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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DENUEVO LEÓNFACULTAD DE INGENIERÍAMECÁNICA Y ELÉCTRICAALUMBRADO E INSTALACIONES ELÉCTRICASUNIDAD TEMÁTICA #Grupo óptico del ojo humano y la naturaleza de la luzAlumno: Cristian Ernesto Roldan AyalaMatricula: 1889296 Carrera: IEACatedrático: Ing. Hiram Flores CruzSan Nicolás de l...

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ALUMBRADO E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

UNIDAD TEMÁTICA #1 Grupo óptico del ojo humano y la naturaleza de la luz

Alumno: Matricula:

Cristian Ernesto Roldan Ayala 1889296 Carrera:

Catedrático: Ing. Hiram Flores Cruz San Nicolás de los Garza, 5 de junio de 2020

IEA

Contenido Síntesis #1: Grupo óptico del ojo humano..........................................................................................5 Mecanismo de la visión y el ojo humano.....................................................................................6 1.

Mecanismo de la visión humana.......................................................................................6

2.

Fases de la visión humana.................................................................................................6 Percepción: Esta es la primera fase donde normalmente comparar el ojo el ojo humano con una cámara fotográfica: la luz entra por el ojo mientras atraviesa órganos que no son visibles (córnea, humor acuoso, cristalino y humor vítreo) las cuales se encargan de buscar, seguir y enfocar la imagen...............................................6 Transformación: Esta es la fase donde la energía luminosa llega a la retina donde se activan las células sensoriales (conos y bastones) transformándola en energía nerviosa o como pequeños impulsos eléctricos..................................................................6 Transmisión: En la tercera fase los pequeños impulsos eléctricos comienzan su camino a través del nervio óptico hasta la corteza cerebral..............................................6 Interpretación: Fase donde la corteza cerebral interpreta los pequeños impulsos, los reconoce y se procesan para saber lo que vemos.............................................................6

3.

Partes constructivas y función...........................................................................................7 Parpado: Es una membrana de piel que protege al ojo del exterior y ayuda regulando la cantidad de luz que llega desde el exterior. Si esta ultima es excesiva se cerrará evitando deslumbramientos...................................................................................................7 Córnea: Membrana transparente bastante resistente con una curvatura fija, que posee una lente convexa que concentra la luz en un punto fijo para enfocar las imágenes en la retina, sin conseguir una imagen nítida. De conseguir esta última se encargará el cristalino.............................................................................................................7 Humor acuoso: Es un liquido acuoso situado entre la córnea y el cristalino. Esta actúa como una fuente de nutrientes para el cristalino para ambos manteniendo la forma de la córnea gracias a la presión ejercida por el líquido.........................................................7 Iris: Este está situado detrás de la córnea y delante del cristalino, en el centro se encuentra una abertura llamada pupila, su función es regular la cantidad de luz que entra en el ojo; modificando su abertura en diferentes condiciones de luz, abriéndose en la oscuridad y cerrándose cuando hay mucha luz en el exterior.................................7 Retina: Es una porción del ojo sensible a la luz sobre la que se forman las imágenes. Sobre esta se encuentran unas células especiales encargadas de la visión: los conos y los bastones. Los responsables de la visión en color son los conos y de la visión en la oscuridad son los bastones...............................................................................................7 Fóvea: Es depresión pequeña, con poca profundidad esta esta situada en la retina donde solo hay un tipo de células nerviosas; los conos....................................................7 Nervio óptico: Es el encargado de transportar los impulsos nerviosos producidos en la retina hasta el cerebro............................................................................................................7

Punto ciego: Es un punto localizado entre la retina y el nervio óptico. Se llama asi porque esta zona es insensible a la luz................................................................................7 4.

Grupo óptico del ojo humano.............................................................................................8

5.

Grupo foto receptor.............................................................................................................8 Conos: Los conos son unas células sensibles a la luz y por lo tanto a los colores, están concentradas en la fóvea de la retina del ojo. Aproximadamente se encuentran 6 millones de conos................................................................................................................8 Bastones: Son células nerviosas localizadas en la retina del ojo y existen cerca de 130 millones de ellas. Estos son los responsables de la máxima sensibilidad a la luz (nos permiten ver cuando la iluminación es baja o por las noches). Presentan un pigmento visual que se conoce como rodopsina o purpura visual...................................9

6.

Campos visuales.....................................................................................................................9 7.

Tipos de visión...................................................................................................................10

8.

Curva de sensibilidad del ojo humano..................................................................................10

Síntesis #2: La naturaleza de la luz...................................................................................................13 La naturaleza de la luz..................................................................................................................14 1.

La luz...................................................................................................................................14

2.

Espectro electromagnético...............................................................................................14

3.

El color de los objetos.......................................................................................................15

4.

Graficas de distribución espectral...................................................................................15

5.

Temperatura de color........................................................................................................16

6.

Índice de reproducción del color......................................................................................16

7.

Propiedades físicas de la luz...........................................................................................17 Refracción: Es cuando la luz sufre un cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga diferente dependiendo del medio por el cual viaja............................................................17 El cambio de dirección es mayor, cuanto mas grande sea el cambio de rapidez, ya que la luz recorre mayores distancias en su desplazamiento por medios donde vaya más rápido..............................................................................................................................17 Transmisión: La luz tiene la capacidad de atravesar objetos no opacos. La transmisión la denominamos directa, esto cuando el haz de luz se desplaza en una zona transparente íntegramente y de forma línea............................................................17 Difusión de la luz:..................................................................................................................18

Sintesis #3: Conceptos básicos de la fotometría...............................................................................20 Conceptos básicos de la fotometría............................................................................................21 1.

La fotometría......................................................................................................................21

2.

Sistema de unidades.........................................................................................................22

Flujo luminoso

φ ..............................................................................................................23

Intensidad luminosa I............................................................................................................24 Iluminancia.............................................................................................................................25 Footcandle y el lux.................................................................................................................25 Luminancia.............................................................................................................................25 3.

.

Curva de distribución de flujo luminoso..........................................................................26

Síntesis #1: Grupo óptico del ojo humano

Mecanismo de la visión y el ojo humano 1. Mecanismo de la visión humana El fenómeno de la visión es un proceso complicado que es producido en la corteza cerebral, que es el lugar donde se interpretan las imágenes que llegan desde el exterior a través del ojo, el cual es el receptor de la información. Esto se traduce a que los estímulos luminosos recogidos por el ojo humano van hacia el cerebro donde estas son transformadas en sensaciones visuales. Es decir, el ojo es el encargado de ver y el cerebro de interpretar lo visto.

Figura. Mecanismo de la visión humana 2. Fases de la visión humana La visión consta de 4 fases: Percepción: Esta es la primera fase donde normalmente comparar el ojo el ojo humano con una cámara fotográfica: la luz entra por el ojo mientras atraviesa órganos que no son visibles (córnea, humor acuoso, cristalino y humor vítreo) las cuales se encargan de buscar, seguir y enfocar la imagen. Transformación: Esta es la fase donde la energía luminosa llega a la retina donde se activan las células sensoriales (conos y bastones) transformándola en energía nerviosa o como pequeños impulsos eléctricos. Transmisión: En la tercera fase los pequeños impulsos eléctricos comienzan su camino a través del nervio óptico hasta la corteza cerebral. Interpretación: Fase donde la corteza cerebral interpreta los pequeños impulsos, los reconoce y se procesan para saber lo que vemos.

3. Partes constructivas y función Parpado: Es una membrana de piel que protege al ojo del exterior y ayuda regulando la cantidad de luz que llega desde el exterior. Si esta última es excesiva se cerrará evitando deslumbramientos. Córnea: Membrana transparente bastante resistente con una curvatura fija, que posee una lente convexa que concentra la luz en un punto fijo para enfocar las imágenes en la retina, sin conseguir una imagen nítida. De conseguir esta última se encargará el cristalino. Humor acuoso: Es un líquido acuoso situado entre la córnea y el cristalino. Esta actúa como una fuente de nutrientes para el cristalino para ambos manteniendo la forma de la córnea gracias a la presión ejercida por el líquido. Iris: Este está situado detrás de la córnea y delante del cristalino, en el centro se encuentra una abertura llamada pupila, su función es regular la cantidad de luz que entra en el ojo; modificando su abertura en diferentes condiciones de luz, abriéndose en la oscuridad y cerrándose cuando hay mucha luz en el exterior. Retina: Es una porción del ojo sensible a la luz sobre la que se forman las imágenes. Sobre esta se encuentran unas células especiales encargadas de la visión: los conos y los bastones. Los responsables de la visión en color son los conos y de la visión en la oscuridad son los bastones. Fóvea: Es depresión pequeña, con poca profundidad esta está situada en la retina donde solo hay un tipo de células nerviosas; los conos. Esta es el área de mayor agudeza visual ya que en ella se concentran las imágenes procedentes del centro del campo visual. Nervio óptico: Es el encargado de transportar los impulsos nerviosos producidos en la retina hasta el cerebro. Punto ciego: Es un punto localizado entre la retina y el nervio óptico. Se llama así porque esta zona es insensible a la luz.

Figura 2. Partes del ojo

4. Grupo óptico del ojo humano Conformado por la córnea, el iris, la pupila y el cristalino

5. Grupo foto receptor Conformado por la retina, los conos y los bastones. Es una capa compuesta por células nerviosas (los conos y los bastones). Dentro del ojo humano existen cerca de 140 millones de detectores. Conos: Los conos son unas células sensibles a la luz y por lo tanto a los colores, están concentradas en la fóvea de la retina del ojo. Aproximadamente se encuentran 6 millones de conos. Existen tres diferentes tipos de pigmentos en los conos. Cada uno de estos corresponde a uno de los mecanismos de la visión de color (Por este motivo son tres colores primarios). Se presenta una mayor sensibilidad hacia la longitud de onda de los 500 nm (luz verde azulada)

Bastones: Son células nerviosas localizadas en la retina del ojo y existen cerca de 130 millones de ellas. Estos son los responsables de la máxima sensibilidad a la luz (nos permiten ver cuando la iluminación es baja o por las noches). Presentan un pigmento visual que se conoce como rodopsina o purpura visual.

Figura. Curva de visión del ojo humano

6. Campos visuales Se le conoce como campo visual a todo aquello que abarca la mirada cuando se dirige hacia un punto fijo, cualquier punto que se mire directamente y dentro del cual se sitúan los objetos que nuestra vista alcanza. Nuestros ojos ven aproximadamente 150° sobre el plano horizontal (de las x) y con la superposición de ambos se alcanza los 180°. Sobre el plano vertical (de la y) aproximadamente son unos 130, 60° sobre la horizontal y 70° por debajo.

Figura. Campos de visión del ojo humano

7. Tipos de visión Son tres: Visión fotópica (de día), escotópica (nocturna) y mesiópica. Los conos son los encargados de la visión de color. Hay tres tipos de clases de conos. Cada uno de ellos contiene un pigmento fotosensible distinto. Los tres pigmentos tienen su máxima capacidad de absorción hacia los 430, 530 y 560 nanómetros de longitud de onda, respectivamente.

Diferentes conos Los bastones son solamente sensibles a niveles bajos de luz y por ende los encargados de nuestra capacidad de ver con ausencia de luz (visión escotópica). Este tipo de visión carece de calor, ya que una función de sensibilidad con un único espectro es ajena al calor, por lo que es monocromática.

8. Curva de sensibilidad del ojo humano Es la representación gráfica de la sensibilidad relativa del ojo humano a la exposición al color, es decir, cuando el ojo interactúa con las diferentes frecuencias del espectro que puede distinguir o también llamada luz.

5 9 14

19

19 13 24 13 2

8

22 20

18

15

6

1

4

7 16

17

23 11 21

12

10 3

Síntesis #2: La naturaleza de la luz

La naturaleza de la luz 1. La luz La luz natural es la luz emitida por el sol. La luz artificial es la que se produce mediante fuentes luminosas creadas por el mismo ser humano. Son ondas electromagnéticas capaces de provocar una sensibilidad en el ojo humano así logrando establecer el mecanismo de la visión y puede ser generada tanto por mecanismos naturales y artificiales.

2. Espectro electromagnético El espectro electromagnético representa un conjunto o rango de longitudes de onda de todas las radiaciones electromagnéticas y se mide en nanómetros. Cuando la luz se separa en sus diferentes longitudes de onda se llama le llama espectro visible. La luz es la pequeña porción de este espectro que estimula la retina del ojo humano permitiendo así poder ver los colores. Newton fue el primero en descubrir que la luz blanca es el conjunto de los colores por los que está formado el arcoíris. Realizando el experimento de hacer pasar un haz de luz blanca a través del prisma. El rango de luz visible va desde los 380 nm hasta los 780 nm.

3. El color de los objetos Distinguimos objetos por los colores asignados a sus propiedades ópticas, pero no se produce ni tienen color.

4. Graficas de distribución espectral Es la representación en forma gráfica al color de la luz emitida por un objeto. También suele representarse en forma gráfica diagramas coloreados en los cuales el eje de las abscisas indica longitud de onda y las ordenadas la emisividad en cada una de ellas. En iluminación, algunas lámparas presentan un espectro continuo, esto quiere decir, que emiten luz en todas las frecuencias del espectro visible; muchas otras solo emiten radiación en determinadas longitudes de onda, es decir, discontinuas.

5. Temperatura de color Es la propiedad de una lampara que describe el tono general de la luz que produce. Esta se relaciona con” la apariencia psicológica” ligada a la percepción de esta, tiene dos clasificaciones cálidas y frías. Tiene influencia en el estado de ánimo de las personas y las diferentes aplicaciones de la iluminación.

Escala en grados kelvin de la luz de color. 6. Índice de reproducción del color Esta es la propiedad que indica la capacidad de la luz para reproducir con fidelidad el color de los objetos. Es representada por una escala de 0 a 100, donde el 100 representa una reproducción idéntica como lo haría la luz solar (luz de día).

7. Propiedades físicas de la luz La luz se propaga por medio de ondas, sin embargo, al interactuar con la materia se comporta diferente, específicamente como un haz de partículas. Se caracteriza por tres razones fundamentales. a. Se propaga en línea recta b. Se refleja cuando llega a una superficie reflejante c. Cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro. Refracción: Es cuando la luz sufre un cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga diferente dependiendo del medio por el cual viaja. El cambio de dirección es mayor, cuanto más grande sea el cambio de rapidez, ya que la luz recorre mayores distancias en su desplazamiento por medios donde vaya más rápido. La ley de Snell es la que relaciona el cambio de ángulo con el cambio de rapidez de la luz por medio de índices de refracción de los medios. Transmisión: La luz tiene la capacidad de atravesar objetos no opacos. La transmisión la denominamos directa, esto cuando el haz de luz se desplaza en una zona transparente íntegramente y de forma línea. Se le llama difusa, si dentro de la zona interior por donde atraviesa el rayo, el haz de luz se dispersa por varias direcciones, como ocurre en materiales’ de tipo translucientes como el vidrio opaco, algunos plásticos o el papel vegetal. También se le denomina selectiva cuando ciertos materiales, vidrios,

plásticos o gelatinas coloreadas solo dejan pasar ciertas longitudes de onda y absorben las otras.

Difusión de la luz: La difusión de la luz es el índice de la luz que se ha distribuido con relación al total de la luz reflejada. La difusión de la luz puede reducir de forma significativa el resplandor y deslumbramiento de las diferentes superficies y objetos de una estancia. Un material difusor dispersa y suaviza la luz que lo atraviesa. En este tipo de luz todos los rayos se dirigen en alguna dirección diferente, haciendo que pierda fuerza. Es de mucha utilidad cuando se busca...