La luz es la parte de la radiación
electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el
término luz es considerado como parte del campo de las radiaciones conocido
como espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible señala
específicamente la radiación en el espectro visible. La luz, como todas las
radiaciones electromagnéticas, está formada por partículas elementales
desprovistas de masa denominadas fotones, cuyas propiedades de acuerdo con la
dualidad onda-partícula explican las características de su comportamiento
físico. Se trata de una onda esférica.
La óptica es la rama de la física que
estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones.
ESPECTRO
Se denomina espectro electromagnético
a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.
Referido a un objeto, el espectro
electromagnético o simplemente espectro es la radiación electromagnética que
emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia
cualquiera, ya sea en la Tierra o en el espacio estelar.
En este sentido, el espectro sirve
para identificar cualquier sustancia. Es como una huella dactilar de un cuerpo
cualquiera. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios, con los
cuales, además, se pueden medir la longitud de onda, la frecuencia y la
intensidad de la radiación.
El espectro electromagnético se
extiende desde la radiación de menor longitud de onda (rayos gamma, rayos X),
hasta las de mayor longitud de onda (ondas de radio).
Todas las radiaciones
electromagnéticas se transmiten a la velocidad de la luz (300.000 km/segundo) y
en forma de ondas.
Por lo cual, mientras más corta sea
la longitud de onda, más alta es la frecuencia de la misma. Onda corta,
significa alta frecuencia. Onda larga, baja frecuencia.
Desde un punto de vista teórico, el
espectro electromagnético es infinito y continuo.
La energía electromagnética en una
particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y
una energía de fotón E. Por tanto, el espectro electromagnético puede ser
expresado igualmente en cualquiera de esos términos.
Por lo tanto, las ondas
electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha
energía mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de
onda y poca energía.
Ondas
Como se ve, el espectro
electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas.
Aunque no están incluidas en el
cuadro anterior, existen ondas que tienen frecuencias muy bajas: de 30 Hz y
menores. Estas ondas tienen longitudes de onda superior a los 10 km y son
relevantes en el estudio de ciertas nebulosas.
Por otro lado, se conocen frecuencias
altísimas, cercanas a 2,9×1027 Hz, mucho mayores que las de rayos gamma, que
han sido detectadas provenientes del espacio exterior a la Vía Láctea.
El espectro electromagnético de la
luz visible, cubre el rango de 380 nanómetros a 780 nanómetros (3.800 a 7.800
Angströms)
Mientras más corta es la longitud de
onda de luz visible, el color está más cerca del ultravioleta.
A mayor longitud de onda, es decir
menor frecuencia, el color se acerca al infrarrojo.
Las ondas de radiofrecuencia,
producidas por las emisoras de radio son de mayor longitud que las ondas de
luz.
Los rayos X, los rayos gamma y los
rayos cósmico tienen longitud de onda super corta, es decir altísima
frecuencia.
La unidad usual para expresar las
longitudes de onda de luz es el Ångström. Los intervalos van desde los 8.000
Ångströms (rojo) hasta los 4.000 Ångströms (violeta), donde la onda más corta
es la del color violeta.
Ondas infrarrojas
Las ondas infrarrojas están entre el
rango de 0,7 a 100 micrómetros. La radiación infrarroja se asocia generalmente
con el calor. Estas son producidas por cuerpos que generen calor, aunque a
veces pueden ser generadas por algunos diodos emisores de luz y algunos
láseres.
Las señales infrarrojas son usadas
para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronomía para
detectar estrellas y otros cuerpos y para guías en armas, en los que se usan
detectores de calor para descubrir cuerpos móviles en la oscuridad. También se
usan en los controles remotos de los televisores, en los que un trasmisor de
estas ondas envía una señal codificada al receptor de infrarrojos del televisor.
En últimas fechas se ha estado implementando conexiones de área local LAN por
medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos.
·
Espectro visible
La luz puede usarse para diferentes
tipos de comunicaciones. Las ondas de luz pueden modularse y transmitirse a
través de fibras ópticas, lo cual representa una ventaja pues con su alta
frecuencia es capaz de llevar más información.
Por otro lado, las ondas de luz
pueden transmitirse en el espacio libre, usando un haz visible de láser.
·
Ultravioleta
La luz ultravioleta cubre el
intervalo de 4 a 400 nanómetros. El Sol es una importante fuente emisora de
rayos en esta frecuencia, los cuales causan cáncer de piel en exposiciones
prolongadas. Este tipo de onda se usa en aplicaciones del campo de la medicina.
·
Rayos X
La denominación rayos X designa a una
radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de
impresionar las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,1
nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50
a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).
·
Rayos gamma
La radiación gamma es un tipo de
radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o
procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este
tipo de radiación se produce también en fenómenos astrofísicos de gran
violencia.
Debido a las altas energías que
poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de
penetrar más profundamente en la materia que la radiación alfa o beta. Dada su
alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son
usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.
CONCEPTOS RELATIVOS A LA
LUZ.
Soporte material de la energía
electromagnética.
La dualidad onda partícula de la luz
es una de las características de la luz menos comprendidas. De una parte su
naturaleza ondulatoria no ofrece ninguna duda por los fenómenos de
interferencia y, por otra parte, el comportamiento de la luz como partícula deducido
del efecto fotoeléctrico es curioso, porque yo no veo nada raro ni ninguna
partícula en una vibración que haga una bola saltar una pequeña barrera en una
superficie a partir de cierta energía. .
La incógnita sigue siendo la eterna
pregunta de qué es la luz o si la luz tiene masa o no. Según la física
relativista y la Mecánica Cuántica un fotón de la luz es una partícula sin
masa. Claro que otro problema de laFísica Moderna es que tampoco se sabe muy
bien qué es la masa, y así sucesivamente. El concepto de luz como una partícula
abstracta parece más del ámbito de la filosofía que de la ciencia.
La definición de luz más adecuada de
la Física Moderna sería un campo de fuerzas matemático o abstracto que se
reproduce a sí mismo en un espacio vacío. Después hay todo tipo de
singularidades, de incertidumbres y de versiones. Desde viajes en el tiempo
hasta efectos de otras dimensiones.
La falta de un concepto claro de la
luz y la masa se agrava con la famosa ecuación de Einstein de transformación de
masa en energía y viceversa E = m c². El cerebro acaba por creérselo
literalmente y parece que son dos cosas totalmente intercambiables y que la
naturaleza de la luz y de la masa debe ser la misma.
La luz en los fenómenos de creación de
masa y ondina.
La masa para el Modelo Estándar de la
Mecánica Cuántica es un misterio y, ahora que se ha encontrado la partícula de
Higgs, que se supone es la que aporta la masa a las partículas con masa, el
misterio continúa.
En la Mecánica Global, la masa será
la materia reticular comprimida debido a la energía electromagnética o energía
de torsión transversal sobre la globina. Así, la energía de torsión se
transforma en energía reversible de compresión y energía de tensión de la
curvatura longitudinal o energía potencial gravitatoria. La transformación de
globina en masa es simultánea con la transformación de un tipo de energía
elástica en otro.
La ondina es un tipo de masa, por ser
materia comprimida, muy inestable que se corresponde con los electrones. Para
desplazarse de una órbita a otra los electrones se convierten en energía
electromagnética hasta que se vuelve a comprimir la materia reticular,
relajando las diferencias de la tensión transversal y consiguiendo un nuevo
punto de equilibrio gravito-magnético.
La teoría del todo incorpora una
nueva teoría del átomo con las características citadas de los electrones.
La luz visible, es decir las ondas
electromagnéticas para las cuales el ojo humano esta adaptado, se encuentran
entre longitudes de onda de 400 nm (violeta) y 700 nm (rojo). Como lo
predijeron las ecuaciones de Maxwell existen longitudes de onda por encima y
por debajo de estos límites. Estas formas de "luz invisible" se han
encontrado y organizado de acuerdo a sus longitudes de onda en el espectro
electromagnético. Si las ondas electromagnéticas se organizan en un continuo de
acuerdo a sus longitudes obtenemos el espectro electromagnético en donde las
ondas más largas (longitudes desde metros a kilómetros) se encuentran en un
extremo (Radio) y las más cortas en el otro (longitudes de onda de una
billonésima de metros) (Gamma).
El color es una experiencia visual,
una impresión sensorial que recibimos a través de los ojos, independiente de la
materia colorante de la misma.
El mundo que nos rodea se nos muestra
en color. Las cosas que vemos no sólo se diferencian entre sí por su forma, y
tamaño, sino también por su colorido. Cada vez que observamos la naturaleza o
un paisaje urbano podemos apreciar la cantidad de colores que están a nuestro
alrededor gracias a la luz que incide sobre los objetos.
El concepto de color varía de acuerdo
al ámbito que es utilizada; desde el punto de vista físico el color es una
propiedad física de la luz emitida por los objetos y substancias. En la química
lo describen por medio de una fórmula que representa una reacción de elementos.
La psicología y filosofía muestran al
color como un portador de expresión, efectividad, sensación, de cierto
simbolismo y carácter, poseyendo su propio lenguaje y significado. El color
como un influyente en el ser humano, cuando domina en el ambiente. Por ejemplo,
estar de amarillo da un humor sereno y alegre, es una influencia positiva. En
el lenguaje de las artes plásticas, el color es primordial calificativo para
los objetos, en algunas obras y movimientos artísticos el color se erige como
protagonista.
Se dice que el color deriva de la
descomposición de la luz blanca proveniente del sol, o de un foco o fuente
luminosa artificial. La apariencia de esos colores siempre es visual, y va a
variar según la naturaleza de los rayos luminosos y el modo en que son
reflejados.
El color blanco de algunos cuerpos es
debido a la reflexión de todos los rayos del espectro visible. En la
descomposición de la luz blanca se ven los siete colores espectrales: rojo,
anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta. El color negro, resulta de
la ausencia de toda impresión luminosa, está en oposición al color blanco.
Tenemos también el color pigmento o
color materia, el cual se concibe como la capacidad que tienen los cuerpos para
absorber cierta porción de rayos de luz y reflejar únicamente la longitud de
onda que le corresponde a sí mismo. Por ejemplo; la manzana absorbe todos los
colores contenidos en la luz blanca, pero refleja sólo la porción de rayos
color rojo. Los pigmentos de procedencia orgánica tienen origen en el reino
vegetal o animal, y los pigmentos inorgánicos son los colores que se derivan de
los minerales (colores térreos).
El color presenta tres dimensiones
distintas: el tono, también llamado tinte o matiz, es su propia cualidad de
color; el valor, es el grado de luminosidad del color entre los términos de luz
y oscuridad; y la intensidad o saturación; es el grado de pureza del color que
una superficie puede reflejar.
CUALIDADES DE LA LUZ
Según su comportamiento ante la luz,
los medios se pueden clasificar en:
• Transparentes: Dejan pasar una gran
parte de la luz que les llega y permiten ver los objetos a través de ellos.
Ejemplos: Agua, aire y vidrio. • Opacos: No dejan pasar la luz. Ejemplos: Madera
y metal.
• Translúcidos: Sólo dejan pasar una parte de la
luz que reciben. Los objetos visibles se muestran borrosos a través de ellos.
Ejemplos: Vidrio esmerilado y algunos plásticos
La luz es una onda que se propaga en
las tres direcciones del espacio. Para estudiar sus efectos se emplean líneas
perpendiculares a las ondas, que indican la dirección de propagación. Es lo que
denominamos rayos. En un medio que sea homogéneo, la luz se propaga en línea
recta, lo cual explica la formación de sombras y penumbras. Por ello, cuando
iluminamos un objeto con un foco grande y observamos la imagen en una pantalla
podemos distinguir:
- Zona de sombra, que no recibe ningún
rayo.
- Zona de penumbra, que recibe sólo parte
de los rayos.
- Zona iluminada, que recibe todos los
rayos que proceden del foco de luz.
De esta forma se pueden explicar el
eclipse de Sol y el eclipse de Luna.
SISTEMA VISUAL HUMANO.
El substrato físico de la visión está
en el sistema visual. Este es un conjunto de órganos, vías y centros nerviosos,
que permiten la captación, procesamiento y aprovechamiento de la información
visual, lo cual lleva a alcanzar una percepción muy precisa del mundo físico
que nos rodea.
La entrada al sistema visual es el
globo ocular. En este órgano ocurre el proceso de transducción de la
información derivada del campo visual. Es decir, la energía electromagnética
del estímulo representado por la imagen, se transforma en información
codificada que se envía a centros nerviosos donde es procesada.
Visto lateralmente desde el exterior,
el globo ocular aparece como una esfera deformada, rodeada de una membrana
blanca, la esclerótica, que en la parte anterior del ojo es transparente. Esta
zona transparente tiene la forma de un disco ligeramente curvado, la córnea, a
través del cual los rayos luminosos son orientados (refracción) para que caigan
exactamente en la retina.
Detrás de la córnea existe una
cavidad, la cámara anterior del ojo, llena de un líquido nutritivo para la
córnea, el humor acuoso. Hacia el interior del ojo, esta cámara está limitada
por una membrana circular de tejido muscular, el iris, que deja en su centro
una apertura circular, la pupila. Gracias a su musculatura, el iris puede
regular el diámetro de la pupila regulando así el paso de luz que llega a la
retina.
Detrás del iris y de la pupila excite
un lente, el cristalino, que permite el enfoque fino de la imagen en los
fotorreceptores de la retina. Pero la luz, después de atravesar el cristalino
debe cruzar una segunda cavidad o cámara antes de alcanzar a la retina. Esa
cámara está llena de un líquido llamado humor vítreo y su pared está limitada
por una membrana, la retina.
La retina presenta varias capas
celulares en una de las cuales se encuentran los fotorreceptores, los conos y
los bastoncitos. En ellos ocurre el proceso de transducción. En otra de las
capas se encuentra las células ganglionares que se comunican con las células
receptoras a través de las células bipolares. Son los axones de las células
ganglionares los que constituyen el nervio óptico, que sale de cada globo
ocular.
Los nervios ópticos alcanzan al
quiasma óptico, estructura en la que se produce el cruce de parte de los axones
de las células ganglionares al lado opuesto. Los axones que salen del quiasma
óptico, forman los llamados los tractos ópticos los cuales se dirigen a los
tálamos ipsilaterales correspondientes. Alcanzan a los ganglios geniculados
laterales de dichos núcleos. Los axones que llegan al tálamo hacen relevo de la
información en neuronas talámicas. Estas, a través de sus axones, inician una
vía que va a termina en la corteza cerebral ipsilateral del polo occipital. Es
el área visual primaria o corteza estriada o área V1.
La ionización es un proceso de
conversión, tanto químico como físico, a través del cual se producen iones. Los
iones son átomos o moléculas que contienen carga eléctrica debido a la falta o
exceso de electrones respecto a un átomo o molécula neutra. La ionización
también se relaciona con la disociación electrolítica, fenómeno a través cual
también se producen iones.
A la especie química que posee más
electrones que el átomo o molécula neutros se le denomina anión, y su carga
neta es negativa. Cuando posee menos electrones, se llama catión, y su carga
neta es positiva. Los iones, tanto positivos como negativos, se encuentran
presentes tanto en la naturaleza como en los materiales sintéticos.
Los iones de carga positiva son los
responsables de transferir carga estática, que es la descarga eléctrica que se
siente cuando tocamos un objeto metálico e, incluso, a otra persona. El exceso
de iones positivos tiene un efecto negativo para los seres humanos, la
vegetación y los animales.
Los iones negativos producen
relajación y bienestar
RADIACIÓN
IONIZANTE
Es un tipo de energía liberada por
los átomos en forma de ondas electromagnéticas (rayos gamma o rayos X) o
partículas (partículas alfa y beta o neutrones). La desintegración espontánea
de los átomos se denomina radiactividad, y la energía excedente emitida es una forma
de radiación ionizante. Los elementos inestables que se desintegran y emiten
radiación ionizante se denominan radionúclidos.
RADIACIONES NO IONIZANTES
Aquella onda o partícula que no es
capaz de arrancar electrones de la materia que ilumina produciendo, como mucho,
excitaciones electrónicas. Ciñéndose a la radiacion electromagnética, la
capacidad de arrancar electrones(ionizar átomos o moléculas) vendrá dada, en el
caso lineal, por la frecuencia de la radiación, que determina la energía por
foton, y en el caso no lineal también por la "fluencia" (energía por
unidad de superficie) de dicha radiación; en este caso se habla de ionización
no lineal.
Son
bastante conocidos los efectos agudos de estas radiaciones, los que
pueden ir desde pequeñas descargas eléctricas hasta quemaduras, también pueden
producirse calentamiento de los tejidos tanto superficiales como profundos, lo
que dependiendo del tejido del cual se trate puede traducirse en un serio daño.
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