Biofísica de Óptica y visión (índice de refracción), óptica geométrica, acomodación PDF

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Contenidos:
• Índice de refracción de un medio, leyes de la óptica geométrica.
• Lentes convergentes y divergentes
• Foco de una lente
• Potencia de una lente y unidades
• Ley de Gauss o de los focos conjugados
• Formación de imágenes reales
• Ajuste...

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BIOFISICA

Óptica y visión Contenidos: • Índice de refracción de un medio, leyes de la óptica geométrica. • Lentes convergentes y divergentes • Foco de una lente • Potencia de una lente y unidades • Ley de Gauss o de los focos conjugados • Formación de imágenes reales • Ajuste focal PROCESO VISUAL ETAPAS Los órganos de los sentidos, desde el punto de vista biofísico, son sistemas de transducción y amplificación que detectan señales de diferente tipo provenientes del exterior. ¿Qué señales recibe Lucía para poder formar imágenes? Señales luminosas que, a través del mecanismo de la visión, se traducen y amplifican para poder formar la imagen de un determinado objeto. ¿Cuáles son las etapas de este proceso de visión? 1. Refracción de la luz, para formar la imagen sobre la retina. 2.Impacto de la energía sobre las células fotosensibles para provocar un potencial de acción, impulso nervioso. 3.Integración e interpretación de la información a nivel cortical, (psicofísica de la visión) Para poder comprender la primera de las etapas, es necesario estudiar algunos principios de la óptica geométrica. OPTICA GEOMETRICA. LA LUZ COMO RAYO Óptica geométrica: Estudio de los mecanismos de transmisión de la luz. Luz: Radiaciones electromagnéticas detectables por el ojo humano con longitudes de onda gamma de 400 a 780 nm. ¿Cómo se propaga la luz? La luz se propaga en línea recta (rayos de luz) en el vacío con una velocidad característica c e igual a 3.108m/s o 300.000 km/s ¿Qué le ocurre a un haz de luz cuando pasa de un medio homogéneo a otro a través de una superficie translúcida? Parte de la luz vuelve al mismo medio y parte pasa al otro medio. Rayo incidente y rayo reflejado INDICE DE REFRACCION Índice de refracción de un medio: se denomina así a la relación entre la velocidad en el vacío (3.108 m/s) y la velocidad de la luz en un medio en el que pueda propagarse. Es una medida del grado en que se desviará un haz de luz cuando pasa a través de ese medio. Siempre la velocidad de la luz en el vacío será mayor que en cualquier medio, por lo que el n > 1 para cualquier medio, excepto el aire donde naire = 1 (se considera velocidad de la luz en aire igual que en vacío). SUSTANCIA

INDICE DE REFRACCION n

Aire

1

Agua

1,333

Vidrio

1,5

LEYES DE LA OPTICA GEOMETRICA La óptica geométrica analiza los rayos lumoinosos como un flujo de partículas 1ra Ley: El rayo incidente, el reflejado, el refractado y el normal (recta perpendicular en el punto en que incide el rayo) estan en un mismo plano. Son coplanares. 2da Ley: Ley de la reflexión: el angulo de incidencia es igual al angulo de reflexión. 0 incidencia= 0 reflexion 3ra Ley: Ley de la refracción: el seno del angulo de incidencia es inversamente proporcional al índice de refracción del medio incidente y el seno del angulo de refracción es inversamente proporcional al índice de refracción del medio en que se refracta. n1 sen θincidecia=n2 sen θrefraccion Esta ley llamada LEY DE SNELL nos dice que: -cuando un rayo entra donde la rapidez de la luz es menor, se va acerca a la normal. -cuando el rayo entra a un lugar con mas rapidez, se aleja de la normal. Entonces, el angulo de refraccion depende de la rapidez de la luz en los dos medios y del angulo de incidencia.

CADENA OPTICA DEL OJO -En el proceso de visión, ¿sobre qué elementos impacta la luz? Sobre lentes: superficies translúcidas (la luz pasa a través de ellas), de diferente índice de refracción. -¿Cuáles son las características de esas lentes? Todas las lentes del ojo son convergentes. -¿Cuál es la cadena óptica del ojo? 1) Córnea: lente cóncavo convexa, de índice de refracción 1,37. (dónde se da la mayor refracción porque se pasa de n =1 aire a n=1,37 córnea) 2) Humor acuoso: cóncavo convexa, de n = 1,336 *A la cornea junto al humor acuoso también se le llama lente concavoconvexa 3) Diafragma iris pupilar: NO es lente, es una abertura variable 4) Cristalino: lente biconvexa (n varía entre 1,42 – 1,45), estructura como capas de cebolla. Actua como fino ajuste para enfocar a diferentes distancias. 5) Humor vítreo: cóncava convexa, de n cercano a 1,4 6) Pantalla sensible: la retina, NO es lente, es opaca. Se puede considerar el ojo reducido como una única lente convergente y la distancia lente-retina, de aproximadamente 15 mm LENTES

Sistema óptico cuyo fin es la formación de imágenes usando la propiedad de la refracción. Tipos de lentes delgadas:

Lentes convergentes: Son más gruesas en el centro que en los extremos. Al incidir un haz de rayos paralelos al eje óptico (se acercan a el), al refractarse se juntan en un punto llamado foco imagen fi. A la distancia f (distancia de la lente al foco) se la llama distancia focal. Si la lente es convergente f ˃ 0. Lentes divergentes: Son más delgadas en el centro que en los extremos. Los rayos refractados se separan, no se juntan (se alejan del eje optico). En lentes divergentes f ˂ 0. ¿Cómo actúa una lente cuando sobre ella incide un haz de rayos paralelos? Los rayos de un punto en un objeto distante, son paralelos. La convergencia o divergencia de las lentes depende del material con el que están hechas, del medio en donde están inmersas y de los radios de curvatura de las caras de la lente. *Si al incidir rayos paralelos sobre la lente, estos convergen ó se acercan, la lente es convergente. *Si se abren o divergen, la lente es divergente. Todos los rayos convergen en un punto del eje óptico, llamado foco imagen. -En las lentes convergentes ese foco es real (formado por intersección de rayos), el foco es positivo (se encuentra a la derecha de la lente). Los rayos convergen en un punto -En las lentes divergentes ese foco es virtual (donde se interseca la prolongación de rayos), es negativo (se encuentra a la izquierda de la lente). La luz diverje. Potencia de lentes Se llama Potencia (P) o poder dióptrico de una lente a la inversa de la distancia focal expresada en metros. Se mide en dioptrías (D), que equivale a m-1. D equivale a 1/m (f) Cuanto MENOR es la distancia focal MAYOR es su potencia. -Como en las lentes convergentes el foco imagen es real, positivo, la Potencia de la lente es positiva. -Como en las lentes divergentes el foco imagen es virtual, negativo, su Potencia es negativa. El ojo no distingue entre imágenes virtuales y reales, ambas son visibles.

LEY DE GAUSS

P= 1 / f = 1 / do + 1 / di En nuestro sistema visual la imagen que se forma es una imagen real, invertida, en la retina. ¿Cómo podemos calcular la Potencia de la lente? -Conociendo la distancia objeto –lente do y la distancia lente- imagen di. - Las distancias se miden en metros (m) y la Potencia en Dioptría (1/m) Como las imágenes deben formarse en la retina para verse nítidas, la distancia lente-imagen SIEMPRE será 15 mm (0,015 m) Para objetos lejanos : do = infinito (ojo relajado) (PUNTO REMOTO do > a 6m) P = 1/∞ + 1/ 0,015 m P = 67 D Para objetos cercanos: do = 0,25 m (distancia mínima de visión distinta) (PUNTO PRÓXIMO) P = 1/0,25m + 1/0,015 m P = 71 D AJUSTE FOCAL. ACOMODACION ¿Cómo puede el ojo hacer que las imágenes se formen en la retina independientemente de la distancia a la que se sitúa el objeto? El cristalino cambia su curvatura para formar imágenes nítidas en la retina, siempre que el objeto esté ubicado entre el punto próximo (para un adulto joven a 25 cm del ojo) y el punto remoto (a 6 m o más del ojo). La potencia del cristalino debe cambiar, adaptándose para ver imágenes nítidas ¿Dentro de qué rango de Dioptrías el ojo logra ese ajuste? ENTRE 67 (objetos lejanos) Y 71 DIOPTRÍAS (objetos cercanos) Para poder formar imágenes en retina de un objeto ubicado a distintas distancias intervienen: • Contracción de los músculos ciliares, ligamentos sin tensión, cristalino redondeado. • Reducción del diámetro de la pupila, para eliminar los rayos periféricos y mejorar la calidad de la imagen (sin aberraciones esféricas y cromáticas). • Convergencia de los ejes de ambos ojos sobre el objeto por acción de los músculos extrínsecos del ojo. PARA VER OBJETOS LEJANOS (Ojo RELAJADO): Debe disminuir su potencia 67 D (aumentar la distancia focal) , entonces debe estar más plano, por lo tanto el cristalino se aplana cuando los LIGAMENTOS ESTAN TENSOS y MÚSCULOS CILIARES RELAJADOS. Si no lo logra el cristalino se coloca una lente divergente (MIOPÍA), para hacer que la imagen se forme en la retina. PARA VER OBJETOS CERCANOS (Ojo CONTRAÍDO): Debe aumentar su potencia 71 D (disminuir la distancia focal) , entonces debe estar más esférico, por lo que los LIGAMENTOS RELAJADOS y MÚSCULOS CILIARES CONTRAÍDOS. Si no lo logra el cristalino, se coloca un lente convergente (presbicia), para hacer que la imagen se forme en la retina. (Es el caso de Lucia) -Presbicia: la elasticidad del cristalino dimsinuye con la edad. En la edad avanzada es normal que se pierda la c apacidad de ver de cerca por falla en el poder de acomodación (esto es la presbicia). El punto cercano pasa de los 7 cm en el niño a los 20 cm en el adulto. *Si se acerca progresivamente un objeto al ojo, este va aumentando su acomodación para obtener una imagen nítida, para llegar a un cierto punto se llega al máximo de acomodación posible. Cuanto mayor es la capacidad de acomodación de un ojo mas cercano esta el punto próximo*...