La Luz Y El Espectro Electromagnético
La luz, como la que emite el sol o una bombilla incandescente, es una forma de energía radiante. Cuando se hace pasar a través de un prisma la luz blanca de una lámpara incandescente, la luz se separa en un espectro continuo o arcoíris de colores. Se produce el mismo fenómeno cuando la luz solar atraviesa una gota de lluvia. Los diferentes colores de la luz representan cantidades distintas de energía radiante. La luz azul, por ejemplo contiene más energía que la luz roja de la misma intensidad. El arcoíris es un ejemplo de espectro continuo.
Además de la luz visible, existen otras formas de energía radiante, como los rayos gamma, la radiación ultravioleta y la radiación infrarroja. Todas estas formas de energía radiantes, o radiación electromagnética, viajan por el espacio a razón de 3.00 x 10(8) m/s: la velocidad de la luz.
Esta radiación viaja en ondas; La distancia que existe entre cada cresta de ondas consecutivas se llama longitud de onda (representada por lambda). El número de crestas que pasan por un punto determinado en 1 segundo recibe el nombre de frecuencia. La velocidad de onda se obtiene multiplicando la longitud de onda por la frecuencia. La frecuencia aumenta conforme la longitud de onda disminuye, y viceversa.
El espectro electromagnético comprende en su totalidad un extenso intervalo, que va desde el rayo gamma de alta energía, con alta frecuencia y longitudes de onda cortas, hasta las ondas de radio de baja energía, con baja frecuencia y longitudes de onda larga.
• Luz visible
La luz visible abarca tan solo una pequeña fracción del espectro electromagnético total. Nuestros ojos perciben longitudes de onda que van desde aproximadamente 400 nm (Luz violeta) hasta alrededor de 750 nm (luz roja). Todas las longitudes de onda comprendidas entre este intervalo pertenecen al espectro visible. Cada color especifico de la luz visible: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, tiene una longitud de onda y frecuencia diferentes. La mezcla de todas las longitudes de onda de la luz visible da por resultado la luz blanca.
• Radiación ultravioleta:
“Luz negra’’ Tiene longitudes de onda más corta que la luz visible, mostrada en la imagen anterior. Existen ‘’UV cercano’’ y ‘’UV lejano’’ que son las longitudes de onda cerca y lejos respectivamente de la luz visible. Se emplean tres categorías (UV-A / UV-B / UV-C) indicando las longitudes de onda largas, medianas y cortas. Nuestra atmosfera elimina por filtración las longitudes de onda UV-C.
Lo que se conoce como ‘’luz negra’’ es en realidad UV (principalmente UV cercano). Cuando la radiación UV incide en ciertas rocas o ciertos tipos de pintura, los objetos presentan fluorescencia; Parecen despedir luz propia al ser bombardeados por los rayos UV. Esto sucede cuando los electrones de los átomos de un material absorben rayos UV y luego despiden esta energía emitiendo luz visible de menor energía. La luz emitida hace que el material parezca resplandecer.
Nota: Peligros de la luz UV, No se debe mirar directamente una fuente de luz UV porque los rayos de alta energía pueden dañar gravemente los ojos. El vidrio absorbe la mayor parte de los rayos UV, por lo que el vidrio de una ventana ofrece cierta protección contra estos rayos.
• Radiación infrarroja (IR)
Lo que habitualmente conocemos como energía radiante es en realidad Radiación IR. Los rayos IR tienen una longitud de onda demasiado larga para ser visibles al ojo humano, pero poseen frecuencias idóneas para interactuar con las moléculas y producir vibraciones moleculares.
El control remoto de un televisor o una videograbadora utiliza un haz de radiación IR.
• Microondas y radar:
Las longitudes de ondas de las microondas y del radar son similares (1 cm). Las microondas tienen la energía idónea para obligar a las moléculas a girar. Esta propiedad hace posible que un horno de microondas caliente una salchicha rápidamente. Conforme las microondas pasan a través de la salchicha, la energía de aquellas hace girar las moléculas de agua del centro y también las de la superficie de la salchicha. El calor que las moléculas producen al girar calienta rápidamente toda la salchicha o lo que se quiere calentar. Como ya se ha señalado, las frecuencias de luz visible constituyen tan solo una pequeña parte del espectro electromagnético total.
Conceptos Relativos A La Luz
La luz es una forma de energía radiante, y aunque su precisa naturaleza requiere complejas teorías físicas, todos los fenómenos relativos a la óptica mineral pueden ser correctamente explicados considerando exclusivamente su naturaleza ondulatoria, así, en este programa se considerará que la luz se propaga como consecuencia de una vibración de partículas.
En la figura siguiente se muestra como a partir de un nivel de reposo se produce una progresiva vibración de partículas que como consecuencia originan una onda que se propaga en dirección perpendicular a la de vibración. Por tanto, el resultado de la vibración de partículas adyacentes es una propagación de la onda resultante.
Para la explicación de las propiedades ópticas de los cristales es importante tener siempre en cuenta que las direcciones de vibración y de propagación son perpendiculares. Esto es estrictamente cierto para todos los medios isótropos, pero en determinadas condiciones de los anisótropos, el ángulo puede ser diferente de los 90 grados, sin embargo, se puede considerar que ambas son siempre perpendiculares (aceptar esto simplificará en gran medida las explicaciones sin que se afecten la esencia de los conceptos). Por otra parte, es igualmente importante recordar que la propagación es un simple resultado de la vibración y por tanto será esta la que condicione a aquella. A continuación se repasará muy brevemente algunos conceptos relativos a la luz:
• Onda
Es el movimiento sinusoidal causado por un grupo de partículas vibrando.
• Rayo
Es el camino rectilíneo seguido por la onda (camino recorrido por la luz)
• Longitud de onda
Es la distancia entre dos puntos en fase (siendo puntos en fase aquellos que encuentran vibrando de la misma menera, a igual distancia del nivel de reposo y moviendose en la misma dirección).
COLOR
Cuando decimos que “vemos” un color, nos referimos realmente a que, según la luz que entre en nuestros ojos, sentimos un color u otro. Es decir, llevamos el color al terreno de lo perceptual, lo percibido. En el mundo externo a nuestro sistema visual no existe el color; ese mundo es incoloro. La materia es incolora y la luz es incolora. El color sólo existe como impresión sensorial del individuo que ve un objeto material.
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La sensación “color” es el producto conceptual elaborado por nuestro cerebro a partir de los datos emitidos por el ojo que ve un objeto iluminado, un objeto sobre el que incide la luz. En ese sentido, ver blanco (sensación de color blanco) es ver todo el espectro visible, comprendido entre el infrarrojo y el ultravioleta, ambos excluidos. Ver negro (sensación de color negro) es no ver nada de ese espectro visible. Si en vez de referirnos a la luz nos referimos al objeto que vemos, lo vemos blanco si ese objeto refleja todo el espectro visible y lo vemos negro si ese objeto no refleja nada del espectro visible. El aspecto color de un objeto recibe el nombre de color de ese objeto.
Más en profundidad, podemos decir que, por ejemplo, el color verde no está en la hoja de la lechuga. El color rojo no es una propiedad de la tela de un vestido. Tanto la hoja de lechuga como el vestido, pueden solamente captar o absorber determinadas partes del espectro de la iluminación general. La luz restante, no absorbida, es remitida como residuo lumínico. Pero estos rayos de luz remitida tampoco son color, sino tan sólo transmisores de información que dan cuenta de la forma en que este estímulo de color se diferencia de la composición general del espectro.
El color sólo nace cuando este estímulo de color motiva al órgano intacto de la vista del receptor a producir una sensación de color. Si no existe receptor o éste es ciego, no hay posibilidad de que se produzca color. Y si el mismo estímulo llega a los ojos de un daltónico, la sensación de color será otra.El color entonces, es sólo producto del órgano de la vista; es sensación de color.
Un ojo experto puede llegar a diferenciar nueve millones de matices de colores (los esquimales son capaces de distinguir entre doce tonos de blanco, mientras que hay ojos que no pueden distinguir ciertas longitudes de onda debido al daltonismo). No todos vemos exactamente los mismos colores, ya que en el proceso de percepción del color intervienen otros factores como la capacidad observación, memoria cromática, la agudeza visual, así como circunstancias culturales y geográficas, e incluso información genética.
Cualidades De La Luz
Son la intensidad, la calidad y la dirección.
La luz es la materia prima de la fotografía, la cantidad de luz determina si un sujeto podrá registrarse o no, y de su calidad y dirección dependerá el aspecto que ofrezca.
INTENSIDAD: Es la cantidad de luz emitida, transmitida o reflejada por unidad de tiempo.
En la intensidad de la luz influyen tres factores:
• La intensidad de la luz emitida por la fuente.
• La intensidad de la luz que incide sobre el motivo.
• La intensidad de luz que refleja el motivo.
Podemos apreciar que la intensidad depende de la distancia entre la fuente luminosa y el motivo visual u objeto a fotografiar y del tamaño de la fuente. La intensidad será mayor cuanto más cerca se encuentren l fuente luminosa y el motivo visual y cuanto mayor sea el tamaño de la fuente.
CALIDAD: Distinguimos entre luz dura (contrastada), luz suave (difusa) y luz semifusa.
• Luz directa: es la que va en línea recta desde la fuente de luz hasta el sujeto.
• Luz dura: una luz será más dura cuanto menor tamaño tenga y más lejos se encuentre del motivo visual. Si la fuente es concentrada: Se llama luz dura y da sombras nítidas y altas luces bien definidas, esta luz sobrevalora las texturas, las formas y el color. Reduce el detalle al saturarlas, pudiendo hacer que las zonas de luces y sombras aparezcan planas. (Bombillas, Sol, cuboflash). Si la fuente es amplia: Se llama luz suave: es cuando la fuente de luz es amplia, produce altas luces y sombras difusas, los bordes de las sombras son suaves; (es decir, cuando el punto que recibe la luz y las sombras van degradados). Menos contraste.
• Luz difusa: es cuando el trayecto es modificado y alcanza al sujeto desde muchas direcciones a la vez; produce sombras de bordes suaves y si es lo bastante suave ninguna sombra. Da lugar a una textura pobre, parecida a la de los días nublados. Se puede obtener por medio de reflectores y cajas de luz.
• Luz semidifusa: En el caso de la luz semidifusa se conseguirá una mezcla de efectos entre los de la luz dura y la luz difusa. Esta luz dará lugar a sombras más definidas pero sin los bordes nítidos. Da cierta redondez y volumen pero no tanto contraste como la luz dura.
• Luz rebotada: es típicamente muy difusa y es reflejada al sujeto por una superficie cercana, no se dirige directamente de la fuente al sujeto. (Cuanto más brillante sea la superficie sobre la cuál rebota la luz menos difusa será la luz).
DIRECCIÓN: La dirección de la luz la indica la posición respecto a la cámara y el motivo visual. La dirección de la luz junto con la calidad afecta al contraste de una escena; (el contraste viene a ser las diferencias de luz y de sombras), está a su vez relacionada con el intervalo tonal y es junto con la forma la que determina el volumen.
Puntos, líneas y formas son visibles gracias a la luz, es como si la luz fuera intrínseca a la realidad, dándonos esa sensación (la de realidad).
En dibujo, grabado y pintura a la luz le llaman tono siendo iluminación la definición propia del sistema de registro fotográfico, electrónico (vídeo, televisión), etc. La luz sirve para ver en estos medios la realidad, pero también para subjetivarla, con recursos que forman parte del lenguaje de la imagen.
Es sumamente importante en relación a la cámara.
Biofisica De La Luz Y La Vision
Se llama luz (del latín lux, lucís) a la parte de la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido como espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible señala específicamente la radiación en el espectro visible.
La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones.
El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.
LUZ VISIBLE: Está formada por radiación electromagnética cuyas longitudes de onda están comprendidas entre 400 y 700 nm. La luz es producida en la corteza atómica de los átomos, cuando un átomo por diversos motivos recibe energía puede que algunos de sus electrones pasen a capas electrónicas de mayor energía. Los electrones son inestables en capas altas de mayor energía si existen niveles energéticos inferiores desocupados, por lo que tienden a caer hacia estos, pero al decaer hacia niveles inferiores la conservación de la energía requiere la emisión de fotones, cuyas frecuencias frecuentemente caen en el rango de frecuencias asociados a la luz visible. Eso es precisamente lo que sucede en fenómenos de emisión primaria tan diversos como la llama del fuego, un filamento incandescente de una lámpara o la luz procedente del sol. Secundariamente la luz procedente de emisión primaria puede ser reflejada, refractada, absorbida parcialmente y esa es la razón por la cual objetos que no son fuentes de emisión primaria son visibles.
Clases De Luz:
La luz natural indispensable para todos los organismos fotosintéticos es un Espectro Electromagnético formado por la asociación de varios colores( azul hasta el rojo) que se propaga en forma de ondas ( modelo ondulatorio) o estar formado por partículas luminosas cargadas con paquetes de energía cuántica( fotones de luz solar), esta luz es clave para realizar el proceso de la fotosíntesis.
Algunos seres vivos como las luciérnagas y peces abisales generan luz propia o radiante, llamándose Bioluminiscentes, los destellos de luz biológica son producidos por gasto de ATP celular.
La luz artificial es originada por transformación de una forma de energía a otra, cuando la energía eléctrica pasa por las bombillas luminosas los filamentos de Tungsteno generan luz artificial que sirve para la iluminación de todos los ambientes, este tipo de luz también e aprovechada por las plantas expuestas bajo bombillas luminosas pues realizan fotosíntesis pero en intensidades menores a la luz natural.
La absorción, la reflexión y la refracción de la luz.
• La Absorción
La absorción de la luz consiste en que un cuerpo se quedaron parte de la energía de la luz que llega.
• La Reflexión De La Luz
A veces, los rayos de la luz que llegan a un cuerpo rebotan en él. Este fenómeno se llama reflexión de la luz. El ángulo con el que la luz sale reflejada de la superficie de un cuerpo (ángulo de reflexión) es igual al ángulo con el que llegó a dicha superficie (ángulo de incidencia). Los espejos son superficies muy lisas que reflejan la mayor parte de la luz que les llega y que permite ver imágenes en ellas.
• La Refracción De La Luz.
La refracción es el cambio de dirección que experimentan los rayos de la luz al pasar de un medio transparente distinto.
Una lente es un cuerpo transparente, por lo general de vidrio, plástico, con una o dos caras curvas. La luz se refracta en su interior, de madera que si miramos a través de ellas, vemos las imágenes deformadas luz infrarroja y termografía.
Aplicación de luz infrarroja o termografía es el uso de una cámara de imágenes infrarrojas y medición para «ver» o «medir» la energía térmica que emite un objeto. La energía térmica o infrarroja es luz no visible, ya que su longitud de onda es muy larga para que la detecte el ojo humano. Dicho de otra manera, es la parte del espectro electromagnético que percibimos como calor. A diferencia de la luz visible, en el mundo infrarrojo todo aquello con una temperatura sobre cero absoluto emite calor; incluso, los objetos muy fríos, tales como cubos de hielo, emiten luz infraroja.
El Sistema Visual Humano
En el Sistema Visual Humano definimos fotorreceptores como aquella célula o mecanismo capaz de captar la luz. Los fotorreceptores se localizan en el interior del ojo y existen dos tipos diferentes: conos y bastones.
Los conos forman un mosaico hexagonal regular en la fóvea, la mayor densidad de conos se encuentra en la foveola descendiendo esta densidad según nos alejamos en la retina periférica. Los bastones se encuentran por la fóvea siguiendo de una manera más desorganizada el patrón de los conos. Existe una zona donde no existe ningún fotorreceptor, es el punto ciego.
• Pigmentos visuales:
Los bastones contienen rodopsina, que es una proteína que presenta una mayor sensibilidad a las longitudes de onda cercanas a 500nm, es decir, a la luz verde azulada, por lo tanto es la responsable de la visión escotópica (condiciones de baja luminosidad).
Cada cono contiene uno de tres tipos de opsinas: La eritropsina que tiene mayor sensibilidad para las longitudes de onda largas (luz roja), la cloropsina con mayor sensibilidad para longitudes de onda medias (luz verde) y por último la cianopsina con mayor sensibilidad para las longitudes de onda pequeñas (luz azul), por ello los conos son los responsables de la percepción del color y dan lugar a la visión tricromática.
Ultraestructura de las terminaciones sinápticas de los conos y bastones:
La información codificada por los fotorreceptores se transmite a través de sus terminaciones sinápticas llamadas pedículos en el caso de los conos y esférulas en el caso de los bastones. Ambas están llenas de vesículas sinápticas. En las sinapsis, que es la región de contacto entre los axómas y las dendritas, existen unas estructuras densas llamadas Sinapsis en Cintilla. Las células que intervienen en los procesos que se realizan en esta zona son las células bipolares, las células horizontales, las células interplexiformes y las ganglionales.
Los pedículos forman una estructura conocida como triada en la que se encuentran tres procesos: 2 procesos laterales que corresponden a células horizontales y un proceso central alineado con la sinápsis en cintilla (células bipolares). Además existen otros tipos de células bipolares que tienen contactos basales con el pedículo. En estas terminaciones sinápticas hay aproximadamente 30 Sinapsis en Cintillas.
Las esférulas contienen dos sinápsis en cintilla que forman una estructura conocida como diada compuesta por una estructura lateral (compuesto por las terminaciones axónicas de las células horizontales) y un elemento central (compuesto por las dentritas intervaginantes de las células bipolares para los bastones). Por lo general no existen contactos basales en las esférulas.
Existen también sinápsis de tipo eléctrico en la retina de tipo cono-cono y bastón-cono.
• La fototransducción:
La fototransducción es el proceso a través del cual la información captada por las células fotorreceptoras se convierte en señal eléctrica y luego se manda al cerebro.
Aunque la estructura de los conos y los bastones es diferentes, el mecanismo de transducción en ambos es muy similar.
• Adaptación al brillo:
El ojo humano puede discriminar un rango total de niveles enorme (10^10 niveles) pero no a la vez. Aquí es donde aparece el fenómeno de adaptación al brillo que dependiendo del brillo subjetivo percibido el ojo puede discriminar unos niveles u otros.
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