Este documento describe conceptos básicos sobre la luz y la visión. Explica que la luz es una onda electromagnética que se propaga en forma de pulsos y trenes de ondas. Detalla las características de las ondas como amplitud, longitud de onda, período e intensidad. También describe procesos como la fotosíntesis, la visión de colores y las ametropías u defectos de refracción del ojo.

1. BIOFÍSICA DE LA LUZ Y LA VISIÓN

2. ¿Qué es una onda? Es la posición que adopta en cada instante la perturbación que se a producido en un medio elástico. Transfieren energía e impulso pero sin transportar materia.

3. Movimiento ondulatorio Proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico, u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio.

4. Clasificación de las ondas Según el medio elástico de propagación: ONDAS MECÁNICAS: Son aquellas ondas que se propagan a través de medios deformables o elásticos y se originan por el desplazamiento de alguna pared de un medio elástico de su posición normal, causando oscilaciones alrededor de una posición de equilibrio.

5. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por tanto propagarse en el vacío.

6. Aplicaciones de las ondas electromagnéticas En la tierra En el espacio

7. Según las direcciones de vibración y de propagación: ONDAS LONGITUDINALES: El movimiento de las partículas que transportan la onda es paralelo a la dirección de propagación de la onda.

8. ONDAS TRANSVERSALES: Las vibraciones de las partículas en torno a su punto de equilibrio se producen en dirección perpendicular a la de la propagación de las ondas.

9. Aplicaciones de las ondas transversales Océano

11. ¿Qué es un pulso? Un pulso es una sola onda. Las partículas oscilan una sola vez al paso del pulso, transmiten la energía y se quedan como estaban inicialmente. El sonido de un disparo es un pulso de onda sonora.

12. ¿Y un tren de ondas? Un tren de ondas es la repetición seguida de un pulso. En el caso de las ondas transversales muestran una sucesión de cretas y valles que se repiten de esta manera:

13. Frente de ondas El frente de ondas aparece en las ondas transversales y longitudinales. Un frente de onda es la línea o la superficie formada por los puntos que han sido alcanzados por la perturbación en un mismo instante.

14. Amplitud La amplitud es la separación máxima que alcanza, desde la posición de equilibrio, cada uno de los puntos que oscilan. Se representa con la letra A, y se expresa en metros (m).

15. Longitud de onda La longitud de onda es la distancia que se para dos puntos consecutivos de dicha onda que vibran de idéntica manera. Se representa con la letra λ (Lambda), y se expresa en metros (m).

16. Período El período es el tiempo que tarda una perturbación , una onda, etc. , en recorrer una longitud de onda y coincide con el tiempo que tarda un punto en realizar una vibración completa. Se representa con la letra T, y se expresa en segundos (s).

17. Frecuencia La frecuencia es el número de vibraciones que realiza un punto en la unidad de tiempo. Se representa con la letra f, y se expresa en hercios (Hz), aunque realmente se mide en segundos (s).

18. Velocidad de propagación La velocidad de propagación es la distancia que la onda avanza en cada unidad de tiempo. Se representa con la letra v, y expresa en metro por segundos (m/s). Las ondas se propagan con velocidad constante cuando el medio posee idénticas propiedades en todas las direcciones.

19. Intensidad de una onda La intensidad de un movimiento ondulatorio es la capacidad de energía que fluye por el medio a través de la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación en la unidad de tiempo. Se representa con la letra I, y se expresa en w /m2.

20. Espectro electromagnético Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

22. Espectro visible Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm.

24. Acciones Biológicas de la luz La luz es un factor abiótico esencial del ecosistema, dado que constituye el suministro principal de energía para todos los organismos. La energía radiante es convertida por las plantasen energía química gracias al proceso llamado fotosíntesis. Esta energía química es encerrada en las substancias orgánicas producidas por las plantas. Es inútil decir que sin la luz, la vida no existiría sobre la Tierra. Además de esta valiosa función, la luz regula los ritmos biológicos de la mayor parte de la especies.

25. La luz visible no es la única forma de energía que nos llega desde el sol. El sol nos envía varios tipos de energía, desde ondas de radio hasta rayos gamma. La luz (UV) ultravioleta y la radiación infrarroja (calor) se encuentran entre estas formas de radiación solar. Ambas, la luz UV y la radiación Infrarroja, son factores ecológicos muy valiosos. Muchos insectos aprovechan la luz ultravioleta (UV) para diferenciar una flor de otra. Los humanos no podemos percibir la radiación UV. Actúa también limitando algunas reacciones bioquímicas que podrían ser perniciosas para los seres vivos, aniquilan patógenos, y pueden producir mutaciones favorables en todas las formas de vida.

26. Conceptos Básicos: LUMINISCENCIA: propiedad de despedir luz sin elevación de la temperatura, y visible casi sólo en la oscuridad, como la que se observa en las luciérnagas. FOSFORESCENCIA: luminiscencia, del fósforo. FLUORESCENCIA: propiedad que tienen algunos cuerpos de mostrarse pasajeramente luminosos, mientras reciben la excitación de ciertas radiaciones. Presentados ya estos conceptos, entendemos por: BIOLUMINISCENCIA: el resultado de muchas reacciones químicas en las que los cambios de energía libre conducen a la emisión de luz. Existen muchos ejemplos en los sistemas biológicos, pues la liberación de luz como consecuencia del metabolismo se da en algunas bacterias y hongos y algunos representantes de casi todos los filumsprincipales.

27. FOTOSINTESIS La vida sobre la Tierra depende de la luz. La energía lumínica es capturada por los organismos fotosintéticos quienes la usan para formar carbohidratos y oxígeno libre a partir del dióxido de carbono y del agua, en una serie compleja de reacciones. En la fotosíntesis, la energía lumínica se convierte en energía química y el carbono se fija en compuestos orgánicos. La ecuación generalizada para este proceso es: CO2 + 2.H2A + energía lumínica ® (CH2O) + H2O + 2.A en la cual H2A significa agua o alguna otra sustancia cuyos electrones puedan ser desprendidos.

28. VISION DE LOS COLORES La visión de los colores es función del ojo adaptado a la luz y depende de los conos retinianos. Cuando la iluminación se reduce los objetos pierden el color según un orden determinado: rojo, amarillo, verde y azul. En oscuridad los colores dejan de percibirse y solo se distinguen matices, de gris, negro y blanco azulado; esta información es suministrada por los bastoncillos.

29. Características de la recepción 1.-El ojo como órgano receptor Cada color primario es percibido por una zona determinada de la retina. Hay cuatro zonas dispuestas en forma de anillos concéntricos con suaves límites de transición. De adentro hacia fuera son: la zona del verde, la del rojo, la del azul y la del blanco. La zona del verde percibe todos los colores por lo que decimos que es tricromática; la segunda es dicromática porque no percibe el verde y la última solamente capta a este. Otra particularidad del ojo es su aberración cromática: la luz blanca, al refractarse, desvía en forma desigual a los rayos que la componen; los que tienen menos longitud de onda son los que más se inclinan y forman su foco mas adelante al atravesar una lente. Los rayos mas cortos establecen su foco por delante y los más largos por detrás. La aberración cromática se corrige en parte por la actividad del iris que estrecha la abertura pupilar y elimina los rayos del margen del cristalino, que son los que más se desvían.

30. 2.-Sensibilidad Límites del espectro visible. En el espectro solar se ven todos los colores intermedios entre el rojo que está en un extremo y el violeta que está en el otro. Por fuera del rojo hay radiaciones infrarrojas que no son visibles por los pigmentos retinianos. Más allá del violeta se hallan las radiaciones ultravioletas. Las comprendidas entre 360 y 320 m son fluorescentes dentro del ojo y se tornan visibles. Con la edad el espectro se acorta cada vez más del lado del violeta, absorbido por el color amarillento que toma el cristalino. Umbral diferencial para los tonos: La sensibilidad para percibir ligeras diferencias dentro del espectro. Umbral de intensidad. Fenómeno de Purkinje. Al reducirse la intensidad luminosa del espectro, cada color desaparece a una intensidad determinada que constituye el umbral cromático. El rojo y el violeta desaparecen los primeros y el amarillo, el verde y el azul los últimos. Este umbral es fijo para color. Una vez alcanzado se aumenta progresivamente la intensidad, entonces pueden reconocerse unas 660 gradaciones de brillo para cada tono.

31. 3.-Posimagen La imagen que aparece en la retina poco después de haber dejado de mirar el objeto, de preferencia brillante. Esta imagen aumenta de intensidad en un principio y al final desaparece progresivamente. El carácter de la posimagen difiere según las condiciones en que se coloque la persona después de mirar el objeto. Si luego de mirar una luz coloreada se cierran los ojos o se mira una superficie oscura, la posimagen aparecerá brillante y de igual color al de la luz. Esto es lo que llamamos posimagen positiva que definimos como el signo de la persistencia del estímulo en el ojo. Sin embargo, si después de mirar una luz coloreada se mira una superficie blanca, la posimagen tomará el color complementario de la luz, por ejemplo, si se mira el color rojo la posimagen se presentará azul verdosa. Esto es lo que llamamos posimagen negativa. Luego de recibir un estímulo luminoso la zona afectada de la retina se mantiene excitada, pero dicha área reacciona poco al mismo estímulo y mucho al contrario.

32. Teorías de la recepción cromática Las teorías sobre la visión de los colores deben de explicar los hechos señalados. La más aceptada es la siguiente: Teoría de Young-Helmholtz. En los conos existirían tres sustancias químicas sensibles, una a la luz roja, otra a la verde y la tercera a la violeta. Esta sustancia se descompone y estimula ciertas fibras nerviosas que llevan sus impulsos a la corteza visual. La sensación de rojo, verde o violeta se debería a la estimulación de la sustancia correspondiente por la luz; la de los otros colores del espectro y la del blanco, por la estimulación de los tres receptores en grado variable; la del negro, por la falta de estimulación.

33. Esta teoría explica bien algunos hechos: a) la ceguera a un color, que se debería a la falta de la sustancia correspondiente; b) la mezcla de colores, que se relacionaría con la estimulación de varias de ellas; c) las pos imágenes positivas, que se explicarían por la continuación de la descomposición de la sustancia al cesar el estímulo, o las negativas, que derivarían de la disminución de una sustancia y de la persistencia de las otras dos, que se excitarían con los colores restantes al mirar la superficie blanca. Esta teoría tiene también algunas objeciones serias. Por ejemplo, no explica la visión del blanco y el gris en la periferia de la retina ni explica la visión del amarillo más allá de la zona del rojo y el verde, que son sus colores formadores. Finalmente no se comprende la ceguera total al color cuando hay visión conservada de los objetos.

34. ¿Qué es una ametropía? El ojo es un sistema óptico, que, en condiciones normales, permite a las imágenes formarse sobre la retina (una membrana neurosensorial sensible a la luz que tapiza el ojo por dentro). Cada ojo tiene cierta potencia óptica, llamada poder de refracción. Los defectos de refracción son anomalías de este poder refractivo, que hacen que la imagen no se proyecte con nitidez sobre la retina. Los defectos de refracción generalmente son constitucionales (congénitos), aunque en algunos casos pueden ser secundarios (o adquiridos). Cuando los defectos de refracción son constitucionales, se les denomina ametropías. Las ametropías son la miopía, la hipermetropía y el astigmatismo. Son la causa más frecuente de consulta en oftalmología.

35. Una ametropía puede ser debida a distintas anomalías que afectan: A la longitud axial del globo ocular, o distancia entre la córnea y la retina (ametropías axiales). Son las más frecuentes. Al índice de refracción del cristalino (una lente que se encuentra dentro del ojo), como ocurre en los defectos de refracción adquiridos (secundarios a otra enfermedad general o del ojo).