Diapo 1 Clase nun 3 Física Óptica, naturaleza de la luz y fenómenos asociados. Biofisica de la visión Diapo 2 Que es la Luz? La luz (del latín lux, lucem) es la clase de energía electromagnética radiante capaz de ser percibida por el ojo humano. En un sentido más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético. La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina óptica. Longitud de Onda Diapo 3 Imagen de la Luz. Diapo 4 Definiremos el concepto de longitud de onda La longitud de una onda es la distancia entre dos crestas consecutivas, en otras palabras describe lo larga que es la onda. En la imagen adjunta podemos visualizar una onda con sus distintas partes. Diapo 5 La luz posee una Naturaleza Dual, con: Ondulatorias y Características Corpusculares Diapo 6 Teoría Ondulatoria Esta teoría considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa. De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación. Diapo 7 Imagen referencial de la teoría ondulatoria, se puede apreciar el campo eléctrico y el campo magnético, que conforman la luz como onda electromagnética. Diapo 8
Recordemos Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento. Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio. Frecuencia (f): Número de de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo. Longitud de onda (λ): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas. Velocidad de propagación (v): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c. Diapo 9 Teoría Corpuscular La teoría corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partículas sin carga ni masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiación electromagnética. Diapo 10 Tipos de Ondas Mecánicas (es una perturbación tensional que necesita un medio material para propagarse) Electromagnéticas (forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio, no necesitan de un medio para propagarse (vacío). Diapo 11 Espectro EM (electromagnético) 3 variables; λ (Long de onda) Frecuencia Energía Si recordamos: A mayor longitud de onda menor frecuencia (y menor energía según la relación de Plank). Diapo 12 Fuente Emisora Fuentes Naturales (el Sol). Fuentes Artificiales (una lámpara). Diapo 13 Fuente Emisora Fuentes Primarias, estas producen la luz que emiten (Sol). Fuentes Secundarias, las secundarias reflejan la luz de otra fuente (la Luna). Diapo 14 Fuente Emisora
Fuentes Difusas, La luz difusa incide sobre los objetos desde múltiples ángulos, proporcionando una iluminación más homogénea. Fuente Puntual, La luz puntual se origina en un punto más o menos reducido respecto al objeto que ilumina, pudiéndose hablar de una direccionalidad más o menos similar entre los rayos que emite Diapo 15 Velocidad Ondas EM La velocidad de una onda en la materia depende de la elasticidad y densidad del medio. Podemos calcular la vel de una onda, mediante la siguiente formula Vel= frec * Long de onda La velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío (entre ellas la luz) es constante y su valor es de aproximadamente 300.000 km/s (c) . Al atravesar un medio material esta velocidad varía sin superar nunca su valor en el vacío. Diapo 16 Fenómenos Asociados a la Luz 1. Refracción, es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. Diapo 17 Ley de Snell Es una fórmula simple utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de índice de refracción distinto. Diapo 18 Fenómenos Asociados a la Luz 2. Reflexión, es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Diapo 19 Angulo Critico Es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión total interna. Se denomina reflexión total interna al fenómeno que se produce cuando un rayo de luz, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Diapo 20 3. Interferencia, en la mecánica ondulatoria la interferencia es lo que resulta de la superposición de dos o más ondas, resultando la creación de un nuevo patrón de ondas. Fenómenos Asociados a la Luz
Diapo 21 4. Difracción, es un fenómeno característico de las ondas que consiste en la dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo. Diapo 22 La luz como partícula Efecto Fotoeléctrico Consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluye en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia: Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. El efecto fotoeléctrico explica los fundamentos del Láser Excimer. Diapo 23 Imagen referencial efecto fotoelectrico Diapo 24 Óptica La Óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. Diapo 25 Tipos Óptica Geométrica, esta rama de la óptica se ocupa de la aplicación de las leyes de reflexión y refracción de la luz al diseño de lentes y otros componentes de instrumentos ópticos. Óptica Cuántica, es un campo de investigación que se ocupa la aplicación de la mecánica cuántica a fenómenos que implican la luz y sus interacciones con la materia. Diapo 26 Definiciones importantes Rayo → Haz Haz → Convergente, Divergente o Paralelo. Interfase Óptica; Limite entre 2 medios ópticos con distinto n. Diapo 27 Medio Óptico Homogéneos e isótropos: el índice de refracción es cte en todos los puntos y en todas las direcciones. Por ejemplo vidrios ópticos. Anisótropos: el índice de refracción varía punto a punto. Por ejemplo la atmósfera. Heterogéneos y anisótropos: el índice de refracción varía punto a punto y con la dirección.
Diapo 28 Principio de Fermat Camino óptico. Si en un medio homogéneo e isótropo (n=cte) la luz recorre un trayecto de longitud d, el camino óptico L, se define como L=nd “Camino óptico es el camino geométrico que recorre la luz en el medio multiplicado por el índice de refracción”. El camino que, entre todos los posibles, sigue un rayo de luz para ir de un punto a otro, es aquel en que la luz emplea un tiempo mínimo. Diapo 29 Dispersión de la Luz Blanca Teniendo en cuenta que a la luz que procede del sol la llamamos luz blanca, y que ésta en realidad es una mezcla de luces de diferentes colores, podemos decir que la dispersión de la luz es un fenómeno que se produce cuando un rayo de luz compuesta se refracta en algún medio (por ejemplo un prisma), quedando separados sus colores constituyentes. La causa de que se produzca la dispersión es que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la longitud de onda, de modo que las longitudes de onda más largas (rojo) se desvían menos que las cortas (azul). Imagen referencial, Dispersión de la luz al pasar por un prisma Diapo 30 Biofísica de la Visión Diapo 31 Los rayos luminosos Son transformados en estímulos fotoquímicos y fotoeléctricos que viajan por la vía óptica, para llegar a nuestro cerebro donde se procesan y convierten en imágenes. Diapo 32 Visión en Color Es la interpretación que hace el cerebro de la longitud de onda de la luz que es percibida a través de la visión. El color depende de la longitud de onda de la luz. Imagen referencial espectro visible por el ojo humano. Diapo 33 Links Visión en Color Diapo 34 Sensibilidad al Contraste Se refiere a la habilidad del sistema visual para distinguir entre un objeto y el fondo.
Por ejemplo, imagine un gato negro en un fondo de nieve blanca (alto contraste) vs. un gato blanco en un fondo de nieve blanca (bajo contraste). Según el modelo de canales de visión, las células de selección de contraste se utilizan para detectar diferencias entre partes claras y oscuras de un objeto y el fondo contra el que se encuentra. Imagen referencial evaluación de senibilidad al contraste. Diapo 35-‐36 Link sensibilidad al contraste
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