Imagen estenopeica Guía

Resumen

Hace más de 2000 años, el "Mo Jing" registró el fenómeno de la formación de imágenes estenopeicas. Este es el experimento más intuitivo para revelar que "la luz viaja en línea recta". Cuando la luz de un objeto pasa a través de un pequeño orificio, converge y proyecta una imagen real invertida (boca abajo y de izquierda a derecha) en la pantalla detrás de él. Este descubrimiento no solo abrió la puerta a la exploración humana de la óptica, sino que también sirvió como precursor del diseño de la cámara moderna.

Antecedentes

• En el período de los Reinos Combatientes de China (más de 400 a. C.), el "Mo Jing" detallaba que "se forma una imagen invertida cuando la luz pasa a través de un orificio", que es el registro escrito más antiguo del mundo sobre la formación de imágenes estenopeicas.
• En el 350 a. C., Aristóteles observó que la luz del sol que pasaba a través de los huecos entre las hojas durante un eclipse solar formaba formas de media luna, lo que le llevó a reflexionar sobre el problema de la luz que pasa a través de pequeños orificios.
• En el siglo XI, el científico árabe Ibn al-Haytham no solo describió la formación de imágenes estenopeicas, sino que también explicó correctamente el principio de la formación de imágenes en el ojo humano por primera vez, ganándose el título de "Padre de la Óptica".

Conceptos clave

Fórmulas y derivación

Pasos del experimento

1. 1

   Observando la imagen

   Observa la imagen de la vela en la pantalla. Nota su orientación: no solo está invertida (boca abajo) sino también invertida de izquierda a derecha. Mueve la vela y observa: ¿la imagen se mueve en la misma dirección que el objeto o en la dirección opuesta?
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   Explorando los cambios de tamaño

   Mantén la pantalla fija y mueve la vela hacia la izquierda (aumenta la distancia del objeto $u$). ¿Cómo cambia el tamaño de la imagen? Si mueves la pantalla hacia la derecha (aumenta la distancia de la imagen $v$), ¿cómo cambia la imagen?
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   Verificando la relación proporcional

   Después de ajustar las posiciones, verifica los "Datos de medición". Calcula la relación entre la distancia de la imagen y la distancia del objeto $v/u$, y luego calcula la relación entre la altura de la imagen y la altura del objeto $h'/h$. ¿Son iguales?
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   Pensando en el tamaño de la apertura

   Aunque este experimento simula un orificio ideal, intenta pensar: si el orificio se perforara muy grande en la realidad, ¿habría todavía una imagen clara en la pantalla? (Pista: Un orificio grande se puede ver como una colección de innumerables orificios pequeños)

Resultados del aprendizaje

• Confirmar las propiedades de la formación de imágenes estenopeicas: imagen invertida, real
• Dominar las leyes que rigen cómo la distancia del objeto $u$ y la distancia de la imagen $v$ afectan al tamaño de la imagen
• Verificar la aplicación de las leyes de triángulos semejantes en la formación de imágenes ópticas a través de datos experimentales
• Entender que el tamaño de la imagen estenopeica depende de la forma del objeto, no de la forma del orificio (siempre que el orificio sea lo suficientemente pequeño)

Aplicaciones reales

• Cámara estenopeica: La herramienta de fotografía más primitiva, capaz de tomar fotos sin lente, con una profundidad de campo infinita.
• Observación de eclipses solares: Durante un eclipse solar, se pueden ver innumerables puntos de luz pequeños en forma de media luna bajo la sombra de los árboles, que son imágenes estenopeicas formadas por los huecos entre las hojas.
• Astronomía de rayos X: Uso de tecnología de formación de imágenes de apertura codificada para fotografiar fuentes de rayos de alta energía.

Errores comunes

Lectura adicional

• Pinhole Camera - Wikipedia