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INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD SEDE COLON – SEDE RENCA Profesor : José Guzmán Q.

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Apuntes de Clase Nº 1

Aspectos Físicos Físicos de la Luz, El ojo Humano

1.1. Introducción Nosotros necesitamos luz para ver el mundo que nos rodea, la luz es un fenómeno vital para nuestra existencia. La calidad e intensidad de luz que nos rodea afecta totalmente nuestra percepción visual de nuestro alrededor. Es por esta razón que es muy importante que entender la relación entre luz, color que nosotros vemos y como nosotros vemos esto.

1.2. Luz La luz es una manifestación de la energía en forma de radiación, capaces de afectar el órgano visual. Se denomina radiación la transmisión de energía a través del espacio. Existen muchas maneras de explicar el concepto luz, ya sea a través de la teoría cuántica, teoría electromagnética, etc. Nosotros estudiaremos la luz en función de la teoría electromagnética.

1.3. Teoría Electromagnética Según esta teoría se puede considerar a la radiación como ondas electromagnéticas que recorren el vacío en línea lí nea recta recta a una velocidad de 300.000 Km/ seg. seg. Al pasar al medio de la materia, tal como el aire ai re o vidrio, la velocidad de propagación se reduce a la cantidad que dependerá del índice de refracción del medio. Para cualquier tipo de onda, la velocidad de propagación C es igual al producto de la longitud de onda ? y de la frecuencia ?. C=

?

*

?.

Donde la frecuencia esta definida como el numero de ondas que recorre un punto de terminado en un segundo. La frecuencia no varía según la naturaleza del medio a través del cual se propaga la radiación, sin embargo cualquier cambio de velocidad producirá un cambio proporcional en la longitud de onda, por lo tanto la relación C/ ? será constante.

1.4. El Espectro Electromagnético Radiación Visible ( Luz ) La luz se puede definir como cualquier radiación susceptible de producir directamente una sensación visual. Las ondas de luz ocupan solo una parte muy pequeña del dominio espectral de las ondas electromagnéticas fig.1.1. Los limites de la radiación visible son imprecisos y pueden variar según los usuarios, el limite inferior se toma generalmente en 380 nm y el superior en 780 nm ( 1 nanometro(nm) = 10-9)

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Fig.1.1. Espectro Electromagnético

El espectro visible se puede dividir en diferentes rangos de longitudes de onda, los que producen ciertas impresiones de color :

380 – 435 nm : Violeta 435 – 500 nm : Azul 500 – 556 nm : Verde

565 – 600 nm : Amarillo Amarill o 600 – 630 nm : N aranja 630 – 780 nm : Rojo

Radiación Infrarroja y Ultravioleta La radiación electromagnética cuya longitudes de onda están fuera del espectro visible, junto a las violetas y rojos, se conoce como radiación ultravioleta e infrarroja respectivamente. Esta radiación siempre esta presente en las fuentes de luz artificiales en mayor o menor grado, por lo tanto, debe tenerse en consideración consideración en los lo s proyect proyectos, os, ya que puede afectar afectar de diferente forma a la visión y/ o los l os objetos iluminados.

1.5. El Ojo Humano El ojo es el órgano fisiológico mediante el cual se experimentan las sensaciones de luz y color. El ojo recibe la energía luminosa y la transforma en energía nerviosa, que es conducida a través del nervio óptico hasta el cerebro. En la figura 1.2 se representa un corte longitudinal esquemático del ojo humano, en el que se puede apreciar su constitución anatómica. El ojo se puede comparar con una cámara fotográfica, aunque es mucho más perfecto que esta y presenta algunas diferencias fundamentales con respecto a ella. El objetivo en el ojo está compuesto por la cornea, el humor acuoso y el cristalino; el diafragma es el iris, y la película fotosensible, la retina. La retina esta dotada de elementos foto-receptores que cumplen distintas funciones. Estos elementos, por su forma, reciben el nombre de conos y bastones. Los conos y los bastones son los órganos realmente sensibles a los estímulos luminosos, siendo en ellos donde se realiza la transformación de la energía luminosa en sensación o energía nerviosa.

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Fig.1.2. Constitución anatómica del ojo. Los bastones son muy sensibles a la luz y casi insensibles al color, mientras que los conos son muy sensibles a los colores y casi insensibles a la luz. De aquí que la misión de los bastones sea la de percibir la mayor o menor claridad con que están iluminados los objetos, y la de los conos el apreciar los colores de estos. En la visión a la luz del día o con suficiente luz artificial ( visión fotópica ), intervienen los bastoncillos y los conos, mientras que en la visión nocturna o con muy poca luz ( visión escotópica )intervienen esencialmente los bastones. En la visión escotópica no se distingue el color de los objetos, lo que justifica el refrán de que “ de noche todos los gatos son negros”.

1.5.1. Sensibilidad del ojo a las radiaciones luminosas El conjunto de radiaciones de la luz del día está compuesto en una zona del espectro electromagnético, cuyas longitudes de onda van desde 380nm para el color violeta hasta 780nm para el color rojo. Estos valores corresponden a los limites de sensibilidad del ojo humano a la luz. Fuera de los mismos, el ojo es ciego, esto es, no percibe ninguna clase de radiación. Tod Todas as las fuent fuentes es luminos luminosas as tien tienen en su propia propia radiac radiación ión o mezc ezcla de ellas ellas compr compren endi dida da dent dentro de dichos limites. Si cada una de las Radiaciones que contiene la luz blanca se hace llegar al ojo independientemente, éste las capta en sus diversos colores con distinta intensidad, debido a que la sensibilidad de los conos de la retina es diferente para cada color. Si se representa mediante un gráfico la sensibilidad relativa del ojo humano para las distintas longitudes de onda de la luz del medio día soleado, suponiendo a todas las radiaciones luminosas la misma energía, se obtiene una curva acampanada que se denomina “ curva de sensibilidad del ojo a las radiaciones monocromáticas monocromáticas de longitud lo ngitud de onda ?”. El ojo tiene la mayor sensibilidad para una longitud de onda de 555 nm que corresponde al color amarillo-verdoso, y la mínima a los colores rojo y violeta. De aquí se deduce que las fuentes luminosas que presenten mas radiaciones, cuyas longitudes de onda corresponden a los colores verde y amarillo, tendrán más eficacia, aunque una luz de tal clase no es apropiada a nuestro ojo, acostumbrado a la luz blanca del sol. En la visión escotópica (en el crepúsculo y la noche), el máximo de sensibilidad se desplaza hacia longitudes de onda menores, según se observa en la fig.1.3. Este fenómeno se denomina “Efecto Purkinje urkinje” ”y consiste en que las radiaciones de menor longitud de onda (violeta y azul) producen mayor intensidad de sensación con baja que con alta iluminación, mientras que las radiaciones de mayor longitud de onda (anaranjado y rojo) se comportan al contrario. Este efecto es de tener en cuenta cuando se evalúan pequeños valores de iluminación.

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80

(Visión Fotópica)

60

(Visión Escotópica)

40 20

0

507 400

555

500

600

700 nm

ig.1.3. Curva de sensibilidad del ojo a las radiaciones monocromáticas

1.5.2. Adaptación Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automáticamente a las diferentes iluminaciones de los objetos. Este ajuste lo realiza la pupila en su movimiento de cierre y apertura. En iluminaciones de valores muy altos, la pupila se reduce a un diámetro de aproximadamente 2mm, y en iluminaciones muy bajas, se abre hasta aproximadamente 8mm (fig.1.4)

140 120

% a v i t 100 a l e r d 80 a d i l i 60 b i s n e 40 s o t o F 20

0 0

10

20

30

40

50

Tiempo de Adaptación Adaptación (m in.) in.)

Fig.1.4. Adaptación del ojo a distintos niveles de luz Cuando se pasa de un local bien iluminado a otro completamente a oscuras, el ojo se ve sometido a un proceso de adaptación par cuyo ajuste total necesita unos 30 minutos; mientras que por el contrario, cuando se pasa de un local a oscuras a otro bien iluminado, dicho periodo es de sólo unos segundos.

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1.5.3. Acomodación Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automáticamente a las diferentes distancias de los objetivos, y obtener de esta forma imágenes nítidas en la retina. Este ajuste se efectúa variando la curvatura del cristalino y con ello la distancia focal por la contracción o distensión de los músculos ciliares. Si el objetivo se encuentra próximo al ojo, la curvatura del cristalino se hace mayor que cuando esta lejos. La capacidad de acomodación del ojo disminuye con la edad a consecuencia del endurecimiento del cristalino.

1.5.4. Agudeza Visual Es la capacidad que tiene el ojo de reconocer por separado, con nitidez y precisión, objetos muy pequeños y próximos entre sí. La visión nítida está delimitada en su mayor parte en la región de la fóvea central. Se dice que una persona tiene elevada o buena agudeza visual cuando puede leer sin esfuerzo, distinguir los detalles de un objeto minúsculo o reconocer perfectamente una señal de tráfico a larga distancia. La agudeza visual normal se considera que tiene el valor unidad (fig.1.5 ) disminuyendo este valor con la edad debido a que el cristalino, endurecido con el tiempo, pierde elasticidad y no enfoca la imagen de los objetos suficientemente definida sobre la retina. 100

A V I T I A L E R L A U S I V A Z E D U G A

80

60

40

20

0 20

40

60

80

EDAD

Fig.1.5. Gráfico de la agudeza visual respecto a la edad

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