Propiedades de la luz
[Introducción histórica]
[Características físicas] [Leyes
ópticas]
1. Introducción histórica.
El estudio de la visión comienza cuando el hombre
trata de explicar el fenómeno de la visión considerándolo como una facultad
anímica que le permite relacionarse con el mundo exterior.
Para las civilizaciones antiguas la percepción visual
requería un "algo" que enlazara nuestro espíritu con el objeto visto, y así la
escuela atomista sostenía que la visión se producía porque
los objetos emiten "imágenes"
que desprendiéndose de ellos, venían a nuestra alma a través de
los ojos.
La
escuela pitagórica sostenía, por el contrario, que la visión se producía por
medio de un
"fuego invisible" que saliendo de los ojos, a modo de tentáculo, iba
a tocar y explorar los objetos. Hasta trece siglos después, con el árabe Alhazen
(965-1039 d.C.), no hay indicios del menor
progreso.
Alhazen sienta la idea de
que la luz procede de los objetos o que va del Sol a los objetos
y de éstos a
los ojos.
Hoy en día las propiedades físicas de la luz, en las que se basa el sistema
visual para recoger información sobre el mundo que nos rodea, son mejor
conocidas.
2. Características físicas de la luz.
La luz es una radiación electromagnética visible
para nuestros ojos. Esta radiación la podemos describir bien considerando un
modelo corpuscular, bien considerando un modelo ondulatorio.
En el primer caso
podemos considerar que la luz esta compuesta por pequeñas partículas denominadas
fotones, cuya masa en reposo es nula y que representan unidades o cuantos de
energía. En el segundo caso, la luz al igual que cualquier otra onda, puede ser
caracterizada
en términos de su longitud de onda (distancia sucesiva entre dos
ondas), frecuencia (número
de
ondas por espacio de tiempo) y amplitud
(diferencia entre los picos máximos y mínimos), tal
y
como se ilustra en la
Figura 1.
Fig. 1. Características de las radiaciones electromagnéicas(59 K
jpeg image)
La cantidad de energía de una radiación electromagnética es proporcional a su
frecuencia. Las radiaciones emitidas a frecuencias altas (longitudes de onda
cortas) poseen la mayor cantidad
de energía. Un ejemplo de ello son las
radiaciones gamma y los Rayos X, con longitudes de onda
menores de 10
-9(<1 nm). Por
el contrario la radiaciones con frecuencias mas bajas (longitudes
de onda mas
largas) tales como las emitidas por los radares y las ondas de radio (con
longitudes
de onda mayores de 1 mm) poseen menor cantidad de energía.
Nuestro sistema visual sólo es capaz de detectar una pequeña
parte del espectro electromagnético.
Así la retina humana sólo puede detectar
longitudes de onda comprendidas entre los 400-700 nm (Figura 2). Como fue
demostrado por Isaac Newton (1642-1726) en la primera mitad del siglo
XVIII, la
mezcla de las diferentes longitudes de onda en este rango emitidas por el Sol,
corresponde al color que percibimos como blanco, mientras que cuando la luz
posee sólo una determinada longitud de onda la percibimos como uno de los
colores del arco iris. Es interesante destacar que un color de los que
denominamos "caliente" como el rojo o naranja, esta formado por radiaciones de
longitud de onda larga, y por tanto posee menor energía que colores que son
considerados "fríos" como el azul o el violeta.
Fig. 2. Espectro
electromagnético. Sólo las radiaciones con longitudes de
onda comprendidas entre los 400-700 nm son visibles para el ojo(59 K jpeg image)
3. Leyes Ópticas.
La luz no es más que una radiación
electromagnética. En el vacío las radiaciones electromagnéticas viajan en línea
recta y así pueden ser descritas como rayos de luz. En
nuestro medio, los rayos
de luz viajan también en línea recta hasta que interaccionan con
los átomos o
moléculas de la atmósfera y otros objetos. Estas interacciones dan lugar a los
fenómenos de reflexión, absorción y refracción.
Reflexión. Cuando los rayos de luz llegan a un cuerpo en el cual no
pueden continuar propagándose, salen desviados en otra dirección, es decir, se
reflejan. La forma en que esto ocurre depende del tipo de superficie sobre la
que inciden y del ángulo que forman sobre la misma.
Fig. 3. Reflexión de la luz(59 K jpeg image)
Así las superficies pulidas reflejan de una forma regular la mayor parte de las
radiaciones
luminosas que les llegan mientras que las superficies rugosas actúan
como si estuvieran formadas
por infinidad de pequeñas superficies dispuestas
irregularmente y con distinta orientación, por lo
que las direcciones de los
rayos reflejados son distintas. La mayor parte de lo que nosotros vemos
es luz
que ha sido reflejada por los objetos situados en nuestro entorno. Por tanto los
objetos
reciben directamente la luz del Sol, reflejándola o difundiéndola hacia
otros objetos que se
encuentran en la sombra.
Absorción. Existen superficies y objetos que absorben la mayor parte de
las radiaciones luminosas que les llegan. Estos objetos se ven de color negro.
Otros tipos de superficies y objetos, absorben sólo unas determinada gama de
longitudes de onda, reflejando el resto.
Fig. 4. Absorción de la luz(59 K jpeg image)
Esto sucede por ejemplo con los pigmentos que se utilizan en las técnicas de
pintura. Por ejemplo
un pigmento rojo absorbe longitudes de onda cortas pero
refleja un determinado rango de
longitudes de onda larga, cuyo pico se centra
alrededor de los 680 nm, por lo que se percibe como
rojo. Como veremos más
adelante, las células sensibles a la luz de la retina, los fotorreceptores,
contienen pigmentos visuales que utilizan esta propiedad para generar cambios en
su potencial de membrana. Distintos tipos de pigmentos a nivel de los
fotorreceptores dan lugar a la visión en color propia de muchos animales.
Refracción.
El cambio de dirección que sufren los rayos
luminosos al pasar de un medio a otro, donde su velocidad es distinta, da lugar
a los fenómenos de refracción. Así si un haz de rayos luminosos incide sobre la
superficie de un cuerpo transparente, parte de ellos se reflejan mientras
que
otra parte se refracta, es decir penetran en el cuerpo transparente
experimentando un cambio
en su dirección de movimiento. Esto es lo que sucede
cuando la luz atraviesa los medios transparentes del ojo para llegar hasta la
retina.
Fig. 5. Refracción de la luz(59 K jpeg image)
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