Trabajo de Investigacion [PDF]

Zitiervorschau

Instituto Tecnologico de Ciudad Madero

Carrera: Ingeniería Industrial

METROLOGIA Y NORMALIZACION 9-10

Trabajo de investigación

Alumno: Ruiz Vázquez Michelle Nicole

No. De control: 19070385

Profesor: Ing. Pedro Rodriguez Pitón

Cd. Madero, Tamps

18 de Diciembre de 2020


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OPTICA GEOMETRICA En este trabajo se hablara de la importancia que tiene la óptica dentro de nuestra vida cotidiana, la óptica geométrica parte de las leyes de la reflexión y la refracción donde es fundamental comprender el funcionamiento de todo tipo de instrumentos ópticos y comprender los funcionamientos de los mismos. Definición La óptica geométrica es la parte de la Física que estudia, mediante leyes geométricas sencillas, los cambios de dirección que experimentan los rayos de luz en la reflexión y la refracción. La óptica geométrica se basa en una serie de nociones y principios fundamentales a partir de los cuales puede deducirse el comportamiento de distintos instrumentos ópticos a los que estamos acostumbrados, como gafas, cámaras fotográficas, telescopios, espejos, o el propio ojo humano. Históricamente, el desarrollo y la aplicación de la óptica discurrió al margen de las discusiones sobre la naturaleza de la luz, ya que los principios sobre los que esta se estructuró son compartidos por los modelos undulatorio y corpuscular. Rayos Los rayos son líneas rectas que indican, mediante una flecha, la dirección y sentido de propagación de la onda. La óptica geométrica se basa en la aproximación del rayo pero no debemos olvidar que se trata sólo de una construcción matemática. Rayos y frentes de onda Los rayos, en rojo, son perpendiculares a los frentes de onda, en azul, en cada uno de sus puntos. Mediante los rayos representamos en realidad la dirección de propagación del flujo de energía radiante. Propagación rectilínea de la luz Este principio supone que los rayos de luz se propagan en línea recta y con la misma velocidad en todos los puntos y en todas las direcciones. Para ello debe cumplirse. •Que las dimensiones de los objetos sean mucho mayores que la longitud de onda dé la luz. De esta manera, no se

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produce difracción Que el medio de propagación sea homogéneo e isótropo

Propagación rectilínea de la luz La formación de sombras dio lugar, ya desde la Antigüedad, a la idea de que la luz se propaga en línea recta. En la figura puede apreciarse como el tamaño de la sombra de la bola sobre el suelo es el mismo que el que se obtendría prolongando geométricamente rectas que partiesen del foco y pasasen por los puntos del contorno del objeto. Independencia de los rayos Este supuesto establece que cada rayo es independiente de los demás y no interfieren entre sí. Independencia de los rayos A la izquierda, fotografía de un paisaje. A la derecha, fotografía similar en la que se han bloqueado ciertos rayos con una cartulina En la figura derecha se pone de manifiesto que el resultado obtenido para la porción de paisaje no tapada es el mismo que el que obtienes, para dicha parte del paisaje, cuando no has tapado nada. Esto

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se debe, precisamente, a que los rayos que tapamos en la segunda fotografía eran independientes del resto, que se comportan igual en ambos casos, formando la misma imagen. Reflexión y refracción A partir de las leyes de reflexión y refracción de la luz podemos prever el cambio en la dirección de los rayos. Reversibilidad También conocida como ley de reciprocidad, esta ley o principio establece que la trayectoria de un rayo que parte de A y llega a B por una reflexión (o una refracción) en un punto R es la misma que la que tendría un rayo que partiese de B en sentido contrario, y se reflejase (o se refractase) en R, llegando a A. Veámoslo con una imagen: Las dos imágenes superiores ilustran el principio de reversibilidad en la reflexión y las dos imágenes inferiores en la refracción. Luz monocromática Despreciamos los efectos de la dispersión que la luz compuesta por varias longitudes de onda puede presentar. Absorción nula En general, los medios absorben o difunden parte de los haces que propagan. Sin embargo nosotros no tendremos tampoco en cuenta este fenómeno. Absorción nula. Cuando un haz de luz real incide sobre una superficie de separación con otro medio, parte del haz se refleja, otra parte se refracta, y otra parte es absorvida por el propio medio, fenómeno este último que se pone de manifiesto en el calentamiento que sufre la superficie. Nosotros no tendremos en cuenta la absorción. Elementos La óptica geométrica se basa en unos conceptos básicos que pasamos a detallar y que quedan recogidos en la siguiente imagen: Elementos de la óptica geométrica. Sistema óptico con espejo que incluye los elementos principales que debes conocer. La trayectoria de los rayos sería distinta si, en lugar de un espejo (que es una superficie reflectora), hubiese un dioptrio (que es una superficie refractora). Objeto En óptica geométrica llamamos objeto a cualquier fuente de la que proceden los rayos, bien sea por luz propia o reflejada. Los objetos pueden ser puntuales, cuando se supone todo su volumen concentrado en un único punto o no puntuales. En este último caso, cada punto de la superficie puede ser considerado en sí mismo una fuente puntual de rayos. Dioptrio Es una superficie que separa dos medios transparentes de distinto índice de refracción. El dioptrio refracta la luz haciendo que los rayos varíen su trayectoria. Según su forma se distinguen: • Dioptrios esféricos. Conjunto formado por dos medios transparentes, isótropos y homogéneos, con diferente índice de refracción, separados por una superficie esférica. • Dioptrios planos. Conjunto formado por dos medios transparentes, isótropos y homogéneos, con diferente índice de refracción, separados por una superficie esférica.

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Espejo Es una superficie lisa y pulimentada que refleja todos los rayos que llegan a ella. El espejo refleja la luz haciendo que los rayos varíen su trayectoria. Según su forma se distinguen. • Espejos esféricos. Es aquel cuya superficie tiene un radio de curvatura (R) constante. En función de si el objeto se refleja en el interior o el exterior de la esfera, es posible distinguir dos tipos de espejos esféricos: Espejos cóncavos, que son aquellos cuya superficie reflectora está en su interior. • Espejos planos. Es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente del 95% (o superior) . Centro de curvatura Es el centro geométrico de la superficie esférica a la que pertenece el dioptrio o el espejo. En el caso de los dioptrios y espejos planos, se considera situado en el infinito. Solemos designarlo por la letra C. Radio de curvatura Es el radio de la superficie esférica a la que pertenece el dioptrio o espejo. Podemos clasificar las superficies, en función de su curvatura en: Superficies cóncavas y convexas. Espejos y dioptrios pueden ser tanto convexos (ilustración izquierda), como cóncavos (ilustración derecha). Cada una de estas formas se hace corresponder con un determinado signo, positivo o negativo, del radio R. Esto dependerá del criterio de signos elegido. Nosotros te recomendamos que utilices el criterio DIN ( iniciales de Deutsches Institut for Normung o Instituto Alemán de Normalización ):

Sistema óptico Se suele denominar sistema óptico al conjunto de varios dioptrios y espejos. Así, podemos distinguir: • Dióptricos: Si están formados sólo por dioptrios, es decir, superficies refractantes. De ellos, las lentes delgadas son los que estudiaremos con más atención • Catóptricos: Si están formados sólo por espejos, es decir, superficies reflectantes • Catadióptricos: Si están formados por ambos tipos de superficies Estudiaremos principalmente los sistemas ópticos centrados, que son aquellos con sus centros de curvatura situados sobre una misma recta llamada eje del sistema o eje óptico. Imagen Imagen en espejo. La superficie azulada de la figura es un espejo que refleja todos los rayos de luz que llegan a él. Un objeto luminoso, P, proyecta rayos que, al reflejarse, son percibidos por un observador como si proviniesen de P': El cerebro sitúa su posición prolongando en linea recta, hacia atrás, los rayos que le llegan. Por eso, decimos que P' es la imagen de P. El objetivo principal de los sistemas ópticos es la formación de imágenes. Cuando todos los rayos de un objeto puntual que pasan por el sistema óptico convergen en un punto, decimos que dicho punto es la imagen del objeto. En el caso de los objetos no puntuales, los distintos puntos de la superficie del mismo convergerán en distintos puntos de la imagen formando una réplica del objeto original. La imagen puede ser clasificada:

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Atendiendo a su orientación: • Derecha : Tiene la misma orientación • Invertida : Tiene la orientación contraria Atendiendo a su tamaño: • Aumentada : Es más grande que el objeto • Tamaño natural : Es tan grande como el objeto • Disminuida : Es más pequeña que el objeto Atendiendo a la procedencia de los rayos: • Real : Se forma por la intersección de los rayos convergentes que provienen del objeto, tras pasar por el sistema óptico. En un espejo aparecen delante y en un dioptrio detrás • Virtual : Se forma por la intersección de las prolongaciones de los rayos divergentes que provienen del objeto, tras pasar por el sistema óptico. En un espejo están detrás y en un dioptrio delante Tipos de imagen Las dos figuras superiores ilustran claramente la diferencia entre imagen real y virtual. A la izquierda, los rayos procedentes del objeto convergen, tras pasar por el sistema óptico, en el punto P', que se considera la imagen de P. En el segundo caso, los rayos, tras pasar por el sistema óptico, divergen, por lo que la imagen P' se forma a partir de la intersección de las prolongaciones de dichos rayos. Las ilustraciones inferiores muestran, además, la diferencia entre imagen invertida/derecha y aumentada/disminuida para objetos no puntuales. En este nivel nos centraremos en el estudio de objetos simples que representaremos en los ejercicios, normalmente, con forma de flecha. Así, aunque cada punto del objeto es fuente de infinitos rayos, para determinar la posición de la imagen bastará, por lo general, considerar sólo los rayos más importantes, que llamaremos rayos significativos. Eje óptico También llamado eje principal, es el eje de simetría en torno al cual se sitúan el/los dioptrio/s y/o el/los espejo/s. Vértice óptico También denominado centro óptico o polo, es el punto de corte del dioptrio o espejo con el eje óptico. Se suele denotar por la letra O ya que constituye el origen de coordenadas. Conclusión Para concluir se puede decir qué, la óptica es una rama de la física que se ocupa de la propagación y el comportamiento de la luz. Sin embargo, la óptica geométrica se basa en el concepto de rayo luminoso como trayectoria que siguen las partículas materiales emitidas por los cuerpos luminosos sin preocuparse de estudiar cuan es la naturaleza. Esta nos sirve para ver la posición de una imagen con respecto a un objeto mediante con el sistema óptico, donde se distinguen en tres tipos dioptricos, catóptricos y catadióptricos que principalmente nos ayuda ver superficies reflectante.

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OPTICA FISICA U ONDULATORIA En este trabajo se hablara de la importancia que tiene la óptica dentro de nuestra vida cotidiana, la óptica física u undulatoria es aquella que permite conocer los efectos asociados a la interacción de las ondas luminosas entre sí, por lo que es fundamental aprender la difraccion, la interferencia sus tipos y el experimento de Young.

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Definición La óptica ondulatoria estudia las propiedades ondulatorias de la luz; dado que ella es la propagación de las ondas electromagnéticas. Se utiliza para el estudio de difracción e interferencia. La óptica física es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos fenómenos que no se podrían explicar tomando la luz como un rayo. Estos fenómenos son: •Difracción: Es la capacidad de las ondas para cambiar la dirección alrededor de obstáculos en su trayectoria, esto se debe a la propiedad que tienen las ondas de generar nuevos frentes de onda. Polarización: Es la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran las ondas de luz se filtra impidiendo su paso.

Difracción  Es un fenómeno característico del movimiento ondulatorio, el cual consiste en la aparición de ondas en lugares donde debería estar la sombra geométrica de los obstáculos, cada punto alcanzado por la onda se comporta como un nuevo punto emisor, de esta forma se explica que las ondas logran bordear el obstáculo y propagarse detrás. Imagina un haz de partículas, como podría ser una ametralladora paintball. Si apuntas hacia una pared, las bolitas de pintura estallarán en la pared, dejando la marca correspondiente en ella. Si haces un orificio en la pared y apuntas hacia él, las partículas (las bolitas de pintura) atravesarán el orificio y seguirán la dirección que tenían antes de atravesar este, sin ninguna modificación apreciable. El caso del movimiento undulatorio es sustancialmente distinto. Si se practica un orificio en un obstáculo que se oponga al movimiento undulatorio, pueden ocurrir, de manera general, dos casos que quedan recogidos en la siguiente imagen, según que dicho orificio sea grande o pequeño respecto a la longitud de onda. Para qué se aprecie bien este fenómeno el tamaño del obstáculo no debe ser muy superior a la longitud de onda. Interferencia La interferencia es la combinación por superposición de dos o más ondas que se encuentran en un punto del espacio. El resultado que se obtiene es otra onda, que es combinación de las ondas concurrentes, esta se divide en dos tipos, la interferencia constructiva y la interferencia destructiva. El efecto de interferencia puede ser observado en todos los tipos de onda, como ondas de luz, radio, sonido, entre otros. La ecuación de la onda es la suma algebraica de las funciones de las ondas que se están superponiendo. Para entender con claridad qué son las interferencias de ondas te proponemos comenzar con un ejemplo fácilmente reproducible: lanza dos piedras a la vez en un estanque en calma. Observa que las ondas generadas por cada piedra se entrecruzan para seguir posteriormente cada una su camino. Sin embargo, en los puntos de intersección de las ondas habrá zonas con una amplitud mayor y zonas con

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una amplitud menor de la que tendría cada onda individualmente. Decimos que en tales puntos, en los que las ondas se superponen, se producen interferencias. Tipos de Interferencia Atendiendo a la amplitud de la vibración resultante en el punto de interferencia, podemos clasificar las interferencias en constructivas y destructivas. Observa que una interferencia es constructiva o destructiva según el punto considerado, siendo, en general, constructivas en unos puntos y destructivas en otros. Por otro lado, ten presente que, aunque en las comprobaciones realizadas a continuación hemos supuesto que las ondas que interfieren tienen igual frecuencia y amplitud, las condiciones de interferencia constructiva y destructiva son válidas también cuando las ondas tienen distinta amplitud, salvo que, en este último caso, la interferencia destructiva no llega nunca a anular completamente la amplitud. Interferencia constructiva Es una superposición de dos o más ondas de frecuencia iguales, que al interferir crean un nuevo patrón de ondas de mayor intensidad cuya cúspide es el antinodo; tras este punto, vuelven a ser las mismas ondas de antes. Decimos que se produce una interferencia constructiva en un punto P cuando la amplitud con la que vibra dicho punto es máxima. Esto ocurren en aquellos puntos del medio en los que las ondas están en fase, que son los mismos en los que la diferencia entre las distancias a los focos de cada onda es un número entero de longitudes de onda. Interferencia destructiva Es una superposición de dos o más ondas de frecuencia idéntica o similar que, al interferirse crean un nuevo patrón de ondas de menor intensidad en un punto llamado nodo. Tras dicho punto, las ondas siguen siendo como eran antes de interferirse, aunque esta vez alejándose del nodo. Decimos que se produce una interferencia destructiva en un punto P cuando la amplitud con la que vibra dicho punto es mínima. Esto ocurren en aquellos puntos del medio en los que las ondas están en oposición de fase, que son los mismos en los que la diferencia entre las distancias a los focos de cada onda es un número impar de semilongitudes de onda. En el caso más extremo, dos ondas de igual frecuencia y amplitud en contra fase (desfasadas 180º), que se interfieren, se anulan totalmente por un instante (como se ilustra en el primer gráfico de la derecha). De igual manera, vuelven a ser las mismas después de traspasar el nodo, aunque esta vez alejándose del mismo. Experimento de Young Si se iluminan dos rendijas muy unidas y pequeñas con una fuente de luz monocromática, es posible observar en una pantalla, colocada a una distancia adecuada, un conjunto de franjas donde la luz presenta máximos y mínimos alternos de intensidad. Si se hace un gráfico de las intensidades de las franjas en la pantalla .La separación entre franjas está muy exagerada; usualmente el espesor de las franjas no es mayor de una fracción de mm. Uno de los experimentos mas bellos y sorprendentes es el experimento de la doble rendija de Thomas Young. En él se observa que la materia es indeterminista y es afectada por nuestra observación. La naturaleza ondulatoria de la luz pudo ser probada mediante un experimento conocido como de la doble rendija, ideado por Thomas Young. Imagina la siguiente escena:

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estás parado frente a un estanque con agua, y dentro hay dos placas metálicas, la primera tiene una ranura en el centro y más adelante hay una segunda placa pero con dos ranuras.Aunque este experimento se presenta habitualmente en el contexto de la mecánica cuántica, fue diseñado mucho antes de la llegada de esta teoría para responder a la pregunta de si la luz tenía una naturaleza corpuscular o si, más bien, consistía en ondas viajando por el éter, análogamente a las ondas sonoras viajando en el aire. La naturaleza corpuscular de la luz es basada principalmente en los trabajos de Newton. La naturaleza ondulatoria, en los trabajos clásicos de Hooke y Huygens. Los patrones de interferencia observados restaban crédito a la teoría corpuscular. La teoría ondulatoria se mostró muy robusta hasta los comienzos del siglo XX, cuando nuevos experimentos empezaron a mostrar un comportamiento que sólo podía ser explicado por una naturaleza corpuscular de la luz. De este modo el experimento de la doble rendija y sus múltiples variantes se convirtieron en un experimento clásico por su claridad a la hora de presentar una de las principales características de la mecánica cuántica. El fenómeno mediante el cual aparecen las franjas alternas de luz y sombra se conoce como interferencia de la luz, y puede ser analizado a partir del principio de Huyghens, el concepto de coherencia y el modelo ondulatorio de la luz. Conclusión Para concluir se puede decir qué, la teoría ondulatoria trata sobre la velocidad de la luz en medios de densidades diferentes, la cual afirma que la velocidad de propagación es mayor en el medio más denso. Sin embargo, supone que la luz constituida por rayos que proceden del foco emisor y básicamente se dedica a estudiar los cambios de dirección de los mismos en los fenómenos de reflexión y refracción mediante leyes geométricas sencillas. Por ello no es necesario considerar la longitud de onda, despreciable frente al tamaño de los objetos. Esta nos sirve en diferentes áreas como la industria, la medicina, la biología, las comunicaciones, monitoreo ambiental, entre muchas otras. La óptica ha estado presente desde siempre y ha evolucionado desde los inicios de la ciencia.

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DIFERENCIA, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE INSTRUMENTOS ANALÓGICOS Y DIGITALES En este trabajo se hablara sobre los instrumentos analógicos y digitales, donde la tecnología analógica hacía muy difícil las tareas de almacenar, manipular, comparar, calcular y recuperar información con exactitud y que actualmente, la electrónica moderna usa la electrónica digital para realizar muchas funciones que antes desempeñaba la electrónica analógica, por lo que es fundamental conocer sus ventajas y desventajas. Instrumentos de medición Son aquellas herramientas utilizadas para medir o comparar magnitudes físicas las cuales permiten que los objetos se confeccionan con la precisión requerida. En primer lugar, debemos definir qué queremos decir exactamente cuando decimos qué “medimos”. Es un término usado habitualmente, pero, quizás nunca nos hemos planteado exactamente cómo podemos definir lo científicamente. Pues bien, medir es comparar una magnitud con otra, tomada de manera arbitraria como referencia, denominada patrón y expresar cuántas veces la contiene. Cuando medimos se debe hacer con gran cuidado, para evitar alterar el sistema que observamos o dar una lectura errónea. Por otro lado, no debemos ignorar que las medidas se realizan con algún tipo de error, debido a imperfecciones del instrumental o a limitaciones del medidor. Tipos de Instrumentos de medición En general los parámetros que caracterizan un fenómeno pueden clasificarse en Analógicos y Digitales, se dice que un parámetro es analógico cuando puede tomar todos los valores posibles en forma continua, por ejemplo: el voltaje de una batería, la intensidad de luz, la velocidad de un vehículo, la inclinación de un plano, etc. Por otra parte se dice que un parámetro es digital cuando solo puede tomar valores discretos, por ejemplo: el número de partículas emitidas por un material radioactivo en un segundo, el número de moléculas, en un volumen dado de cierto material, el número de revoluciones de un motor en un minuto, etc. Instrumentos Analógicos e Instrumentos Digitales Instrumentos Analógicos Analógico Se refiere a las magnitudes o valores que varían con el tiempo en forma continua como la distancia y la temperatura, la velocidad, que podrían variar muy lento o muy rápido como un sistema de audio. En la vida cotidiana el tiempo se representa en forma analógica por relojes (de agujas), y en forma discreta (digital) por displays digitales .En la tecnología analógica es muy difícil almacenar, manipular, comparar, calcular y recuperar información con exactitud cuando esta ha sido guardada, en cambio en la tecnología digital (computadoras, por ejemplo), se pueden hacer tareas muy rápidamente, muy exactas, muy precisas y sin detenerse. La electrónica moderna usa electrónica digital para realizar muchas funciones que antes desempeñaba la electrónica analógica. Dependiendo del sistema que se utilice como indicador, existen diferentes tipos de aparatos: • Magnetoeléctricos: constan de una bobina y un imán que producen dos campos magnéticos, Sólo se emplean para corriente continua, tienen gran precisión y sensibilidad. Son: amperímetros, voltímetros, óhmetros, etc. (obsoleto). • Electromagnéticos (o de hierro móvil): formados por una bobina con un interior constituido por dos núcleos de material ferro magnético, uno fijo y otro móvil, este último conectado a la aguja indicadora. Se usa para amperímetros y voltímetros tanto de corriente continua como alterna. (Frecuente) • De inducción: están formados por un electroimán atravesado por una corriente alterna que da lugar a un campo magnético variable, deteniéndose la aguja en una determinada posición de la escala. Se usan para amperímetros y voltímetros de corriente alterna. (Frecuente)

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Electro térmicos: se basan en el efecto Joule (calor). Actualmente se utilizan las láminas bimetálicas, que al pasar una corriente eléctrica el metal se va alargando, transmitiendo el movimiento a la aguja, obteniendo la medición indicada, se usa con Corriente continua como alterna. (Poco usado).

Ventajas a. Bajo Costo. b. En algunos casos no requieren de energía de alimentación. c. No requieren gran sofisticación. d. Presentan con facilidad las variaciones cualitativas de los parámetros para visualizar rápidamente si el valor aumenta o disminuye. e. Es sencillo adaptarlos a diferentes tipos de escalas no lineales. Desventajas a. Tienen poca resolución, típicamente no proporcionan más de 3 cifras. b. El error de paralaje limita la exactitud a ± 0.5% a plena escala en el mejor de los casos. c. Las lecturas se presentan a errores graves cuando el instrumento tiene varias escalas. d. La rapidez de lectura es baja, típicamente 1 lectura/ segundo. e. No pueden emplearse como parte de un sistema de procesamiento de datos de tipo digital. Instrumentos Digitales. Digital Se refiere a cantidades discretas como la cantidad de personas en una sala, cantidad de libros en una biblioteca, cantidad de autos en una zona de estacionamiento, cantidad de productos en un supermercado, etc. Los Sistemas digitales tienen una alta importancia en la tecnología moderna, especialmente en la computación y sistemas de control automático. La tecnología digital se puede ver en diferentes ámbitos: Analógico y Digital. ¿Cuál es la diferencia? mecánico: llaves electromecánico: el relé/relay hidráulico neumático electrónico .Los dos últimos dominan la tecnología. Tipos de instrumentos digitales • Multímetro digital: Es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas o pasivas. Éstos pueden medir tanto como en corriente continua como en alterna. • Pinza amperimétrica: Es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la corriente para colocar un amperímetro clásico. • Osciloscopio: Es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Ventajas a. Tienen alta resolución alcanzando en algunos casos más de 9 cifras en lecturas de frecuencia y una exactitud de + 0.002% en mediciones de voltajes. b. No están sujetos al error de paralaje. c. Pueden eliminar la posibilidad de errores por confusión de escalas. d. Tienen una rapidez de lectura que puede superar las 1000 lecturas por segundo. e. Puede entregar información digital para procesamiento inmediato en computadora. Desventajas a. El costo es elevado. b. Son complejos en su construcción. c. Las escalas no lineales son difíciles de introducir. d. En todos los casos requieren de fuente de alimentación. De las ventajas y desventajas anteriores puede observarse que para cada aplicación hay que evaluar en función de las necesidades específicas, cual tipo de instrumentos es el más adecuado, con esto se enfatiza que no siempre el instrumento digital es el más adecuado siendo en algunos casos

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contraproducente el uso del mismo. Los instrumentos digitales tienden a dar la impresión de ser muy exactos por su indicación concreta y sin ambigüedades, pero no hay que olvidar que si su calibración es deficiente, su exactitud puede ser tanta o más mala que la de un instrumento analógico. Un ejemplo de avance tecnológico es el que se ha dado en la industria con los instrumentos de medición, los cuáles ya pueden transmitir datos directamente a una computadora evitando así errores de usuario al momento de la toma de mediciones en una pieza de trabajo, éste pequeño avance tecnológico tiene una muy alta importancia, ya que asegura una mayor calidad en el trabajo que se realiza. Aun así los instrumentos análogos siguen siendo muy requeridos para operaciones de medición por las otras ventajas que presentan en la operación. Si estás pensando hacer la inversión en un equipo como lo son los durómetros, micrómetros y/ o calibradores te damos algunos consejos que te pueden ayudar a decidir cuál es el mejor tipo de acuerdo a tus necesidades de operación.

Conclusión Para concluir se puede decir qué, cada tipo de instrumento de medición ya sea analógico o digital tiene sus ventajas y desventajas por ende se puede observar que para cada tipo tenemos que evaluar en función sus necesidades especificas y tenemos que saber cual será el instrumento mas adecuado para el procedimiento que se este llevando acabo. Sin embargo, hoy en día el instrumento digital es el más adecuado siendo en algunos casos contraproducente el uso del mismo porque logra dar medidas mas exactas mejorando y dando calidad a tu trabajo.

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INSTRUMENTOS ÓPTICOS En este trabajo se hablara sobre los instrumentos ópticos, estos instrumentos tienen como fin mejorar una imagen para su visualización, y analizar las ondas de luz para determinar propiedades características. Por lo que, es fundamental conocer su funcionamiento y los tipos de instrumentos para saber qué es lo que se esta o estará trabajando. Definición Los instrumentos ópticos tiene como base conocimiento científico. La óptica es un sector de la física que analiza y explica la propagación de la luz y su interacción con la materia. Las leyes la óptica física se mezclan con la óptica técnica e influyen la interpretación, el diseño y la fabricación de instrumentos ópticos. El instrumentos óptico más conocido tiene su origen en la naturaleza: se trata del ojo humano. Su facultad de transformar ondas electromagnéticas con longitudes de onda de 380 nm (violeta) hasta 780 nm (rojo), conocido también como luz visible, mediante fotoreceptores sobre la retina en impulsos nerviosos, que se transfieren al cerebro humano donde son procesados, permite al ser humano tener el sentido de la vista. Los mecanismos ópticos que pose el ojo humano son los que se usan en instrumentos ópticos. Mediante alteraciones de radios de curvatura y refracciones se manipulan la distancia focal y se enfocan los rayos de luz, lo que amplia los objetos. Microscopios, lupas, prismáticos o telescopios se basan en este simple principio. Normalmente se trata con este tipo de instrumentos de aparatos pasivos; es decir, que se requiere una fuente luminosa externa para este tipo de mediciones. Sistemas más complejos se usan por ejemplo en la técnica de satélites, donde se usan radiómetros y espectómetros para mediciones de intensidad y análisis espectrales. •

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Principio de funcionamiento de los instrumentos ópticos Instrumentos ópticos pasivos: Los componentes importantes de los instrumentos ópticos pasivos son las lentes ópticas. Las lentes ópticas son cristales transparentes con dos superficies que refractan la luz. La propiedad de refracción de la superficie se da por una curvatura cóncava o convexa. Si la superficie es plana no se refracta la luz. Si se observa un objeto a través de una lente, este se puede aumentar o disminuir, dependiendo de la curvatura de la lente. Una característica crucial de una lente es la distancia focal respectivamente el valor inverso y la refractividad, que se indica en la unidad dioptrías y que juega un papel importante en la clasificación de lentes para gafas. Esto permite cambiar con lentes la distancia focal para adaptar la visión óptica de un objeto en su tamaño. Instrumentos ópticos activos: En contraste con los instrumentos ópticos pasivos, los instrumentos ópticos activos requieren una fuente luminosa propia. El principio base es la emisión de ondas electromagnéticas enfocadas, y la recepción del eco que se forma en la reflexión en objetos o superficies. Mientras que los sistemas de radar trabajan con ondas cortas de radio invisibles, los instrumentos ópticos envían impulsos electromagnéticos en el sector de luz visible (láser). Gracias a la relación entre el tiempo de propagación de la señal y la velocidad de la luz es posible realizar una medición de distancia precisa, determinar la velocidad y la reproducción de objetos.

Tipos de instrumentos ópticos Para nosotros los seres humanos es muy importante controlar la luz, ya que los usos que le hemos dado son tan variados, como: • Lentes de contacto • Fotocopiadoras • Microscopios y lupas • Proyectores • Reproductores de cd • Rayos X • Laser (Luz Amplificada por Efecto de Radiación Estimulada) Otros instrumentos ópticos son: • Lentes de aumento • Telescopio • Cámara fotográfica

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La flexibilidad es el tema clave en la tecnología de multisensores. La flexibilidad en el mundo de la metrología significa tener la libertad de elegir entre medición por contacto y medición óptica, con sólo un sistema de medición. Por lo tanto, un único sistema es suficiente para la medición por contacto y la medición óptica de todas las características de inspección en una pieza de trabajo. Para la medición de materiales sensibles al tacto, la solución ideal son los sistemas de medición óptica. Estos sistemas miden de forma no destructiva y con precisión. Gracias al versátil rango de sistemas de medición ópticos disponemos de la solución correcta para cada tarea de medición. Espejo: Dispositivo óptico, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida, que forma imágenes mediante la reflexión de los rayos de luz. Además de su uso habitual en el hogar, los espejos se emplean en aparatos científicos; por ejemplo, son componentes importantes de los microscopios y los telescopios. Prisma (Óptica): Bloque de vidrio u otro material transparente que tiene la misma sección transversal (generalmente un triángulo) en toda su longitud. Los dos tipos de prisma más frecuentes tienen secciones transversales triangulares con ángulos de 60 o de 45º. Los prismas tienen diversos efectos sobre la luz que pasa a través de ellos. Cuando se dirige un rayo de luz hacia un prisma, sus componentes de distintos colores son refractados (desviados) en diferente medida al pasar a través de cada superficie, con lo que se produce una banda coloreada de luz denominada espectro. Este fenómeno se conoce como dispersión cromática, y se debe al hecho de que los diferentes colores de la luz tienen distintas longitudes de onda, y son más o menos frenados al pasar a través del vidrio: la luz roja es la que resulta menos frenada, y la violeta la que más. Fibra Óptica: Fibra o varilla de vidrio u otro material transparente con un índice de refracción alto que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada. El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento. La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo. También pueden emplearse para transmitir imágenes, cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones. Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales. La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una

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señal para transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Microscopio: Cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos. El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto. El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Por lo general, se utilizan microscopios compuestos, que disponen de varias lentes con las que se consiguen aumentos mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un objeto por encima de las 2000 veces. El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un tubo cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que crean una imagen real aumentada del objeto examinado. Las lentes de los microscopios están dispuestas de forma que el objetivo se encuentre en el punto focal del ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las distancias focales de los dos sistemas de lentes. Telescopio: Es un instrumento óptico empleado para observar objetos muy grandes que se encuentran a muy lejanas distancias como por ejemplo estrellas, cometas, planetas, entre otros. Cristal: Porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida y con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente dispuestas. Los cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido; esta formación puede resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia disuelta o la condensación directa de un gas en un sólido. Los ángulos entre las caras correspondientes de dos cristales de la misma sustancia son siempre idénticos, con independencia del tamaño o de la diferencia de forma superficial. Interferómetro: Instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida ultra precisa de longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas y de determinados fenómenos ópticos. Existen muchos tipos de interferómetros, pero en todos ellos hay dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas determinadas por un sistema de espejos y placas que finalmente se unen para formar franjas de interferencia. Para medir la longitud de onda de una luz monocromática se utiliza un interferómetro dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia pequeña que puede medirse con precisión y varía así la trayectoria óptica del haz. Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo completo de cambios en las franjas de interferencia. La longitud de onda se calcula midiendo el número de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una distancia determinada. Red De Difracción: Dispositivo óptico empleado para separar las distintas longitudes de onda (colores) que contiene un haz de luz. El dispositivo suele estar formado por una superficie reflectante sobre la que se han trazado miles de surcos paralelos muy finos.

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Un CD-ROM crea un patrón de difracción por reflexión. Por su construcción tiene similitudes con las redes de difracción. En la foto se pueden apreciar los dos primeros órdenes de difracción. Espectroheliógrafo: Elemento importante del equipo utilizado en astronomía para fotografiar las protuberancias del Sol, como la fotosfera (la capa interior de gases calientes más cercana a la superficie del Sol) y la cromosfera (la capa exterior más fría). El espectroheliógrafo, junto con un telescopio, fotografía el Sol en luz monocromática (con una única longitud de onda). Conclusión Para concluir se puede decir qué, los instrumentos ópticos son una aplicación de los espejos y los lentes a la formación de imágenes más grandes, más pequeñas, más próximas o más alejadas de un objeto. Estos instrumentos se pueden clasificar de acuerdo con la imagen producida, según sea real o virtual. Según la imagen que producen podemos clasificar los instrumentos ópticos en dos grupos que son los que producen imágenes reales como la cámara fotográfica y los proyectores. Lo que producen imágenes virtuales como la lupa, el microscopio compuesto, lentes de contacto etc.

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INSTRUMENTOS MECÁNICOS En este trabajo se hablara sobre los instrumentos mecánicos, estos son utilizados para las tareas mecánicas en el procesos de mecanizado, así como tambien tienen como objetivo realizar mediciones y comparaciones de magnitudes. Esta es fundamental ya que toda tarea mecánica lleva consigo la necesidad de tomar medidas de las piezas y trabajos que se están realizando, con precisión y exactitud, para obtener correctos resultados de las medidas y cálculos. Definición Son los instrumentos de medición que deben ser manipulados físicamente por él inspector. Los dispositivos mecánicos pueden ser de pasa-no pasa o variables. Los instrumentos mecánicos cada día son remplazados por electrónica que nos permite tener una mejor resolución y evitan errores de paralaje. Sin embargo hoy por hoy constituyen una alternativa económica en algunos casos. Fundamento Teórico de Medición Medir una magnitud es determinar cuántas veces contiene a otra de la misma especie que se toma como unidad. Esta operación que a primera vista puede resultar muy simple es, en la práctica, más delicada cuanto más precisa deba ser la medida que se quiere realizar. Las magnitudes nunca se podrán medir exactamente y el número que se obtiene para representar su medida será siempre aproximado. La precisión de una medida dependerá del error que se comete al realizarla. Para todo lo relativo al cálculo de errores se recomienda utilización de instrumentos de medición, y son un elemento imprescindible para el desarrollo productivo en los procesos de mecanizado de piezas metálicas. Clasificación de los Instrumentos de Medida Los instrumentos que se utilizan para realizar las mediciones se pueden clasificar en tres grupos: • Medidores Son los aparatos encargados de comparar la dimensión que se desea medir con la unidad de medida. A este grupo pertenecen las reglas, los flexómetros, los calibres… • Comparadores Se utilizan fundamentalmente para comparar dimensiones. • Verificadores No se utilizan para la realización de medidas, sino para comprobar si una dimensión se encuentra o no dentro de ciertos límites . Dicho tipo de instrumentos están constituidos por todos aquellos que se valer de una medición directa a través de un mecanismo, que nos permita tomar la lectura del valor directamente de dicho instrumento, tales como: • Micrómetros • Vernier • Durómetros • Indicadores de carátula • Palpadores • Tensiómetros Medición con reglas. Las herramientas de medición más comunes en el trabajo del taller mecánico es regla de acero. Se emplea cuando hay que tomar medidas rápidas y cuando no es necesario un alto grado de exactitud. Las reglas de acero, en pulgadas, están graduadas en fracciones o decimales; las reglas métricas suelen estar graduadas en milímetros o en medios milímetros. La exactitud de medida que se toman depende de las condiciones y el uso correcto de la regla.

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Regla de acero. Se fabrican en una gran variedad de tipos y tamaños, adecuados a la forma o tamaño de una sección o longitud de una pieza. Para satisfacer los requisitos de pieza que se produce y se va a medir, hay disponibles reglas graduadas en fracciones o decimales de pulgadas o en milímetros. Los tipos de reglas más utilizados en el trabajo del taller mecánico se describen a continuación. a. Regla rígida de acero templado. Generalmente tiene 4 escalas, 2 en cada lado; se fabrican en diferentes longitudes, la más común es de 6 pulgadas o 150 mm.

b. Regla flexible, similar a la anterior pero más estrecha y delgada, lo que permite flexionar, dentro de ciertos límites, para realizar lecturas donde la rigidez de la regla de acero templado no permite medición adecuada.

Lainas (Medidores de espesores) Estos medidores consisten en láminas delgadas que tienen marcado su espesor y que son utilizadas para medir pequeñas aberturas o ranuras. El método de medición consiste en introducir una laina dentro de la abertura, si entra fácilmente se prueba con la mayor siguiente disponible, si no entra vuelve a utilizarse la anterior. Patrones de radio Estos patrones consisten en una serie de láminas marcadas en mm con los correspondientes radios cóncavos y convexos, formados en diversas partes de la lámina. La Inspección se realiza determinando que patrón se ajusta mejor al borde redondeado de una pieza; generalmente los radios van de 1 a 25 mm en pasos de 0.5 mm. Calibres Angulares Estos calibres cuentan con láminas que tienen diferentes ángulos para cubrir las necesidades de medición de chaflanes externos o internos, inspección de ángulos de ruedas de esmeril o cortadores. Cuentahílos Los cuentahílos consisten en una serie de láminas que se mantienen juntas mediante un tornillo en un extremo, mientras que el otro tiene salientes que corresponden a la forma de la rosca de varios pasos (hilos por pulgada); los valores están indicados sobre cada lámina.

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Patrones para alambres, brocas y minas Los patrones para brocas sirven para determinar el tamaño de estas al introducirlas en un agujero cuyo tamaño esta marcado a un lado o para mantener en posición vertical un juego de brocas. El cuerpo del patrón tiene grabadas indicaciones sobre el tamaño de brocas recomendable para un tamaño de rosca determinado. Esta característica permite elegir rápidamente broca adecuada. Compases Antes de que los instrumentos como el calibrador vernier fueran introducidos, las partes eran medidas con compases (interiores, exteriores, divisores, hermafroditas) y reglas. Para medir un diámetro exterior la parte es puesta entre las puntas de los compas y luego las puntas de los compas son colocadas sobre una regla para transferir la lectura. En otra aplicación las puntas de los compas de exteriores se separan una distancia específica utilizando una regla, entonces las partes son maquinadas hasta que la punta de los compas se deslizan justamente sobre la superficie maquinada. Vernier o pie de Rey para medir con precisión elementos pequeños (tornillos, orificios, pequeños objetos, etc.). La precisión de esta herramienta llega a la décima, a la media décima de milímetro. Para medir exteriores se utilizan las dos patas largas, para medir interiores las dos patas pequeñas, y para medir profundidades un vástago que va saliendo por la parte trasera, llamado sonda de profundidad. Para efectuar una medición, ajustaremos el calibre al objeto a medir y lo fijaremos. La pata móvil tiene una escala graduada (10, 20 o 50 divisiones, dependiendo de la precisión). Reloj comparador Un reloj comparador es un aparato que transforma el movimiento rectilíneo de los palpadores o puntas de contacto en movimiento circular de las agujas. Se trata de un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e industrias para la verificación de piezas y que por sus propios medios no da lectura directa, pero que es útil para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se quieran verificar. Conclusión Para concluir se puede decir qué, los instrumentos mecánicos juegan un papel fundamental en la industria mecánica, es prácticamente irresponsable fabricar cualquier pieza o mecánicos sin el empleo de los instrumentos de mediciones adecuados que garanticen los parámetros de calidad. Recordando que son necesarios en casi cualquier aspecto de nuestra cotidianidad independientemente de lo que laboramos, hacemos o creemos ya que son útiles en casi todos los aspectos. Además, estos elementos se acoplan a la necesidad que tenga el individuo pues pueden ser usado en casi cualquier campo, en pequeñas, medianas y grandes industrias o en la simpleza de nuestros hogares. Ten en cuenta que siempre habrá un instrumento de medición mecánico para ti y para tu necesidad.

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