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