Biofisica

1. ONDAS
Dra. Dolores Villanueva Zambrano
Medico - Docente

3. LA TEORÍA CORPUSCULAR
• NEWTON (1642-1726) plantea que la luz está
compuesta por PARTÍCULAS MATERIALES que,
lanzadas a gran velocidad por los cuerpos emisores,
constituyen los rayos de luz.
• Estas partículas tendrían masas diferentes para justificar
la existencia de los distintos colores.
LA TEORÍA ONDULATORIA
• HUYGENS (1629-1695) propuso el modelo ondulatorio. Según él, la
luz es un fenómeno ondulatorio de tipo mecánico, como el sonido o
las ondas en la superficie del agua.
• La luz, por tanto tendría asociadas una longitud de onda y una
frecuencia, como cualquier oscilación y presentaría fenómenos de
interferencia y difracción, como las ondas

4. • TEORÍA CORPUSCULAR
• La luz son partículas
emitidas por los cuerpos
luminosos
• Lo que no podía explicar:
• ¿Por qué los cuerpos no
pierden masa al emitir
corpúsculos?
• ¿Por qué algunos
corpúsculos se reflejan y
otros Se refractan?
• TEORÍA ONDULATORIA
• La luz es una onda, necesita
un medio Material para
propagarse
• Lo que no podía explicar:
• ¿Por qué la luz se propaga en
el vacío?
• Fenómenos: interferencia y
difracción

5. LA DUALIDAD DE LA LUZ
• La cuestión fue resuelta en 1925 por DE BROGLIE,
quien propuso que el movimiento de todo corpúsculo
viene regido por una onda asociada.
• La materia debe poseer un carácter similar al de la luz.
• La confirmación experimental de esta idea constituye la
base de la MECÁNICA CUÁNTICA.
FENOMENO ONDULATORIO
• La física atómica permite expresar el fenómeno de la
dualidad
• 1927: Heisemberg - El principio de la incertidumbre

6. LA VISIÓN DUAL DE LA LUZ
• Hoy en día estamos ya acostumbrados a
utilizar las propiedades ondulatorias de la
materia: difracción de neutrones,
microscopios electrónicos....
• Y también las propiedades corpusculares
de la luz: contadores de fotones, leyes de
interacción luz materia...

7. TIPOS DE ONDAS
• En función de la magnitud física en la que se propagan:
– Ondas de desplazamiento
– Ondas de presión
– Ondas térmicas
– Ondas electromagnéticas
• En función de la dirección de propagación de las mismas:
– Ondas longitudinales
– Ondas transversales
• En función del número de dimensiones espaciales en que se
propaga la energía:
– Ondas unidimensionales
– Ondas bidimensionales
– Ondas tridimensionales

8. Por el número de dimensiones espaciales en que se
propaga la energía:
• ondas unidimensionales: son aquellas que se propagan a lo largo de
una sola dirección del espacio, como las ondas en las cuerdas.
• Ondas bidimensionales o superficiales: Se propagan, en cualquier
dirección de una superficie, ejm, producen en la superficie de un
lago cuando se deja caer una piedra sobre él.
• Ondas tridimensionales o esféricas: se propagan en tres direcciones,
se conocen también como ondas esféricas, son esferas concéntricas
que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas
direcciones.
Las ondas tridimensionales se conocen también como
ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son
esferas concéntricas que salen de la fuente de
perturbación expandiéndose en todas direcciones.

9. Tipos de ondas
• En una onda transversal, como una onda en el agua, el
medio se perturba perpendicularmente a la dirección de
propagación.
• En una onda longitudinal, como una onda sonora, el
medio oscila en la dirección de propagación.

10. Por su naturaleza:
• Onda Mecánica, es la perturbación
periódica en un medio material.
Cuando una onda viaja, el medio por
el que se mueve se altera, pero no
viaja con la onda.
• Onda Electromagnética, no requiere
de un medio material para su
propagación, se transmiten mediante
campos eléctricos y magnéticos que
oscilan.

11. ONDAS
Mecánicas Electromagnéticas
Corpusculares No
Corpusculares

12. FENÓMENOS ONDULATORIOS
Comportamiento de ondas

13. Principio de Fresnel - Huygens
• De la propagación de ondas
• Todo punto de un frente de onda inicial puede considerarse como
una fuente de ondas esféricas secundarias que se extienden en
todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y longitud
de onda que el frente de onda del que proceden.
• Esta visión de la propagación de las ondas ayuda a entender mejor
los fenómenos de difracción, reflexión y la refracción de las ondas.

14. REFLEXION
• Proceso por el cual cuando una onda atraviesa el límite que separa
dos medios diferentes se devuelve una parte de ella al medio del
que proviene.
REFRACCION
• Desvío de las ondas de luz cuando cruzan la separación entre dos
medios transparentes distintos.
• La refracción sucede debido al cambio de la velocidad de la luz
cuando penetra en el medio refractor.

15. DIFRACCION
• Una onda que se difunde cuando pasa a través de una abertura
estrecha o un obstáculo se difracta.
• La difracción se origina porque la velocidad de la onda en los límites
de la abertura o del obstáculo se altera ligeramente.
• Una serie de aberturas estrechas origina un conjunto de ondas
difractadas, que se superponen e interfieren unas con otras.
INTERFERENCIA
• La interferencia de la luz de áreas con distancias variables del frente
de onda móvil explica los máximos y los mínimos observables como
franjas de difracción.
• Ej, el experimento de la doble rendija

16. POLARIZACION

17. ABSORCION
Ley de Beer-Lambert
• En óptica, la ley de Beer-Lambert, también conocida
como ley de Beer o ley de Beer-Lambert-Bouguer es una
relación empírica que relaciona la absorción de luz con
las propiedades del material atravesado.
• En forma independiente, Wilhel Beer y Johann Lambert
propusieron que la absorbancia de una muestra a
determinada longitud de onda, depende de la cantidad
de especie absorbente con la que se encuentra la luz al
pasar por la muestra.

18. ¿Que onda con las ONDAS?

19. ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
Corpusculares No Corpusculares
Ionizantes No Ionizantes Ionizantes

20. RADIACION NO IONIZANTE
• No producen iones al interactuar con los átomos de un material.
• No tienen energía suficiente para producir efectos apreciables de
ionización
• Ondas de radio, y microondas
• rayos infrarrojos, y la luz visible.
RADIACIÓN IONIZANTE
• Estas partículas de radiación poseen energía para desplazar
electrones de átomos y moléculas (tales como agua, proteína y
DNA) a los que impactan o que pasan cerca.
• Este proceso es llamado ionización

21. Ondas electromagnéticas:
• Es un fenómeno físico que transporta energía mediante
la vibración de campos eléctricos y magnéticos.
• Están producidas por carga eléctricas en movimiento
(aceleradas)
• Perturbación en el espacio y en el tiempo que transmite
energía asociada a un campo eléctrico y a un campo
magnético mutuamente perpendiculares.
• Estos campos oscilan temporalmente en forma
sinusoidal a medida que se propagan, y pueden
describirse matemáticamente empleando combinaciones
de funciones armónicas.

22. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Propiedades Fundamentales:
• Frecuencia (f)
• Longitud de onda (λ)
• Energía que transportan (E)
• Velocidad de propagación (con la que viajan) (c)
• Cumplen:
·c f

23. LONGITUD DE ONDA 
• Distancia entre dos puntos consecutivos que tienen la misma fase.
• La longitud de onda (para una frecuencia dada) depende de las
características del medio en que se propaga la onda.
• VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN (c = 300000 km/s en el vacío)
• Número de oscilaciones completas por unidad de tiempo de los campos
eléctrico y magnético.
• Se mide en Hercios (Hz). 1 Hz = 1 s-1
• La frecuencia es una característica de la O.E.M. independiente del medio en
que se propague
• Espectro electromagnético es el conjunto diferenciado de las distintas
radiaciones EM, agrupadas según su frecuencia o según su longitud de
onda.

24. TIPO DE
RADIACION
Intervalos de las
longitudes de onda
Rayos
Gamma
Inferiores a 10-2 nanómetros
Rayos X
Entre 10-2 nanómetros y 15
nanómetros
Ultravioleta
Entre 15 nanómetros y 4×102
nanómetros
ESPECTRO
VISIBLE
entre 4×102 nanómetros y
7,8×102 nanómetros
(4000 Ángstrom y 7800 Ángstrom)
Infrarrojo
Entre 7,8×102 nanómetros y
106 nanómetros
Microondas
Entre 106 nanómetros y 3×108
nanómetros
Ondas de
Radio
Mayores de 3×108 nanómetros
Ondas electromagnéticas: Espectro electromagnético

25. La Luz
• Los átomos tienen la capacidad de ganar o perder energía;
• La cantidad de energía mas pequeña que existe es el
“Cuanto”
Estado fundamental
de menor energía Estado inestable
de mayor energía
ATOMO ATOMO
CUANTO
FOTON
• Los fotones constituyen la cantidad mas pequeña de luz que existe
• Un rayo de luz se compone por cientos de millones de fotones, así
como la materia se compone de átomos
• Los fotones son producto de la caída del nivel de energía de un
elemento
• Cuando los átomos de los objetos luminosos como el Sol toman
energía suficiente, pueden liberar fotones que vemos como luz.

26. LUZ VISIBLE
• LA LUZ
• Es una forma de energía que puede ser detectada por el ojo
humano.
• Intervalo visible del espectro electromagnético, formado por una
variedad de longitudes de onda que percibimos como colores.
• Vemos los objetos no luminosos, como las rocas, árboles y la gente,
cuando éstos reflejan luz hacia nuestros ojos.
Rodopsina:
• Los bastones contienen rodopsina y son responsables de la visión en
condiciones de baja luminosidad
• Los conos contienen tres tipos de opsinas, base de la percepción de color.
– longitudes de onda largas (luz roja),
– longitudes de onda medias (luz verde)
– longitudes de onda cortas (luz azul).

27. • La absorción de un fotón por la rodopsina del ojo conduce finalmente a
una señal en el cerebro que se interpreta como visión
• Rodopsina:
• Proteína cromófora, es una glicoproteína incolora, que al recibir el
estimulo luminoso sufre una transformación fotoquímica que dispara el
estimulo visual
• Cuando un fotón de luz llega al cromóforo, se isomeriza de 11-cis a
trans, lo cual da lugar a cambios conformacionales de la proteína
• Durante este proceso se forman la Metarodopsina II que activa a una
proteína G (Transducina) que al final desencadena la
fototransducción

28. • En oscuridad, se abren los canales de sodio del
segmentos externos de los fotorreceptores y permiten la
entrada de iones Sodio.
• La entrada de Sodio, despolariza a los fotorreceptores,
permitiendo la liberación de un neurotransmisor
(Glutamato) a nivel de sus terminales sinápticos y
también el ingreso de Calcio y Magnesio
• El Calcio, mejora la capacidad de los bastones para
recuperarse después de la iluminación, teniendo un
papel regulador en los fenómenos de adaptación a las
condiciones de luz/oscuridad
• Cuando la luz estimula a la molécula de rodopsina, se
cierran los canales fotoreceptor se hiperpolariza, y deja
de liberar de Sodio. el neurotransmisor

29. RAYOS X
• Radiación electromagnética de longitud de onda comprendida entre 0,1 y
10 nanómetros (un nanómetro son 10-9m).
• Pueden atravesar los músculos pero no los huesos, y se producen
artificialmente para aplicaciones médicas.
• Existen fuentes celestes que producen de forma natural rayos X.
INFRARROJO
• La región del espectro electromagnético que incluye la radiación con
longitudes de onda que van desde 800 nm (billonésimas partes de un
metro) hasta 1 mm.
• La radiación de infrarrojos es invisible pero se detecta por el calor que
desprende.
• Puede ser emitida en grandes cantidades por objetos que no están a la
temperatura necesaria para brillar con luz visible.

30. Radiación ultravioleta
• Se denomina radiación ultravioleta o UV a la radiación
electromagnética cuya longitud de onda está aproximadamente
entre los 400 nm (4x10−7 m) y los 15 nm (1,5x10−8 m).
• Su nombre proviene de que su rango empieza desde longitudes de
onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color
violeta.
• Esta radiación es parte integrante de los rayos solares y produce
varios efectos en la salud.

32. LASER
FIBRA ÓPTICA
• LA LUZ, viaja grandes distancias a través de cables de fibra óptica, reflejándose
en las paredes internas del cable, incluso cuando éste se dobla, debido al
fenómeno de reflexión interna total.
• La mayoría de los cables de fibra óptica se fabrican estirando vidrio puro hasta
formar hilos largos y finos.

33. POLARIZACIÓN
• Un filtro polarizador situado en una lente permite que sólo las ondas
que vibren en una dirección particular pasen a través de la lente y
lleguen al ojo; todas las demás ondas luminosas son absorbidas por el
filtro.
• Las lentes polarizadoras se usan en las gafas de sol.
MICROONDAS
• Ondas electromagnéticas de baja frecuencia, similares a las ondas de
radio, pero tienen menor longitud de onda.
• En los hornos microondas, son absorbidas por el agua contenida en
los alimentos, generándose así el calor que los cocina