clase 3 (luz)

Escuela de Tecnología Médica

“Física Óp5ca, naturaleza de la luz y fenómenos asociados.

Bio@sica de la visión”

Que es la Luz? •  La luz (del laHn lux, lucem) es la clase de energía electromagné5ca radiante capaz de ser percibida por el ojo humano. En un sen5do más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagné5co. La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina óp5ca.

Longitud de Onda

•  La longitud de una onda es la distancia entre dos crestas consecu5vas, en otras palabras describe lo larga que es la onda.

Luz

•  Naturaleza Dual Ondulatorias •  Caracterís5cas Corpusculares

http://insting.mxl.uabc.mx/~lydia/Historia_luz.pdf

Teoría Ondulatoria •  Esta teoría considera que la luz es una onda

electromagné5ca, consistente en un campo eléctrico que varía en el 5empo generando a su vez un campo magné5co y viceversa. De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magné5cos y eléctricos generándose con5nuamente. Estas ondas electromagné5cas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magné5co perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación.

Recordemos •  Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a

la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.

•  Periodo (T): Es el 5empo 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 5empo. Es una can5dad 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 5empo. En el caso de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.

Teoría Corpuscular

•  La teoría corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de parHculas sin carga ni masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiación electromagné5ca.

Tipos de Ondas •  Mecánicas (es una perturbación tensional que necesita un medio material para propagarse)

•  Electromagné5cas (forma de propagación de la radiación electromagné5ca a través del espacio, no necesitan de un medio para propagarse (vació).

Espectro EM •  3 variables;

•  λ •  Frecuencia •  Energía

•  Si recordamos: •  A mayor longitud de onda menor frecuencia (y menor energía según la relación de Plank).

http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck

Fuente Emisora

•  Fuentes Naturales (el Sol).

•  Fuentes Ar5ficiales (una lámpara).

Fuente Emisora

•  Fuentes Primarias, estas producen la luz que emiten (Sol).

•  Fuentes Secundarias, las secundarias reflejan la luz de otra fuente (la Luna).

Fuente Emisora •  Fuentes Difusas, La luz difusa incide sobre los objetos

desde múl5ples 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

Velocidad Ondas EM •  La velocidad de una onda en

la materia depende de la elas5cidad y densidad del medio.

•  La velocidad de las ondas electromagné5cas 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.

V = f x λ

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.

Ley de Snell

•  Es una fórmula simple u5lizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de índice de refracción dis5nto.

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.


Angulo Cri5co •  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.


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 4. Difracción, es un fenómeno

caracterís5co de las ondas que consiste en la dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo.

La luz como parHcula Efecto Fotoeléctrico •  Consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le

ilumina con radiación electromagné5ca (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluye en el término otros 5pos de interacción entre la luz y la materia:

•  Fotoconduc5vidad: es el aumento de la conduc5vidad 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.

Óp5ca

•  La ÓpEca es la rama de la @sica que estudia el comportamiento de la luz, sus caracterís5cas 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.

Tipos •  Óp5ca Geométrica, esta rama de la óp5ca se ocupa de la

aplicación de las leyes de reflexión y refracción de la luz al diseño de lentes y otros componentes de instrumentos óp5cos.

•  Óp5ca Cuán5ca, es un campo de inves5gación que se ocupa la aplicación de la mecánica cuán5ca a fenómenos que implican la luz y sus interacciones con la materia.

Definiciones importantes

•  Rayo → Haz

•  Haz → Convergente, Divergente o Paralelo.

•  Interfase Óp5ca; Limite entre 2 medios óp5cos con dis5nto n.

Medio Óp5co •  Homogéneos e isótropos: el índice de refracción es cte en

todos los puntos y en todas las direcciones. Por ejemplo vidrios óp5cos.

•  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.

Principio de Fermat

•  Camino óp5co. •  Si en un medio homogéneo e isótropo (n=cte) la luz

recorre un trayecto de longitud d, el camino óp5co L, se define como L=nd

•  “Camino óp5co es el camino geométrico que recorre la luz en el medio mul5plicado 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 5empo mínimo.

http://www.lawebdefisica.com/dicc/fermat/

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 cons5tuyentes.

•  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).

Dispersión de la luz al pasar

por un prisma

BioGsica de la Visión

Los rayos luminosos

•  Son transformados en esHmulos fotoquímicos y fotoeléctricos que viajan por la vía óp5ca, para llegar a nuestro cerebro donde se procesan y convierten en imágenes.

hmp://www.mailxmail.com/curso-‐ojo-‐humano-‐origen-‐desarrollo-‐vision-‐monocular/fototransduccion hmp://www.mailxmail.com/curso-‐ojo-‐humano-‐origen-‐desarrollo-‐vision-‐monocular/via-‐visual

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.

Visión en Color

•  hmp://www.hhmi.org/senses-‐esp/b110.html

•  hmp://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visible

•  Capitulo 4, texto apoyo

Sensibilidad al Contraste •  Se refiere a la habilidad del sistema visual

para dis5nguir 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 u5lizan para detectar diferencias entre partes claras y oscuras de un objeto y el fondo contra el que se encuentra.

Sensibilidad al Contraste

•  hmp://www.altavision.com.co/exa34.php •  hmp://www.contrastsensi5vity.net/es/csc.html

•  Capitulo 2, texto apoyo

Sensibilidad al Contraste •  hmp://docs.google.com/viewer?

a=v&q=cache:Cl3DGx57fX0J:upcommons.upc.edu/ocw/diposit/acces_arxiu.php%3Fid_obj%3D31687%26id_arx%3D35947+sensibilidad+al+contraste&hl=es&pid=bl&srcid=ADGEEShb_-‐pPuWhBv3DtLhJB9NghuMaTBzwn01ewugkrWRUrU1HDXVuz13Cao3FE_B0xba669JvxH9YIHMuABRooeUgnSeu16UQGOxmDBOBGXB8GRXskxhVDE5A8WjO586EAYTL6J0ta&sig=AHIEtbR2DFOwzH160evJJ_bK5DmFVDp0dA

Muchas Gracias…

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