El prisma de cuña es un prisma con un ángulo poco profundo entre sus superficies de entrada y salida. Este ángulo suele ser de 3 grados o menos. La refracción en las superficies hace que el prisma desvíe la luz en un ángulo fijo. Al observar una escena a través de un prisma de este tipo, los objetos parecerán estar desplazados en una cantidad que varía con su distancia al prisma.
Para un prisma de cuña en el aire, los rayos de luz que pasan a través del prisma se desvían en un ángulo δ, que viene dado aproximadamente por
donde n es el índice de refracción del material del prisma y α es el ángulo entre las superficies del prisma.
El término "cuña óptica" se refiere a cualquier ángulo poco profundo entre dos superficies planas de una ventana. Esta cuña puede variar desde unas pocas millonésimas de grado de paralelismo perfecto hasta tres grados de ángulo. Aunque las ópticas de alta precisión, como las superficies planas ópticas , pueden ser lapeadas y pulidas hasta niveles extremadamente altos de paralelismo, casi todas las ópticas con caras paralelas tienen alguna ligera cuña. Este margen de error suele indicarse en minutos o segundos de arco . Las ventanas fabricadas con una cuña intencional a menudo se denominan prismas de cuña y, por lo general, vienen con ángulos de cuña de uno, dos o tres grados. Existen muchas aplicaciones para los prismas de cuña, incluida la dirección del haz láser, la medición de distancia y el enfoque variable.
Se puede utilizar un par de prismas de cuña, llamados prismas Risley, para orientar el haz . En este caso, al girar una cuña en relación con la otra, se cambiará la dirección del haz. Cuando las cuñas forman un ángulo en la misma dirección, el ángulo del haz refractado se hace mayor. Cuando las cuñas se giran en ángulos en direcciones opuestas, se anulan entre sí y el haz puede pasar en línea recta.
También se puede utilizar una cuña para acercar o alejar el láser y dirigir el haz. Cuando la cuña se acerca al objetivo (se aleja del láser), el haz refractado se mueve a través del objetivo. Cuando dos cuñas en direcciones opuestas se deslizan una respecto de la otra, se pueden utilizar para proporcionar un enfoque variable para las cámaras, lo que permite fotografiar objetos a distancias muy diferentes, enfocados, en el mismo plano focal. Este método es común en la fotografía aérea o de vehículos de lanzamiento espacial, cuando la distancia al objeto cambia muy rápidamente. [1] Las cuñas se utilizaban a veces en la medición de distancias , combinando la imagen formada por un telescopio con la imagen formada por otro. [2]
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El prisma de cuña se utiliza principalmente de manera similar a un medidor de ángulos en el muestreo de parcelas de radio variable. En este tipo de muestreo, el prisma de cuña se utiliza para estimar el área basal de un grupo de árboles contando los árboles que están "dentro" o "fuera" de una parcela centrada en un único punto. Debido a que el prisma de cuña refracta la luz para desplazar el objeto de interés (por ejemplo, un árbol), se puede utilizar para determinar si el árbol debe contarse o no desde un punto determinado, en función del diámetro a la altura del pecho del árbol y su distancia desde ese punto.
En este tipo de muestreo, el prisma se sostiene a una distancia cómoda del ojo con el borde inferior paralelo al suelo y los árboles se observan a través del prisma aproximadamente a 4,5 pies por encima del suelo. Un árbol es un árbol "in" si la sección desplazada del árbol se superpone al fuste visto sin el prisma (Figura 1). Un árbol en el que la sección desplazada del tronco está perfectamente alineada con el fuste original es un árbol limítrofe (Figura 2) y se debe medir el DBH para determinar si se debe contar (o, más comúnmente en la práctica, se cuenta cada dos árboles limítrofes). Un árbol en el que la sección desplazada del árbol no se superpone ni toca el fuste original es un árbol "out" (Figura 3) y no se cuenta.
El área basal se calcula multiplicando el recuento de árboles "dentro" en un punto dado por el "factor" del prisma. El factor del prisma se basa en el ángulo del prisma, y los prismas están disponibles en diferentes factores, expresados tanto en pies cuadrados/acre (5, 10, 20 BAF son los más comunes) como en metros cuadrados/hectárea (1-5 BAF son los comunes). El tamaño del prisma se elige para obtener una estimación estadísticamente válida del área basal: se requieren de 6 a 10 árboles "dentro" por parcela, lo que requiere un prisma del factor adecuado según el tamaño de los árboles que se están rastreando. Los árboles más grandes estarán "dentro" desde más lejos, y se puede utilizar un prisma de factor más grande (20 o 30 pies cuadrados / acre, 5-8 m2 / ha). Los árboles más pequeños estarán "fuera" en un prisma de factor más grande a menos que estén muy cerca, y en consecuencia se debe utilizar un prisma de factor más pequeño.
Es importante que el borde inferior del prisma esté aproximadamente paralelo al suelo para proporcionar una estimación precisa en terrenos inclinados. Los prismas de cuña pueden ser difíciles de usar en condiciones húmedas debido al efecto que tienen las gotas de agua en las propiedades ópticas del vidrio. Los prismas de cuña vienen en diferentes colores, como transparente o ámbar. El ámbar cumple la misma función que el prisma de cuña transparente, solo que reduce el deslumbramiento y es más fácil de usar en días nublados.
El manejo de un prisma de cuña es una técnica que se utiliza en la silvicultura actual porque el prisma de cuña es simple, relativamente económico, portátil y tan preciso como otros medidores de ángulos cuando se calibra y se utiliza correctamente. Uno simplemente sostiene el prisma directamente sobre el centro de la parcela [3] y, al enfocar un árbol, la luz refractada se desplazará hacia el tronco del árbol. El prisma de cuña se utiliza para tomar mediciones tanto en la gestión de la tierra como en la adquisición de madera. Otras herramientas que se utilizan a menudo para acompañar al prisma de cuña en la realización del inventario forestal son los clinómetros , las varas Biltmore , los relascopios y las cintas diamétricas .
También se puede utilizar un prisma de cuña con un objetivo colocado en el centro del gráfico para establecer gráficos de radio fijo. En esta función, el tamaño del objetivo se calibra cuidadosamente según el tamaño del gráfico deseado, y el gráfico se define como toda el área en la que se encuentra el objetivo, tal como se ve a través del prisma. [4]
