Fisica del color

El color es un atributo que percibimos de los objetos cuando hay luz. La luz es constituida por ondas electromagnéticas que se propagan a unos 300.000 kilómetros por segundo. Esto significa que nuestros ojos reaccionan al suceso de la energía y no a la materia en sí.

Las ondas forman, según su longitud de onda, distintos tipos de luz, como infrarroja, visible, ultravioleta o blanca. Las ondas visibles son aquellas cuya longitud de onda está comprendida entre los 380 y 770 nanómetros (unidad de longitud que equivale a una milmillonésima parte de un metro)

Los objetos devuelven la luz que no absorben hacia su entorno. Nuestro campo visual interpreta estas radiaciones electromagnéticas que el entorno emite o refleja, como la palabra "COLOR".


Cuando la luz alcanza a un objeto, éste, dependiendo de sus características (su forma, su composición, etc.) absorbe gran parte de ella, pero también la refleja. Nosotros, captamos la luz reflejada, que en nuestro cerebro será interpretada, nuestros ojos se limitan solo a absorber la luz reflejada. 

Propiedades del color

• Matiz (Hue) 

Es el estado puro del color, sin el blanco o negro agregados, y es un atributo asociado con la longitud de onda dominante en la mezcla de las ondas luminosas. El Matiz se define como un atributo de color que nos permite distinguir el rojo del azul, y se refiere al recorrido que hace un tono hacia uno u otro lado del circulo cromático, por lo que el verde amarillento y el verde azulado serán matices diferentes del verde.

Los 3 colores primarios representan los 3 matices primarios, y mezclando estos podemos obtener los demás matices o colores. Dos colores son complementarios cuando están uno frente a otro en el círculo de matices (círculo cromático). 

• Saturación o Intensidad 

También llamada Croma, este concepto representa la pureza o intensidad de un color particular, la viveza o palidez del mismo, y puede relacionarse con el ancho de banda de la luz que estamos visualizando. Los colores puros del espectro están completamente saturados. Un color intenso es muy vivo. Cuanto más se satura un color, mayor es la impresión de que el objeto se está moviendo.También puede ser definida por la cantidad de gris que contiene un color: mientras más gris o más neutro es, menos brillante o menos "saturado" es. Igualmente, cualquier cambio hecho a un color puro automáticamente baja su saturación. 

Para desaturar un color sin que varíe su valor, hay que mezclarlo con un gris de blanco y negro de su mismo valor. Un color intenso como el azul perderá su saturación a medida que se le añada blanco y se convierta en celeste.

• Valor o Brillo 

 se usa para describir que tan claro u oscuro parece un color, y se refiere a la cantidad de luz percibida. El brillo se puede definir como la cantidad de "oscuridad" que tiene un color, es decir, representa lo claro u oscuro que es un color respecto de su color patrón. 

La descripción clásica de los valores corresponde a claro (cuando contiene cantidades de blanco), medio (cuando contiene cantidades de gris) y oscuro (cuando contiene cantidades de negro). Cuanto más brillante es el color, mayor es la impresión de que el objeto está más cerca de lo que en realidad está. 

 Grupos de colores 

• Colores acromáticos: aquellos situados en la zona central del círculo cromático, próximos al centro de este, que han perdido tanta saturación que no se aprecia en ellos el matiz original.
• Colores cromáticos grises: situados cerca del centro del círculo cromático, pero fuera de la zona de colores acromáticos, en ellos se distingue el matiz original, aunque muy poco saturado.
• Colores monocromáticos: variaciones de saturación de un mismo color (matiz), obtenidas por desplazamiento desde un color puro hasta el centro del círculo cromático.

El espectro electromagnético:

El espectro electromagnético está constituido por todos los posibles niveles de energía de la luz. la energía es equivalente a la longitud de onda; por ello, el espectro electromagnético abarca todas las longitudes de onda que la luz puede tener. De todo el espectro, la porción que el ser humano es capaz de percibir es muy pequeña en comparación con todas las existentes. Esta región, denominada espectro visible, comprende longitudes de onda desde los 380 nm hasta los 780 nm ( 1nm = 1 nanómetro = 0,000001 mm). La luz de cada una de estas longitudes de onda es percibida en el cerebro humano como un color diferente. Por eso, en la descomposición de la luz blanca en todas sus longitudes de onda, mediante un prisma o por la lluvia en el arco iris, el cerebro percibe todos los colores.

Por tanto, del Espectro visible, que es la parte del espectro electromagnético de la luz solar que podemos notar, cada longitud de onda es percibida en el cerebro como un color diferente.

Newton uso por primera vez la palabra espectro (del latín, "apariencia" o "aparición") en 1671 al describir sus experimentos en óptica. Newton observó que cuando un estrecho haz de luz solar incide sobre un prisma de vidrio triangular con un ángulo, una parte se refleja y otra pasa a través del vidrio y se desintegra en diferentes bandas de colores. También Newton hizo converger esos mismos rayos de color en una segunda lente para formar nuevamente luz blanca. Demostró que la luz solar tiene todos los colores del arco iris.

Cuando llueve y luce el sol, cada gota de lluvia se comporta de igual manera que el prisma de Newton y de la unión de millones de gotas de agua se forma el fenómeno del arco iris.

El Daltonismo:

El daltonismo no es una enfermedad, es una condición con la que se nace y en la que a pesar de poder distinguir colores se presenta una gran dificultad para diferenciarlos.
 Es un trastorno de la visión que conlleva una dificultad para percibir colores. Se denomina así por el físico y químico británico John Dalton, que la padeció y estudió.

Tipos de daltonismo :

• Dicromáticos: estas personas tienen dos tipos de conos en vez de tres. El padecimiento se clasifica en protanopes, individuos insensibles al rojo intenso, que representa uno de cada cien hombres, deuteranopes, confunden las sombras de rojo, verde yamarillo y afecta a cinco de cada cien hombres, y los tritanopes, que son ciegos al color azul y confunden las sombras de verde y azul, así como las de naranja y rosa. 
• Tricromáticos anómalos: es el grupo más abundante de daltónicos. Tienen tres tipos de conos, pero perciben los tonos de los colores alterados. Suelen tener defectos similares a los daltónicos dicromáticos, pero menos notables.
• Monocromáticos: Estas personas sólo poseen un tipo de cono y solo pueden ver un tipo de color.
• Acromáticos: Estas personas no tienen conos y solo tienen visión en blanco y negro. Esta afección es muy rara.

 

el ojo humano y sus enfermedades

El ojo es un órgano que detecta la luz, por lo que es la base del sentido de la vista.
Se compone de un sistema sensible a los cambios de luz, capaz de transformar éstos en impulsos eléctricos. Los ojos más sencillos no hacen más que detectar si los alrededores están iluminados u oscuros. Los más complejos sirven para proporcionar el sentido de la vista.

posee una lente llamada cristalino que es ajustable según la distancia, un diafragma que se llama pupila cuyo diámetro está regulado por el iris y un tejido sensible a la luz que es la retina. La luz penetra a través de la pupila, atraviesa el cristalino y se proyecta sobre la retina, donde se transforma gracias a unas células llamadas fotorreceptoras en impulsos nerviosos que son trasladados a través del nervio óptico al cerebro.

Las partes del ojo son:

• Cristalino: Es la estructura cristalina ubicada detrás de la pupila. Su principal función es dar el toque fino al enfoque. Realiza su tarea cambiando su forma, haciéndose más gruesa o delgada según sea necesario. Alrededor de los cuarenta años de edad, este lente se vuelve menos flexible y aparece la presbicia. Cuando se llega a los sesenta años o más, el cristalino puede tornarse duro y opaco, formándose lo que se conoce como catarata, la cual no permite la entrada de luz al ojo.
• Pupila:Su función es controlar la cantidad de luz que entra al ojo. En presencia de mucha luz la pupila se cierra, mientras que con poca luz, se dilata, aumentando su tamaño.
• Iris: Es la parte que da color a sus ojos (cafés, negros, azules, verdes, etc.) Su función es controlar el tamaño de la pupila. Esto lo logra contrayendo o expandiendo los músculos con que cuenta.
• Humor vítreo:Es una sustancia transparente que se encuentra en la cavidad del globo ocular. Su función es darle estructura al ojo, como si fuera su esqueleto. 
• Nervio óptico:Es éste el nervio que transmite al cerebro, en forma de impulsos eléctricos, las imágenes que se captan en la retina.
• Retina: Es una finísima capa de tejido nervioso que cubre la pared interna del ojo y capta las imágenes, como la película en una cámara fotográfica. Cuando la visión es adecuada, los rayos de luz se enfocan exactamente en esta parte del ojo.
• Esclera:Es la parte blanca que se ve en nuestros ojos. Su propósito es servir como estructura, soporte y protección al ojo, como un cascarón.

Enfermedades del Ojo humano:

 

MIOPÍA: consiste en una visión defectuosa de los objetos distantes, causada por la excesiva refracción del ojo, en el que los rayos procedentes de objetos situados a gran distancia forman el foco antes de llegar a la retina, siendo ya divergentes cuando lo alcanzan. Se distinguen dos tipos de miopía, la estacionaria y la progresiva, y su sistema fundamental es la disminución de agudeza visual a distancia. El tratamiento, aparte de la corrección óptica mediante cristales esféricos cóncavos, incluye también el aspecto higiénico y medicamentoso. Se prescribe evitar la fatiga con un prolongado trabajo visual; correcta iluminación y evitar el forzar la visión en lecturas de signos de reducido tamaño.
La persona miope no ve bien de lejos. Al estar el punto focal del ojo más cerca de la córnea que en un ojo normal, los objetos situados en el infinito forman la imagen delante de la retina y se ven borrosos. Empiezan a verse bien cuando están cerca (en el punto remoto).

HIPERMETROPIA:  es un trastorno de la visión, consistente en que los rayos luminosos paralelos al eje del ojo, si no interviene la acomodación, convergen o forman foco detrás de la retina; este defecto visual se caracteriza principalmente por la dificultad de ver con claridad los objetos situados cerca de los ojos. El hipermétrope suele sufrir cefalalgias frontales que se manifiestan sobre todo al leer, escribir y coser con luz artificial. El tratamiento en la hipermetropía manifiesta exige el empleo de lentes convexas.

El foco imagen del ojo está detrás de la retina cuando el ojo está en actitud de descanso sin empezar la acomodación. El foco está fuera del globo ocular. El ojo miope cuando está en reposo tiene la lente del cristalino muy poco convergente.

PRESBICIA:  también denominada vista cansada. Es un defecto o imperfección del présbita que consiste en la disminución de la capacidad de acomodación del ojo, por lo cual los objetos situados cerca de él se ven con dificultad, conservándose bien la visión lejana. La causa es congénita por alteración de los músculos de la acomodación. Su corrección de realiza con el uso de lentes convexas.Con el paso de los años se reduce la capacidad de adaptación del cristalino (pierde flexibilidad) y aumenta la distancia a la que se encuentra el punto próximo. Este defecto se llama presbicia y se corrige con lentes convergentes.

ASTIGMATISMO: Imperfección del ojo o de los instrumentos dióptricos, que hace confusa la visión, y consiste en que un punto luminoso determine una mancha lineal, elíptica o irregular. Es un defecto de los medios refringentes del ojo (cristalino, córnea), causantes de que los rayos luminosos en diferentes meridianos impidan la convergencia adecuada DE la luz en la retina. Tal aberración, frecuente en los niños y que se revela por su tendencia a ladear la cabeza al leer o escribir, se corrige con lentes cilíndricas.

CATARATAS:es muy frecuente que al envejecer el cristalino se vuelva opaco y no permita el paso de la luz. En esto consiste la catarata. Recuerda que muchos personajes históricos que vivieron muchos años, en su vejez se volvieron ciegos.
Hoy se operan extirpando el cristalino e instalando en su lugar una lente plástica intraocular que hace su función y que no necesita ser sustituida en el resto de la vida.

Instrumentos ópticos

 Cámara fotográfica: Una cámara de fotos consiste en una serie de mecanismos cuyas funciones son las de concentrar la imagen reflejada por los objetos a fotografiar y permitir que la luz, que penetra en una cámara oscura a través de un pequeño orificio, produzca sobre la pared opuesta una imagen reflejada. Las partes de una cámara son:

• objetivo: Es el encargado de formar una imagen del objeto sobre la película. Consta de una lente o conjunto de lentes fijas o móviles que determinan una distancia focal fcon un plano focal muy próximo al de la película.
• película: Es un material fotosensible que sufre una alteración química cuando es iluminado. Este cambio es el que guarda la información visual del objeto en cada fotografía. Existen distintos tipos de películas y varios formatos que determinan las características requeridas del conjunto de rayos necesario.
• obturador: Es un dispositivo encargado de permitir el paso de la luz a la película durante un corto periodo de tiempo, que puede ser fijo o variable (suele ser del orden de las centésimas de segundo).
• diafragma:Es una apertura variable que limita el haz de rayos que partiendo de un punto del objeto llega a la película.

cámara cinematográfica: tiene un rollo de película que va pasando rápidamente ente el objetivo, impresionando de 22 a 28 fotografías por segundo, esta película va enrollándose en el mismo aparato, para ser luego revelada y fijada. por esto son perpendiculares.


Anteojo de galileo: Este aparato para observaciones a distancia, en él se dispone un ocular constituido por una lente divergente y un objetivo que es una lente convergente, este aparato no da aumentos muy grandes, pero son prácticos por su pequeño tamaño. Era muy útil ya que permitia un mayor alcance de vista a larga distancia por medio del lente optico. El ojo humano es capaz de percibir movimientos en una serie de imagenes gracias al efecto de la persistencia retiniana


Anteojo astronómico: Este aparato, empleado en la observación de los cuerpos celestes consta de dos lentes convergentes: un objetivo y un ocular. El objetivo brinda una imagen real e invertida y mediante el ocular el observador ve una imagen virtual del mismo sentido, es decir invertida respecto al objeto. La distancia entre el objetivo y el ocular debe ser igual a la suma de sus respectivas distancias focales.


Telescopio: instrumento óptico que permite ver objetos lejanos con mucho más detalle que a simple vista. Es herramienta fundamental de la astronomía, y cada desarrollo o perfeccionamiento del telescopio ha sido seguido de avances en nuestra comprensión del Universo.

Gracias al telescopio —desde que Galileo en 1609 lo usó para ver a la Luna, el planeta Júpiter y las estrellas— el ser humano pudo, por fin, empezar a conocer la verdadera naturaleza de los objetos astronómicos que nos rodean y nuestra ubicación en el Universo.

Las partes de los telescopios son:

Para caracterizar un telescopio y utilizarlo se emplean una serie de parámetros y accesorios:

• Distancia focal: es la longitud focal del telescopio, que se define como la distancia desde el espejo o la lente principal hasta el foco o punto donde se sitúa el ocular.
• Diámetro del objetivo: diámetro del espejo o lente primaria del telescopio.
• Ocular: accesorio pequeño que colocado en el foco del telescopio permite magnificar la imagen de los objetos.
• Lente de Barlow: lente que generalmente duplica o triplica los aumentos del ocular cuando se observan los astros.
• Filtro: pequeño accesorio que generalmente opaca la imagen del astro pero que dependiendo de su color y material permite mejorar la observación. Se ubica delante del ocular, y los más usados son el lunar (verde-azulado, mejora el contraste en la observación de nuestro satélite), y el solar, con gran poder de absorción de la luz del Sol para no lesionar la retina del ojo.
• Razón Focal: es el cociente entre la distancia focal (mm) y el diámetro (mm)
• Trípode: conjunto de tres patas generalmente metálicas que le dan soporte y estabilidad al telescopio.
• Portaocular: orificio donde se colocan el ocular, reductores o multiplicadores de focal (p.ej lentes de Barlow) o fotográficas.

Microscopio:  es el instrumento que permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. El tipo más común y el primero que se inventó es el microscopio óptico. Se trata de un instrumento óptico que contiene una o varias lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto y que funciona por refracción.La ciencia que investiga los objetos pequeños utilizando este instrumento se llama microscopio.

Las partes del microscopio son:

• Ocular: lente situada cerca del ojo del observador. Capta y amplia la imagen formada en los objetivos.
•  Objetivo: lente situada cerca de la preparación. Amplía la imagen de ésta, lo que significa que es muy importante este elemento del microscopio, es un elemento vital que permite ver a través de los oculares
•  Condensador: lente que concentra los rayos luminosos sobre la preparación.

•  Diafragma: regula la cantidad de luz que entra en el condensador.
•  Foco: dirige los rayos luminosos hacia el condensador.
• Tubo: es una cámara oscura unida al brazo mediante una cremallera.
• Revólver: Es un sistema que coge los objetivos, y que rota para utilizar un objetivo u otro.
•  Tornillos macro y micrométrico: Son tornillos de enfoque, mueven la platina hacia arriba y hacia abajo. El macrométrico lo hace de forma rápida y el micrométrico de forma lenta. Llevan incorporado un mando de bloqueo que fija la platina a una determinada altura.
• Platina: Es una plataforma horizontal con un orificio central, sobre el que se coloca la preparación, que permite el paso de los rayos procedentes de la fuente de iluminación situada por debajo. Dos pinzas sirven para retener el portaobjetos sobre la platina y un sistema de cremallera guiado por dos tornillos de desplazamiento permite mover la preparación de delante hacia atrás o de izquierda a derecha y viceversa.
• Base: Es la parte inferior del microscopio que permite el sostén del mismo.

         

Espejos

Los espejos son superficies reflectantes, pueden ser planos o curvos, los curvos pueden ser casquetes de esfera, paraboloides u otros sólidos de revolución, los mas utilizados son los casquetes de esfera, de acuerdo a su forma pueden ser:  Planos, cóncavos y convexos. 

Los espejos son:

• Espejos Planos :Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente del 95% (o superior). Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Son los que usamos cada mañana para mirarnos. En ellos vemos nuestro reflejo, una imagen que no está distorsionada
• Espejos convexos: En este caso la imagen es virtual, derecha y reducida, notemos que la línea roja que son los rayos de luz no forman ninguna imagen entonces es necesario prolongar hacia el espejo para encontrar un punto de corte donde se forme la imagen. 
• Espejos cóncavos: Un espejo cóncavo refleja luz desde la parte curva interna. Cuando los rayos de luz que provienen de un objeto inciden paralelos al eje principal siguen la ley de reflexión. Los rayos que se reflejan sobre el espejo, a igual distancia del eje principal, son simétricos. Donde estos rayos se encuentran se haya el foco principal o punto focal del espejo. Este punto queda en el medio del objeto reflejado y el punto que esta al medio del espejo. Un espejo cóncavo es un espejo convergente ya que los rayos reflejados se encuentran en el punto focal.
• Espejos Esféricos : Un espejo esférico es un sistema óptico constituido por una porción de superficie esférica recubierta por un material reflectante; el espejo puede ser cóncavo o convexo dependiendo de cual sea la superficie que refleja la luz.

Clases de imágenes:

 imagen virtual : es la representación mediante un sistema óptico, como podría ser: un espejo, una lente, etc, se forma en el momento donde se localiza el sol de manera frontal 

En óptica geométrica, una imagen virtual está formada por la proyección de los rayos reflejados o refractados (según sea el caso de un espejo o lente, respectivamente) en el dispositivo las que convergerán en un punto formando la imagen virtual. (A diferencia de una imagen real que se forma con los rayos reflejados o refractados y no con sus proyecciones).

Imágenes reales, son aquellas capaces de ser recibidas sobre una pantalla ubicada en tal forma de que entre ella y el objeto quede la lente.

Lentes

Una lente es un medio transparente limitado por dos superficies de las cuales al menos una es curva. Una onda incidente sufre dos refracciones al pasar a través de la lente.



Tipos de lentes:


lentes convergentes:  son más gruesas por el centro que por el borde, y concentran (hacen converger) en un punto los rayos de luz que las atraviesan. A este punto se le llama foco (F) y la separación entre él y la lente se conoce como distancia focal (f):

• Las lentes biconvexas están formadas por dos caras convexas.
• plano convexos: son aquellos que tienen uno de sus caras convexas
• Menisco convergentes:son aquellos que tienen una cara cóncava y otra convexa

Lentes divergentes: Son más delgadas en la parte central que en los extremos. Se representan esquemáticamente por una línea recta acabada en dos puntas de flecha invertidas:

• los lentes biconcavos están formadas por dos caras cóncavas 
• los lentes planoconcavos están formados por una cara plana y otra cóncava.
• menisco divergente son aquellos  que tienen una cara cóncava y otra convexa.
  

La Refraccion

La refracción se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una superficie de separación entre medios diferentes según la ley de la refracción. Esto se debe a que la velocidad de propagación de la luz en cada uno de ellos es diferente.

Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. 

En la refracción se cumplen las leyes deducidas por Huygens que 

rigen todo el movimiento ondulatorio:

• El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.
• Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular a la superficie de separación trazada en el punto de incidencia.

La velocidad de la luz depende del medio que atraviese, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción.

La Reflexión

La 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.

La reflexión de la luz se representa por medio de dos rayos: el que llega a una superficie, rayo incidente, y el que sale "rebotado" después de reflejarse, rayo reflejado.

Si se traza una recta perpendicular a la superficie (que se denomina normal), el rayo incidente forma un ángulo con dicha recta, que se llama ángulo de incidencia.

Podemos ver los objetos que nos rodean porque la luz que se refleja en ellos llega hasta nuestros ojos.

La reflexión de la luz cumple dos leyes:

- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano perpendicular a

la superficie.

- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Existen dos tipos de reflexión de la luz: reflexión especular y reflexión difusa.

• Reflexión especular: La superficie donde se refleja la luz es perfectamente lisa (espejos, agua en calma) y todos los rayos reflejados salen en la misma dirección.
• Reflexión difusa: La superficie presenta rugosidades. Los rayos salen reflejados en todas las direcciones. Podemos percibir los objetos y sus formas gracias a la reflexión difusa de la luz en su superficie.

• La reflexión mixta es una combinación de reflexión especular, extienda y difusa. Este tipo de reflexión mixta es que se da en la mayoría de los materiales reales.