LA LUZ Escuela de Imagenología

Universidad Arturo Michelena

Facultad Ciencias de la Salud

Escuela de Imagenología

San Diego – Edo. Carabobo

LA LUZ

Docente

Gilberto García                                                                                               Autoras

Martínez Franyeli

Quiroz Karla.

Sección 3T

24-02-2017

Nuestros ojos son detectores evolucionados para captar ondas de luz visible aunque existen muchos otros tipos de radiación que no podemos percibir. De hecho, solo podemos captar una parte mínima de la gama de radiaciones del espectro electromagnético que incluye, además de la radiación visible, los rayos gama, los rayos X, los rayos ultravioletas, los rayos infrarrojos, las microondas y las ondas de radio. A medida que pasamos de los rayos gamma a las ondas de radio la longitud de onda aumenta y la frecuencia disminuye (también disminuyen la energía y la temperatura). Todos estos tipos de radiación viajan a la velocidad de la luz (unos 300.000 km/s en el vacío). Además de la luz visible, también llegan a la superficie de la tierra desde el espacio ondas de radio, una parte del espectro infrarrojo y una parte (afortunadamente) muy pequeña de radiación ultravioleta. Cada onda particular del espectro visible viene caracterizada por su longitud de onda siendo ésta junto con el sentido de la vista los únicos responsables del color observado, pues colores diferentes sólo corresponden a longitudes de onda diferentes. Si, como generalmente sucede, la radiación es compuesta, el ojo no puede analizar las distintas radiaciones o longitudes de onda que recibe y aprecia tan sólo el "color o tonalidad" resultante. La luz visible es solamente una pequeña parte del espectro electromagnético, la longitud de onda comprendida entre aproximadamente 400 y 700 nanómetros (nm = millonésima de milímetro) y tiene una frecuencia de un millón de gigahercios (GHz), es decir, un billón de ciclos por segundo. Solo esta estrecha gama que va desde los 400 a los 700 nm, excita la retina del ojo produciendo sensaciones de color y brillo. La luz, como todo elemento físico, tiene un comportamiento estable, de acuerdo con los siguientes parámetros. Se propaga a partir de la fuente emisora en todas las direcciones posibles y en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento. Distintas longitudes de onda proporcionan a nuestros ojos distintas sensaciones de color. La luz se propaga, sin detenerse, a través de la atmósfera y aun donde no hay atmósfera, y se sigue propagando indefinidamente mientras no encuentre un obstáculo que impida su paso, esta viaja en línea recta dentro de una sustancia de composición uniforme mientras no haya nada que la desvíe y mientras no cambie el medio a través del cual se está propagando. La propagación en línea recta se puede apreciar en los rayos de sol cuando atraviesan una atmósfera turbia, por ejemplo sobre niebla en un bosque o en los rayos producidos por iluminación espectacular en escenarios con humo artificial. En el aire se mueve ligeramente más despacio y todavía más lentamente a través de sustancias más densas como el agua o el vidrio. La misma está compuesta por partículas de energía – llamados fotones – que originan cambios químicos y reacciones eléctricas. Obviamente, cuanto más intensa es la luz, más fotones contiene. Estas partículas de energía son las que hacen posible la grabación de imágenes en soportes fotosensibles. Objetos que no permiten el paso de la luz, cuando un objeto no es transparente sino opaco a la luz, caso de la mayoría de los que nos rodean, absorbe una parte de la luz que recibe (convertida en débil energía calorífica) y refleja otra parte. Cuanto más oscuro es el material, menor es la luz reflejada, mayor la absorbida y por tanto mayor el calor acumulado (cualquier objeto negro expuesto al sol se calienta más que uno blanco). Todo cuerpo refleja parte de la luz que incide sobre él. La mayoría de las superficies de los objetos son ásperas o irregulares, y por ello dispersan la luz que reciben en todas las direcciones posibles. Este tipo de reflexión produce el fenómeno llamado difusión. Para que ocurra la dispersión de la luz no es necesario que la superficie reflectora tenga irregularidades aparentes, basta con que sean minúsculas (como sería el caso de una capa de pintura perfectamente lisa en apariencia) para que la superficie actúe como difusora. Gracias a la reflexión difusa vemos los objetos cuando una parte de esa luz reflejada en todas direcciones llega hasta nuestros ojos. Una superficie lisa y bien pulida, en cambio, produce una reflexión regular: la luz que incide en una dirección determinada, es reflejada en otra dirección determinada. En este caso lo que se pone de manifiesto con la reflexión no es la superficie reflectora, sino los objetos cuyas imágenes se ven reflejadas. De hecho, un reflector perfectamente liso y limpio es invisible, sólo nos permite ver la imagen reflejada. Este tipo se denomina reflexión especular, y sigue un par de leyes muy simples: la primera es que el rayo incidente y el reflejado se encuentran siempre sobre el mismo plano. La segunda que el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales. Como resultado de estas leyes, tenemos que un espejo plano produce imágenes fieles de los objetos llamadas imágenes virtuales: no los deforma ni cambia su tamaño pero los invierte (nada tan complicado como descifrar un texto a través de su imagen reflejada).La luz puede ser descrita como una emisión electromagnética, y como tal tiene algunas características que la identifican plenamente. Esas  emisiones son conocidas, genéricamente, por radiaciones u ondas electromagnéticas, y están contenidas en una gran banda o faja, que están subdividida de acuerdo con algunas características físicas peculiares. Existen las que no podemos ver, tales como las ondas sonoras emitidas por alguien que canta y las ondas de radio AM y FM, y existen aquellas que podemos ver, tales como las lumínicas, compuestas de fotones, por ejemplo la luz emitida por las bombillas de las lámparas de casas. Las emisiones están organizadas según lo que llamamos ¨Espectro de radiaciones electromagnéticas¨, basado en una característica particular: la longitud de onda, ese espectro es compuesto por radiaciones infrarrojas, radiaciones visibles, radiaciones ultravioletas, radiaciones ionizantes (rayos gamma, y rayos x). Los láseres utilizados para tratamiento médico, odontológico y veterinario (son los que llamamos de ¨ciencias de la vida¨) emiten radiaciones que están ubicadas en el rango de las radiaciones visibles, infrarrojas y ultravioletas y no son ionizantes. Una manera simple de entender el concepto de espectro es observando un arco iris, este fenómeno natural es formado por la descomposición de la luz blanca en siete colores, que podemos ver, forman parte del espectro de radiaciones electromagnéticas, son definidas por la longitud de onda y cuando son mezcladas generan color blanco. Cada color emitido tiene una medida de longitud de onda propia, y eso sucede con otros colores que no conseguimos ver, pero cuyos efectos podemos sentir. En la escala de longitud de onda, abajo del rango de emisiones que llamamos de ¨visible¨, tenemos el ultravioleta, que es una región muy amplia en términos de longitud de onda. La emisión ultravioleta es responsable por el oscurecimiento de la piel cuando nos exponemos al sol. Arriba del rango de emisiones que llamamos visibles, tenemos el infrarrojo, que es también una región mucho más amplia que la región que conseguimos ver. Este tipo de emisión es el responsable por el calentamiento que observamos en la luz generada por los aparatos fotopolimerizadores que utilizan fuente de luz halógena y que es comúnmente llamada calor. El láser es una luz y por tanto tiene el comportamiento de luz, o sea puede ser reflejado, absorbido o transmitido, utilizando o no espejos en el proceso. Sin embargo es una luz con características muy especiales, tales como: unidireccionalidad, coherencia y monocromaticidad. Por otra parte podemos decir debido a su comportamiento en muchos experimentos iniciales con la luz visible, su descripción como una onda o sea su comportamiento ondulatorio fue el mayormente aceptado. No obstante con lo anteriormente expuesto, la luz es una forma de radiación electromagnética, llamada energía radiante, capaz de excitar la retina del ojo humano y producir, en consecuencia, una sensación visual. Ya vimos que el concepto luz tiene absoluta relación con quien la percibe, y que es a través de ella que el hombre se conecta visualmente con el mundo que lo rodea. La energía radiante fluye en forma de ondas en cualquier medio con una dirección determinada (propagación rectilínea), y sólo es perceptible cuando interactúa con la materia, que permite su absorción o su reflejo. Hay entonces un cuerpo emisor de la energía radiante y otro que la recibe. Esta interacción o transferencia de energía de un cuerpo a otro se denomina radiación. Físicamente se puede interpretar la luz de 2 maneras, asociadas entre sí: como una onda electromagnética, como un corpúsculo o partícula. Teniendo así las siguientes características ~Amplitud~ (altura de la onda). Longitud de onda (comportamiento espacial):[nm] ~Velocidad~ c [km/seg] es la distancia que recorre la onda en 1 segundo. ~Frecuencia~ (comportamiento temporal): v [hz], definida por el número de ondas que pasan en un segundo por un punto fijo. Tiene relación con la longitud de onda, ya que depende de su tamaño. Se estima en la longitud de onda multiplicada por 1014 ciclos por segundo. Para hablar un poco de historia en el siglo XVII Pierre de Fermat escribe: …“La dirección tomada por la luz es la del trayecto que demanda menos tiempo, es decir, el más corto”. De esta hipótesis se han deducido tres leyes fundamentales para el estudio del comportamiento de la luz, considerando distintas trayectorias posibles de la luz para ir de un punto a otro: propagación directa, reflexión, refracción. Una de las consecuencias de estas construcciones es el “principio de reciprocidad de los caminos ópticos” que permitió el diseño de dispositivos ópticos para concentrar la luz de una fuente. De este principio se predice que la velocidad de la luz en un medio más denso debe ser menor que en el menos denso. Cuando un haz de luz atraviesa un medio material, se redirecciona de acuerdo con las características particulares del medio, en la mayoría de los casos diversificándose en haces secundarios y en otras emisiones energéticas, tales como calor. Las operaciones más comunes son: reflexión, refracción, dispersión, absorción, difusión, polarización, difracción, interferencia. Pero ¿Qué es cada una de estas operaciones? ~La reflexión de la luz~ ocurre cuando las ondas electromagnéticas se topan con una superficie que no absorbe la energía radiante. La onda, llamada rayo incidente se refleja produciendo un haz de luz, denominado rayo reflejado. Si una superficie límite es lisa y totalmente no absorbente se dice que ocurre reflexión especular. En la reflexión especular un solo rayo incidente produce un único rayo reflejado. ~Refracción~ cuando la luz pasa de un medio transparente a otro de diferente densidad se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de propagación de una longitud de onda determinada en una sustancia se conoce como índice de refracción de la sustancia para dicha longitud de onda. ~Dispersión~ La velocidad de una onda electromagnética es el producto de su frecuencia y su longitud de onda. En el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible. Pero cuando atraviesa sustancias materiales la velocidad se reduce y varía para cada una de las distintas longitudes de onda del espectro. Este efecto se denomina dispersión. ~Absorción~ Llamamos absorción a la conversión de luz en otra forma de energía, generalmente en energía calórica, en energía eléctrica (como la generada en las células fotoeléctricas), o en energía química (como la fotosíntesis realizada por las plantas). También puede ocurrir que cambie a una radiación de diferente longitud de onda (fluorescencia), Un rayo de luz que atraviesa el vacío no sufre pérdida de energía, aun dispersándose. Sin embargo en su pasaje por medios materiales tienen comúnmente pérdidas de energía debido a efectos de absorción y difusión. ~Difusión~ Cuando un rayo luminoso incide sobre una superficie que posee obstáculos materiales o irregularidades cuyo tamaño es mayor a la longitud de onda que lo atraviesa, ya no existe un solo rayo reflejado o refractado, sino que la energía luminosa se distribuye en todas las direcciones desde el punto de incidencia. ~Polarización~ Las ondas electromagnéticas que forman el haz luminoso poseen campos eléctricos (E) y magnéticos (H) perpendiculares a la dirección de propagación. Para cada onda existe un plano que contiene la dirección del campo y la dirección de propagación, y es conocido como el plano de polarización de la onda. ~Difracción e interferencia~ La interferencia surge cuando una pantalla es iluminada por dos fuentes luminosas separadas, pero que irradian luz en la misma longitud de onda y poseen una relación constante de fases. El resultado de combinar ambas fuentes es que en algunos lugares las ondas están en fase y se suman todas, mientras que en otros están fuera de fase y se anulan entre sí. La interferencia se ve como un patrón de bandas luminosas y oscuras sobre la pantalla. Uno de los mejores ejemplos de interferencia es la luz reflejada en aceite flotando sobre agua o en la superficie de una burbuja de jabón, que refleja un espectro de colores cuando se la ilumina con luz blanca. Por último, un punto muy importante del que no podemos dejar de hablar es de las leyes fundamentales de la luminotecnia, ¿Y cuáles son dichas leyes?, ~Ley de la inversa del cuadrado de la distancia~ para una misma fuente luminosa, las iluminancias en diferentes superficies situadas perpendicularmente a la dirección de la radiación son directamente proporcionales a la intensidad luminosa del foco, e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia. Esta ley se expresa por la fórmula: E (lux) = I (cd) d² (m²).  ~Ley del coseno~ Cuando la fuente luminosa y el plano iluminado no son perpendiculares, la fórmula de la inversa del cuadrado se multiplica por el coseno del ángulo correspondiente. E (lux) = Ix cos a(cd) d² (m²) Si desconocemos el valor d: (Para superficies horizontales) E (lux)= I (cd) h².cos ³a(m²) (Para superficies verticales) E (lux)= I (cd) h².cos² a x sen a(m²). ~Distribución luminosa - curva fotométrica~ La curva de distribución luminosa se obtiene midiendo la intensidad luminosa en todas las direcciones del espacio alrededor de una luminaria, y transcribiéndolas en forma gráfica, vinculando puntos de igual intensidad. Su representación puede ser tridimensional, como es el caso del “sólido fotométrico”, o bidimensional, generalmente representando las coordenadas polares en dos de sus planos verticales.

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