biofisica

1. Biofísica de la audición y de la visión
Docente: N. Cerna

2. LOGRO DE LA SESIÓN
◼
◼ Se espera que al finalizar la sesión de clases el estudiante sea capaz de identificar el mecanismo de la audición y de
la visión

3. CONTENIDO
◼ Sonido
◼ Cualidades del Sonido
◼ Estructura del Oído
◼ Mecanismo de la audición
◼ Óptica: Leyes de Reflexión y Refracción
◼ Mecanismos de la visión : Sistema Óptico

4. SONIDO
Sonido
El sonido son ondas mecánicas que son
movimientos oscilatorios de partículas materiales.
También se define como la vibración mecánica
transmitida por un medio elástico.
Las vibraciones provocan incrementos locales de
presión respecto a la presión atmosférica llamados
compresiones, y decrementos locales llamados
rarefacciones; los cambios de presión ocurren en
la misma dirección en la que viaja la onda, pueden
verse como cambios de densidad y como el
desplazamiento de los átomos y moléculas de sus
posiciones de equilibrio.

5. SONIDO
CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA
Periodo T: Es el tiempo que tarda en realizar una oscilación completa. Se mide en segundos.
Longitud de onda λ: Es la distancia que recorre en un periodo .
Amplitud A: Es la distancia desde el valle hasta el pico de la onda. Determina la intensidad del sonido y se mide en
decibles. La energía es transportada por la onda como energía potencial y cinética. La intensidad I de una onda sonora es la
energía que pasa en un segundo en un área de 1 m2, o sea que, es la cantidad de watts que pasan por metro cuadrado.
Frecuencia (f) :Es el número de oscilaciones que ocurren en la unidad de tiempo. f =1/T o sea f = 1/segundos. Esta unidad
se mide en Hertz (Hz). La frecuencia determina el tono del sonido. El rango de frecuencias del sonido audible es de 20 Hz a
20 000 Hz, cuando la frecuencia es mayor que los 20 000 Hz, se le define como ultrasonido.
Velocidad de propagacion VP: Es la velocidad que viaja la onda sonora viaja, se puede calcular como VP = λ/T. Ocurre en
los planos horizontal (transversal) y vertical.

6. SONIDO
Sobre la propagación
En el plano horizontal cuando se propaga en el plano
perpendicular a la dirección de propagación (forma en
viajan las olas de agua) y en el plano vertical de arriba
hacia abajo (las ondas de compresión del aire).
Siempre la onda sonora se aleja de la fuente. Cuando
una onda sonora golpea el cuerpo, una parte de ella se
refleja y otra se trasmite en el cuerpo. La impedancia
acústica podemos entenderla como la capacidad que
tiene el cuerpo para impedir el paso de energía a
través de él. Una parte muy pequeña del sonido es
trasmitida al cuerpo. Pero si los dos medios tienen
impedancia parecida, por ejemplo, si el cuerpo está
inmerso en agua. Cuando una onda sonora pasa a
través de la piel, hay pérdida de energía debido a los
efectos de fricción. La absorción de Moléculas de aire
energía en la piel causa una reducción en la amplitud

7. Cualidades del Sonido
Intensidad
La intensidad sonora se define como la energía acústica que
atraviesa una superficie por unidad de tiempo y se mide en w/m2.
Potencia de la fuente sonora. Cuanto mayor sea la potencia
sonora de la fuente, mayor será la intensidad sonora percibida
por un oyente.
Distancia a la fuente sonora: La energía vibratoria emitida por
la fuente, se distribuye uniformemente en ondas esféricas a
medida que se propaga por el espacio, cuya superficie aumenta
proporcionalmente al cuadrado de sus radios. La energía que
recibe el oído es una fracción de la energía total emitida por la
que la fuente, tanto menor cuanto más alejado está el oyente.
Naturaleza del medio de transmisión : en el espacio libre de
ondas se atenúa por la pérdida de energía debida a la fricción de
Cuanto más fuerte es el sonido,
más amplitud tiene la onda. La
intensidad sonora que hay en un
lugar determinado se mide en
decibelios (dB).

8. Cualidades del Sonido
Intensidad
Bel: la unidad es el bel o belio (B) que por ser muy grande se utiliza el
decibel (dB). Es una relación de potencia o voltaje de entrada y de salida.
Si hay salida mayor a la entrada se trata de un valor en dB positivo y se
dice que hay ganancia (gain) en el caso contrario hay atenuación o sea
que la salida es menor a la entrada.
Escala: es una unidad logarítmica. Quiere decir que cuando un bel
equivale a 10 decibeles en realidad equivale a un incremento de 10 veces
sobre la magnitud de referencia de manera que un aumento en 2 bel
significa un incremento en 100 veces de la potencia.
Lp nivel de potencia

9. Cualidades del Sonido
Intensidad
Bel: la unidad es el bel o belio (B) que por ser muy grande se utiliza el
decibel (dB). Es una relación de potencia o voltaje de entrada y de salida.
Si hay salida mayor a la entrada se trata de un valor en dB positivo y se
dice que hay ganancia (gain) en el caso contrario hay atenuación o sea
que la salida es menor a la entrada.
Escala: es una unidad logarítmica. Quiere decir que cuando un bel
equivale a 10 decibeles en realidad equivale a un incremento de 10 veces
sobre la magnitud de referencia de manera que un aumento en 2 bel
significa un incremento en 100 veces de la potencia.
Lp nivel de potencia
Crece la Amplitud

10. Cualidades del Sonido

11. Cualidades del Sonido
El Rango Auditivo Humano
El rango de audición humana es una descripción de los tonos y
niveles de sonoridad que una persona puede escuchar antes
de sentir incomodidad.
El rango de audición humana es una descripción de los tonos y
niveles de sonoridad que una persona puede escuchar antes
de sentir incomodidad. Hay una variedad de sonidos en
nuestro entorno, que van desde sonidos débiles como el canto
de los pájaros y el susurro de las hojas hasta sonidos más
fuertes como la música, los gritos y el ruido industrial. Este
rango de audición humana se llama rango audible.

12. Cualidades del Sonido
Volumen y tono
El rango de audición humana depende tanto del tono del sonido,
ya sea alto o bajo, como de la intensidad del sonido. El tono se
mide en Hertz (Hz) y la sonoridad (volumen) se mide en
decibelios (dB).
Para una persona con audición normal, cuando se trata de tono,
el rango de audición humana comienza a un nivel bajo de
aproximadamente 20 Hz. Eso es casi lo mismo que la tecla más
baja en un órgano de tubos. En el otro lado del rango de audición
humana, la frecuencia más alta posible escuchada sin
incomodidad es de 20,000Hz. Mientras que 20 a 20,000Hz
forman los límites absolutos del rango de audición humana,
nuestra audición es más sensible en el rango de frecuencia de
2000 - 5000 Hz.
En lo que se refiere a la sonoridad, los humanos normalmente
pueden escuchar a partir de 0 dB. Los sonidos de más de 85dB
pueden ser peligrosos para su audición en el caso de una

13. Cualidades del Sonido
Los ultrasonidos son una serie de ondas mecánicas, generalmente longitudinales, cuya frecuencia está por encima de la
capacidad de audición del oído humano. El ultrasonido no tiene propiedades diferentes de las ondas audibles, excepto que
los humanos no pueden oírlas. El límite varía dependiendo de la persona y es aproximadamente 20 kHz en adultos sanos.
Los equipos de ultrasonido operan con frecuencias más elevadas de 20 kHz aunque la mayoría de los transductores
actualmente empleados operan a frecuencias mucho más altas (MHz).
Este tipo de ondas es usado en diferentes campos, siendo el más común la medicina en su rama diagnóstica y terapéutica
principalmente, como también en la industria. Los equipos de ultrasonido son empleados para detectar objetos o medir
distancias.
Cabe destacar que la técnica más común en medicina que emplea los ultrasonidos es la ecografía. Son ensayos no
destructivos de productos y estructuras, para encontrar invisibles fallas. En la industria es usado para limpiar, soldar plásticos
y metales, cortar, conformar, comprobar materiales, mezclar, desgasificar, pulverizar, localizar, medir y acelerar procesos
químicos. Por otro lado, animales como los murciélagos y los cetáceos lo usan para encontrar a sus presas y detectar
obstáculos.
Rango de frecuencias y sus aplicaciones

14. ESTRUCTURA DEL OÍDO

15. Oído Externo
Pabellón de la oreja: Conducto auditivo: Tímpano:
https://www.youtube.com/watch?v=pznQ17gdVs
8

16. Oído Medio
Caja timpánica
● Contiene la cadena de
huesecillos.
● Las variaciones de presión
producidas por las ondas sonoras
sobre el tímpano determinan
movimientos de la cadena de
huesecillos que se comunican al
oído interno por medio del estribo
el cual efectúa un movimiento de
balanceo de la ventana oval,
enviando ondas de presión al
fluido coclear.

17. Oído Medio
Funcionamiento
Cuando las ondas sonoras golpean la membrana timpánica o tímpano, ésta mueve en primer lugar el martillo, al que
está unida. El martillo transmite las vibraciones a través medio del yunque y el estribo hasta la membrana oval, que
está unida al oído interno.
Si las ondas de sonido fueran transmitidas directamente desde el oído externo a la membrana oval, las vibraciones
serían mucho menores y nuestro sentido del oído mucho peor. Los movimientos de los huesecillos se controlan por
ciertos músculos unidos a ellos (el tensor timpánico y el estapedio). Hay dos teorías sobre ellos, por un lado, se cree
que estos músculos pueden contraerse, amortiguando la vibración de los huesecillos para proteger el oído interno de
los ruidos intensos, por otro lado también contribuyen a mejorar la calidad de la escuchas a altas frecuencias ya que
podrían eliminar otras frecuencias que interfieren en el sonido. Un ejemplo de esta segunda teoría son los
murciélagos en los que estos músculos les sirven para bloquear los gritos que emiten durante la eco-localización
(sonar) y cuyo sonido tras rebotar en lo que tienen alrededor les vuelve y les sirve para situarse en el espacio por que
son ciegos.

18. Oído Interno
Generalidades del Oído Interno:
● Parte esencial en el sentido de audición.
● Ubicado en el espesor del peñasco, dentro y detrás de la caja
timpánica.
● Presenta un conjunto de cavidades complejas óseas conocidas
como Laberinto óseo.
● Muestra cavidades de menor tamaño, con paredes membranosas y
blandas denominadas Laberinto membranoso.
● Posee dos tipos de líquidos: la endolinfa y perilinfa. El primero
presente en las cavidades del laberinto membranoso; y el siguiente
que separa éste laberinto de las paredes óseas.
● Los receptores nerviosos de las paredes de los sacos mebranosos
constituyen el Nervio Vestibulococlear (VIII).

19. Oído Interno

20. MECANISMO DE LA AUDICIÓN
1. Recepción
● La onda sonora incide sobre el pabellón auditivo, el cual los
transmite.
● Orientación auditiva.
● Su función en la orientación depende de tres factores: la intensidad
del sonido, la fase de las ondas y el tiempo que tarda la onda en
llegar al cerebro.
● El fenómeno de la audición normal en los seres humanos da lugar a
un efecto de difracción de las ondas sonoras.
● Si las ondas sonoras son de gran frecuencia, o la longitud de onda
pequeña frente a las dimensiones de la cabeza aparece una
diferencia de intensidad entre los sonidos percibidos por cada oído
● Sí éstos son de baja frecuencia lo que se observa es una diferencia

21. MECANISMO DE LA AUDICIÓN
2. Transmisión
• La transmisión del oído se efectúa en primer lugar a través de la cadena de huesecillos
• La onda sonora pasa de un medio aéreo a otro líquido, por lo que es necesario un sistema adaptador, constituido por la
cadena ósea.
• Nos permite evaluar las pérdidas que sufre la onda sonora al pasar de un medio a otro.
• La cadena ósea tiene una función protectora, dado que los músculos del martillo y del estribo reducen la amplitud de las
oscilaciones y protegen al oído interno frente a los sonidos intensos de baja frecuencia.
• La presión en el tímpano se transmite a la superficie del tímpano y la del estribo a la ventana oval, lo que originan las
vibraciones en los líquidos del oído interno, que a su vez estimula las células sensoriales.
3. Percepción
• Es el resultado de los procesos psicológicos que tienen lugar en el sistema auditivo central y permiten interpretar los
sonidos recibidos.
• La cóclea cumple una función importante en el sentido del oído: transforma los sonidos en mensajes nerviosos y los envía
al cerebro. Allí, los pequeños pelos que recubren la cóclea se mueven y agitan. De esta manera, le avisan al cerebro que
oyes un sonido.

22. MECANISMO DE LA AUDICIÓN
Audiometría
Agudeza auditiva: es la capacidad del oído de detectar
sonidos de pequeña intensidad.
Se utiliza un instrumento capaz de emitir tonos puros
entre las frecuencias de 100 a 12000 ciclos/seg o hertz
denominado audiómetro.
Este aparato consta de un oscilador productor de
ondas sinusoidales puras, conectado a un atenuador.
estas ondas pasan a el sujeto por medio de unos
audífonos.

23. MECANISMO DE LA AUDICIÓN
¿Cómo se evalúa la pérdida de audición con una
audiometría tonal?
En una audiometría tonal, se expresan los umbrales de audición en
decibelios de nivel de audición (dB de HL), que tienen como referencia la
curva del umbral de audición normal (0 dB). Hay diferentes grados de
pérdida auditiva y se clasifican cuantitativamente del siguiente modo:
Audición normal: el umbral de audición tonal no sobrepasa los 20 dB
HL.
Hipoacusia leve: pérdida de audición comprendida entre 20 dB y 40 dB.
Hipoacusia moderada: pérdida de audición comprendida entre 40 dB y
70 dB.
Hipoacusia severa o grave: pérdida de audición comprendida entre 70
dB y 90 dB.
Hipoacusia profunda: pérdida de audición comprendida entre 90 dB y
120 dB.
Cofosis o anacusia: pérdida de audición superior a 120 dB.

24. MECANISMO DE LA AUDICIÓN
Audiometría Tipos de sordera
La sordera suele dividirse en dos tipos:
1) La que está causada por una alteración de la
cóclea o del nervio coclear, o de los circuitos del
SNC del oído, que suele clasificarse como
«sordera nerviosa».
2) La ocasionada por la afectación de las
estructuras físicas del oído que conducen el propio
sonido hasta la cóclea, lo que normalmente se
denomina «sordera de conducción».

25. Óptica: LEYES DE REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN

26. Óptica Geométrica
En física, la óptica geométrica es parte de las leyes
fenomenológicas de Snell de la reflexión y la refracción. A
partir de ellas, basta hacer geometría con los rayos luminosos
para la obtención de las fórmulas que corresponden a los
espejos, dioptrio y lentes, obteniendo así las leyes que
gobiernan los instrumentos ópticos a que estamos
acostumbrados.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una
aproximación del comportamiento que corresponde a las
ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos
involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de
onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de
la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza
ondulatoria de la luz.
1

27. Reflexión

28. Refracción

29. ÍNDICE DE REFRACCIÓN
El índice de refracción de un material es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (constante c) y la
velocidad en ese material. Se representa por n. No tiene unidades y siempre es igual o mayor que 1.

30. ÍNDICE DE REFRACCIÓN
● Refracción de la luz Cuando un haz de luz pasa de un
material a otro de distinto índice de refracción el haz se
‘dobla’. El ángulo de desviación depende de la relación
entre el índice de refracción de ambos materiales.
● A partir de un cierto ángulo el haz se refleja en la
superficie de separación, como si ésta fuera un espejo.
Este se conoce como el ángulo crítico.
● El ángulo crítico es mayor cuanto menor es la diferencia
en el índice de refracción de ambos materiales.

31. Ley de refracción (Ley de Snell)
● La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno
del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad
de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el
segundo medio
● n1 = índice de refracción del primer medio
● θ1= Ángulo de Incidencia
● n2 = índice de refracción del segundo medio
● θ2 =ángulo de refracción.

32. Lentes
● Una lente sencilla es un trozo circular y delgado de material transparente, normalmente de vidrio.

33. Lentes
Tiene aplicación en el diseño y fabricación tanto de lentes como en instrumentos en los que se utilizan estas.

34. Tipos de Lentes

35. Tipos de Lentes
CONVERGENTE (POSITIVAS)
❑Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por el
borde,
❑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).

36. Tipos de Lentes
DIVERGENTE (NEGATIVAS)
❑Si miramos por una lente divergente da la sensación de que los
rayos proceden del punto F.
❑En las lentes divergentes la distancia focal se considera
NEGATIVA.
1

37. Imágenes
❑Plano óptico:
Es el plano central de la lente.
❑ Centro óptico O:
Es el centro geométrico de la lente. Tiene la propiedad de
que todo rayo que pasa por él no sufre desviación alguna.
❑Eje principal:
Es la recta que pasa por el centro óptico y es
perpendicular al plano óptico..
Para estudiar la formación de imágenes por lentes es necesario
saber:

38. Imagen real e imagen virtual
Una imagen óptica es una figura formada por el conjunto de puntos donde convergen los rayos que provienen
de fuentes puntuales del objeto tras su interacción con el sistema óptico. La imagen puede ser de dos tipos:
real o virtual.

39. MECANISMO DE LA VISIÓN:
SISTEMA ÓPTICO
https://www.youtube.com/watch?v=QYOb2Tu-

40. LA VISIÓN:
⮚ Se llama así a la capacidad de interpretar
lo que pasa a través de nuestros ojos
siendo estos rayos de luz e imágenes.
⮚ Resulta de una integración entre luz, ojos
y cerebro en la cual la retina va captar
imágenes que están a nuestro alrededor,
las cuales son enviadas al cerebro a través
del nervio óptico.

41. LA VISIÓN:
LOS ESTÍMULOS LUMINOSOS RECOGIDOS POR EL CEREBRO SE TRANSFORMAN EN SENSACIONES
VISUALES.

42. Sistema óptico ocular
Sistema óptico
ocular
forma
imagen invertida
sobre
capa sensible de la
retina
situada
al fondo del globo
ocular
presenta
compartimentos
llamados
cámaras
anterior posterior vítrea
entre córnea e iris entre iris,
cuerpo ciliar y
cristalino
entre
cristalino y
retina
Humor vítreo
contiene

43. Medios Ópticos
Medios ópticos
Cristalino Humor vítreo Humor acuoso
Refleja objetos
del mundo
exterior
Función
diotrópica
Avascular
Elástica Viscoso
Gelatinoso
Incoloro
Elástica
Óptica
Trófica
Cornea

44. Fases de la Visión
PERCEPCIÓN
• La primera etapa, la luz entra al ojo atravesando órganos
transparentes
• El ojo como un cámara fotográfica
TRANSFORMACIÓN
• La energía luminosa llega al retina
• Se activan los conos y bastones, transforman en energía
nerviosa
TRANSMISIÓN
• Los impulsos nerviosos inician su camino a través del nervio
óptico
• Hasta la corteza cerebral
INTERPRETACIÓN • En la corteza cerebral se interpretan los
impulsos.
• Se reconocen y procesan para saber lo que

45. Problemas de la visión
Los problemas de visión más comunes son los errores de refracción, conocidos más comúnmente como vista corta
(miopía), hipermetropía, astigmatismo y presbicia. Los errores de refracción ocurren cuando la forma del ojo evita que la
luz se enfoque directamente en la retina. El largo del globo ocular (más corto o más largo), ciertos cambios en la forma de
la córnea o el envejecimiento del cristalino pueden causar errores de refracción. La mayoría de las personas tiene una o
más de estas enfermedades.
La córnea y el cristalino desvían (refractan) los rayos de luz que vienen entrando para que se enfoquen con precisión sobre la retina en la parte posterior del ojo.

46. Problemas de la visión
¿Qué es la refracción?
La refracción ocurre cuando la luz cambia su dirección al pasar a través de un objeto hacia otro. La visión ocurre cuando los
rayos de luz se desvían (son refractados) al pasar a través de la córnea y el cristalino. Esta luz es enfocada luego sobre la retina.
La retina transforma la luz en impulsos eléctricos que se envían al cerebro a través del nervio óptico. El cerebro interpreta estos
mensajes, convirtiéndolos en las imágenes que vemos.
¿Cuáles son los tipos diferentes de los errores de refracción?
Los tipos más comunes de los errores de refracción son la miopía, la hipermetropía, el astigmatismo y la presbicia.
La miopía es un trastorno en que los objetos cercanos se ven con claridad, mientras que los objetos lejanos se ven borrosos. Con
la miopía, la luz se enfoca delante de la retina en vez de hacerlo sobre la retina.
La hipermetropía (también llamada hiperopía) es un tipo de error de refracción común donde se puede ver los objetos distantes
con mayor claridad que los objetos cercanos. Sin embargo, las personas experimentan la hipermetropía de formas diferentes.
Puede que algunas personas no noten ningún problema con su visón, especialmente cuando son jóvenes. Mientras para las
personas con una hipermetropía considerable, la visión puede ser borrosa para objetos a cualquier distancia, sean de cerca o de
lejos.
El astigmatismo es un trastorno en el que el ojo no enfoca la luz de forma pareja sobre la retina, el tejido sensible a la luz en la
parte posterior del ojo. Esto puede hacer que las imágenes se vean borrosas o alargadas..
La presbicia es una condición relacionada con la edad en la que la capacidad de enfocar de cerca se vuelve más difícil. A medida
que el ojo envejece, el cristalino ya no puede cambiar de forma lo suficiente para permitir que el ojo enfoque en los objetos
cercanos con claridad.

47. Problemas de la visión
¿Quién corre el riesgo de tener errores de refracción?
La presbicia afecta a la mayoría de los adultos de más de 35 años de edad. Otros errores de refracción afectan tanto a los niños
como a los adultos. Las personas con padres que tienen ciertos errores de refracción tienen más probabilidades de tener uno o
más errores de refracción.
¿Cuáles son los signos y síntomas de los errores de refracción?
La visión borrosa es el síntoma más común de los errores de refracción. Otros síntomas pueden incluir:
● Visión doble
● Visión nublada
● Luz deslumbrante o halos alrededor de luces brillantes
● Entrecerrar los ojos para ver
● Dolores de cabeza
● Fatiga visual

48. Problemas de la visión
¿Cómo se diagnostican los errores de refracción?
Un oculista puede diagnosticar los errores de refracción durante un
examen completo de los ojos con dilatación de las pupilas. Muchas
veces, las personas con errores de refracción van a un oculista con
quejas de incomodidad visual o visión borrosa. Sin embargo,
algunas personas no saben que no ven tan claramente como
podrían.
¿Cómo se corrigen los errores de refracción?
Se puede corregir los errores de refracción con anteojos, lentes de
contacto o cirugía.

49. CONCLUSIONES
◼ El sonido es un tipo de onda mecánica que necesita un medio para propagarse, el cual puede ser medido por los decibles
◼ El sonido para ser identificado por el sistema nervioso, pasa por diversidades cavidades, las cuales son oído externo, medio e interno, estos
decodifican y permiten el paso y reconocimiento de las frecuencias audibles.
◼ La óptica física permite describir la visión humana, en base a las propiedades de los lentes. Dichos estudios pueden ser usados para corregir la
visión

50. REFERENCIAS
◼ Tipler & Mosca “Física para la ciencia y tecnología” Ed. Reverté (vol. II)
◼ Serway & Jewett, “Física”, Ed. Thomson (vol. II)
◼ Halliday, Resnick & Walter, “Física”, Ed. Addison- Wesley.
◼ Sears, Zemansky, Young & Freedman, “Física Universitaria”, Ed. Pearson Education (vol. II)
◼ https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93rgano_de_Corti
◼ https://es.wikipedia.org/wiki/O%C3%ADdo_interno
◼ http://www.hear-it.org/es/El-oido-interno-1
◼ http://eloido.org/anatomia-fisiologia-oido/oido-interno/
◼ anatomiadeoido.blogspot.com/2008/10/odo-interno.html