene asido con la mano. Compruébase también que difieren entre sí los dos polos de este último, presentándolos sucesivamente al mismo polo a de la aguja móvil. Con el uno hay repulsión, y atracción con el otra podemos sentar, por lo tanto, esta sencilla ley acerca de las acciones recíprocas que se ejercen entro dos imanes:
Los polos del mismo nombre se repelen, y los polos de nombre contrario se atraen.
Demuéstranse también, por medio del experimento que sigue, las acciones contrarias de los polos boreal y austral: se suspende de un imán un objeto de hierro, por ejemplo, una llave; luego sobre el primer imán se hace correr otro sensiblemente de la misma fuerza, procurando poner enfrente los polos contrarios (fig. 403). Continúa sostenida la llave mientras están lejanos los dos polos, pero luego que se hallan bastante aproximados, cae como si la barra que la sostenía hubiese perdido de repente su propiedad magnética; pero nada de esto sucede, pues puede sostenerla de nuevo desde el momento en que se separa la segunda barra.
560. Hipótesis de los dos fluidos magnéticos. -Para explicar los fenómenos que acabamos de exponer, han admitido los físicos la hipótesis de dos fluidos magnéticos, que obran cada uno por repulsión sobre sí mismo, y por atracción sobre el otro. Estos dos fluidos han recibido los nombres, el uno de fluido austral, y el otro de fluido boreal, que son las denominaciones de los dos polos en los cuales preponderan sus acciones.
Admítese que antes de la imantación se hallan combinados estos fluidos alrededor de cada molécula, neutralizándose recíprocamente, pero que pueden separarse por la influencia de una fuerza mayor que su atracción mutua, y moverse alrededor de las moléculas sin salir de la esfera de actividad que les está asignada alrededor de cada una de ellas. Se encuentran orientados entonces los fluidos, es decir, que en la esfera magnética que envuelve a cada molécula, tiene constantemente el fluido boreal una misma dirección, y el austral la opuesta, proviniendo de aquí dos resultantes de dirección contraria, cuyos puntos de aplicación son los dos polos del imán. Pero luego que cesa la orientación de los fluidos, se establece de nuevo el equilibrio alrededor de cada molécula, y es nula la resultante final, esto es, que no hay ya ni atracción ni repulsión.
La hipótesis de los dos fluidos magnéticos se presta de un modo muy sencillo a la explicación de los fenómenos, y por esto se adopta generalmente como método de demostración. Con todo, más adelante se verá que los fenómenos magnéticos resultan, al parecer, no de las acciones opuestas de dos fluidos especiales, sino de corrientes particulares de la materia eléctrica en los cuerpos imantados. Esta hipótesis ofrece la ventaja de referir la teoría del magnetismo a la de la electricidad.
561. Diferencias entre las sustancias magnéticas y los imanes. -Son sustancias magnéticas las que atrae el imán, como el hierro, el acero y el níquel. Contienen éstas los dos fluidos, pero en estado de neutralización. Los compuestos ferruginosos son generalmente magnéticos, y tanto más, cuanto más hierro contienen. Algunos, sin embargo, como el persulfuro de hierro, no son atraídos por el imán.
Fácil es distinguir una sustancia magnética de un imán. La primera carece de polos, pues presentada sucesivamente a las dos extremidades de una aguja móvil ab (fig. 402), los atrae a ambos, mientras que el imán atraería al uno y repelería al otro presentándole por el mismo polo.
562. Imantación por influencia. -Cuando una sustancia magnética se pone en contacto con una barra imantada, se separan los dos fluidos de esta sustancia, convirtiéndose, mientras dura el contacto, en un imán completo, con sus dos polos y su línea neutra. Por ejemplo, si se suspende de uno de los polos de un imán (fig. 404) un cilindro ab de hierro dulce, puede sostener éste a su vez otro semejante, éste un tercero, y así sucesivamente hasta 7 u 8, según la fuerza de la barra. Cada uno de estos cilindros es, pues, un imán, pero sólo mientras dura la influencia de la barra imantada, porque si se interrumpe el contacto de ésta con el primer cilindro, inmediatamente, o a lo sumo a poco rato, se desprenden los demás cilindros, sin conservar huella alguna de magnetismo. Por lo tanto, sólo ha sido momentánea la separación de los dos fluidos, quedando así demostrado que nada cedió el imán al hierro. Imántase también el níquel perfectamente bajo la influencia de un poderoso imán.
La imantación por influencia explica la formación de los penachos de limaduras que se adhieren a los polos de los imanes (fig. 401). Las partículas en contacto con el imán obran por influencia sobre las inmediatas; éstas sobre las siguientes, y así sucesivamente, dando origen a la disposición filamentosa de las limaduras.
563. Fuerza coercitiva. -Denomínase fuerza coercitiva la fuerza más o menos intensa que, en una sustancia magnética, se opone a la separación de los fluidos, o a su recomposición cuando están separados. Según el experimento anterior, es inapreciable esta fuerza en el hierro dulce, porque este metal se imanta instantáneamente por la influencia de un imán. En el acero templado, por el contrario, es muy grande dicha fuerza, la cual crece con la mayor energía del temple. En efecto, una barra de acero se imanta muy lentamente si se la pone en contacto con un imán, como que es necesario friccionarla con uno de los polos de éste, si se desea que adquiera toda su fuerza. La separación de los dos fluidos ofrece, pues, aquí una resistencia que no se observa en el hierro dulce; sucediendo lo propio con su recomposición, porque una barra de acero bien imantada, con dificultad pierde sus propiedades magnéticas. Pronto veremos que, por la oxidación, la presión o la torsión, puede adquirir también el hierro dulce cierta fuerza coercitiva, aunque poco duradera.
564. Experimento de los imanes rotos. -Demuéstrase por medio del siguiente experimento, la presencia de los dos fluidos en todas las partes de un imán: se toma una aguja de hacer calceta, de acero, y se la imanta por medio de fricciones con uno de los polos de un imán; y después de comprobada la existencia de los dos polos y de la línea neutra con limaduras de hierro, se divide la aguja por su parte media, esto es, en la dirección de su línea neutra. Presentando sucesivamente las dos mitades a los polos de una aguja móvil (fig. 402), se nota que, en vez de no ofrecer más que un fluido, tienen cada una dos polos contrarios y una línea neutra. Partiendo de igual manera estos nuevos imanes en dos mitades, se observa de nuevo que cada una de ellas es un imán completo con sus dos polos y su línea neutra, y así sucesivamente puede continuarse la división tan lejos como se quiera; y de todo esto se deduce, por analogía, que contienen ambos fluidos las porciones más pequeñas de un imán.
565. Acciones de los imanes sobre todos los cuerpos; cuerpos diamagnéticos. -Coulomb fue el primero en observar, en 1802, que los imanes actúan sobre todos los cuerpos con mayor o menor energía, según lo comprobó haciendo oscilar barritas de diferentes sustancias entre los polos opuestos de dos barras imantadas enérgicamente, luego fuera de la influencia de todo imán, y comparando en seguida el número de oscilaciones efectuadas, en ambos casos, en tiempos iguales. Atribuyéronse primero estos fenómenos a la presencia de materias ferruginosas en los cuerpos sometidos al experimento; pero M. Lebaillif, y luego los señores Becquerel, padre e hijo, demostraron que los imanes ejercen realmente una acción sobre todos los cuerpos. Comprobose, además, que esta acción es unas veces atractiva y otras repulsiva; y por lo tanto, los cuerpos atraídos se llaman magnéticos, y los repelidos diamagnéticos. Entre estos últimos se hallan el bismuto, el plomo, el azufre, la cera, el agua, etc. El cobre es unas veces magnético y otras diamagnético, lo cual depende probablemente de su grado de pureza.
Observó M. Faraday, en 1847, que los imanes poderosos ejercen sobre las llamas una acción repulsiva, que atribuía a una diferencia de diamagnetismo entre los gases. Después reconoció M. Ed. Becquerel, quien ha efectuado importantes investigaciones sobre esta materia, que, de todos los gases, es el oxígeno el de mayor poder magnético, y que un metro cúbico de este gas condensado obraría sobre una aguja imantada como 5gr,5 de hierro.
Algunos físicos han considerado el diamagnetismo como una propiedad distinta del magnetismo; pero M. Ed. Becquerel enlaza estas dos clases de fenómenos por medio de una ingeniosa hipótesis: admite que no hay dos géneros de acciones entre los cuerpos y los imanes, sino tan sólo una imantación por influencia, y que la repulsión ejercida por ciertas sustancias depende de que se hallan éstas envueltas por un medio más magnético que ellas.
Cuando hablemos, en la teoría de la electricidad, de los fenómenos de inducción, daremos a conocer una acción recíproca entre los imanes y los metales en movimiento.