Luz
03 dic, 2012
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PRESENTACIÓN: La retina tiene tres receptores para la luz coloreada con diferente sensibilidad al rojo, verde y azul. Si se estimulan éstos al mismo tiempo la combinación crea la sensación de color blanco.
- Demonstrating additive primary colors, R. D. Edge, Phys. Teach. 22, 320 (1984)
- Recombination of spectral colors, Fred T. Pregger, Phys. Teach. 20, 403 (1982)
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La retina de los vertebrados es un tejido sensible a la luz situado en la superficie interior del ojo. Es similar a una tela donde se proyectan las imágenes. La luz que incide en la retina desencadena una serie de fenómenos químicos y eléctricos que finalmente se traducen en impulsos nerviosos que son enviados hacia el cerebro por el nervio óptico.
La retina tiene una estructura compleja. Está formada básicamente por varias capas de neuronas interconectadas mediante sinapsis. Las únicas células sensibles directamente a la luz son los conos y los bastones. La retina humana contiene 6.5 millones de conos y 120 millones de bastones. Los bastones funcionan principalmente en condiciones de baja luminosidad y proporcionan la visión en blanco y negro, los conos sin embargo están adaptados a las situaciones de mucha luminosidad y son los que detectan estos 3 colores, que combinados de distintas formas dan resultado al resto.
Si giramos el ventilador con los 3 colores observamos como el resultado es la formación de los colores. Variando la frecuencia de giro podemos obtener blanco, los 3 colores, o todos los colores a la vez.
Me parece un experimento curioso y que si se disponen de los medios, se realiza rápido y podría ser empleado además de en asignaturas de ciencia, también en plástica y dibujo.
Me parece un experimento fácil de llevar a cabo. Partiendo del comentario de Javier me gustaría introducir a un animal maravilloso, la mantis marina que en comparación con los humanos tiene 12 tipos de receptores para los colores. Sería maravilloso llegar a imaginar el espectáculo de colores que veríamos si pudiéramos preparar un ventilador con los colores que este animal es capaz de diferenciar y verlos por nosotros mismos.
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Este experimento es muy interesante y fácil de montar. Tal y como se explica en la presentación del video la retina tiene tres receptores para la luz coloreada con diferente sensibilidad al rojo, verde y azul. Ahora bien, que ocurre cuando no se pueden distinguir bien los colores? Este defecto se denomina daltonismo y se debe al fallo de los genes encargados de producir los pigmentos de los conos (células sensibles a la luz que se encuentran situadas en la retina de los vertebrados). Así, dependiendo del pigmento defectuoso, la persona confundirá unos colores u otros. Por ejemplo si el pigmento defectuoso es el del rojo, el individuo no distinguirá el rojo ni sus combinaciones.
Este defecto puede ser detectado mediante test visuales específicos como las cartas de Ishihara. En el siguiente vídeo puede verse un ejemplo de este test.
Los animales con ojos compuestos, como los insectos u otros artrópodos, tienen una visión del color diferente a la de los animales que poseemos ojos en cámara.
En los animales con ojos en cámara la recepción del color es llevada a cabo por los conos, como ya se ha explicado en comentarios anteriores. Sin embargo, los animales con ojos compuestos no disponen de este tipo de células fotorreceptoras, sus ojos están formados por un número variable de omatidios que generarán una imagen combinada en forma de mosaico.
Estos omatidios poseen principalmente dos tipos de receptores de color, uno que detecta el azul y el ultravioleta y otro que detecta el verde y el amarillo. Los insectos por lo tanto son muy sensibles al ultravioleta pero prácticamente incapaces de distinguir el rojo.
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La luz blanca está compuesta por una serie de colores caracterizados por una longitud de onda determinada, y son: el rojo, el naranja, el amarillo, el verde, el azul, el añil y el violeta. Uno de los efectos que presenta la luz blanca es el de la dispersión de los colores que la componen, cuando incide con un ángulo determinado desde un medio en otro cuya densidad es diferente al primero. Como consecuencia de la diferencia de longitudes de onda, la luz de los diversos colores se propaga con velocidades distintas y ángulos de difracción diferentes, lo cual da lugar a la separación de la luz blanca en el espectro continuo.
Por otro lado, la percepción que tenemos del color depende del cerebro y del sistema ocular de cada persona, en concreto, podemos medir con toda exactitud la longitud de onda de un color determinado, pero el concepto del color producido por ella es totalmente subjetivo, dependiendo de la persona en sí. El ojo humano básicamente es una esfera de 2 cm de diámetro que recoge la luz y la enfoca en su superficie posterior. En el fondo del ojo existen millones de células especializadas en detectar las longitudes de onda procedentes de nuestro entorno. Estas células, principalmente los conos y los bastoncillos, recogen las diferentes partes del espectro de luz solar y las transforman en impulsos eléctricos, que son enviados luego al cerebro a través de los nervios ópticos, siendo éste el encargado de crear la sensación del color. Los conos son los responsables de la visión del color y se cree que hay tres tipos de conos, sensibles a los colores rojo, verde y azul. Por otro lado los bastones no son sensibles al color, sin embargo, son mucho más sensibles que los conos a la intensidad luminosa, por lo que aportan a la visión del color aspectos como el brillo y el tono, y son los responsables de la visión nocturna.
Pero, ¿por qué se forma el arco iris? o ¿Por qué el cielo es azul? algunas de estas preguntas pueden ser realizadas por los alumnos durante la explicación de alguno de los conceptos anteriores. Podría explicarse que en el arco iris la luz solar es refractada y dispersada por las gotas de lluvia y que el color azul del cielo se debe a la dispersión de la luz solar que se difracta en las moléculas de la atmósfera. Sin embargo, estos conceptos, pueden resultar difíciles de entender sin el apoyo de un experimento en el que se vea claramente la superposición de luces de diferentes colores o el fenómeno de la dispersión de la luz, como en el experimento del vídeo.
El disco giratorio coloreado de Newton demostró que la luz blanca está formada por los colores del arco iris. Newton observó que al hacer atravesar un haz luminoso por una lente, siempre existen variaciones de color alrededor de la imagen transmitida. A esta coloración, generada por los diferentes focos luminosos a los que se ve expuesta la lente, se la denomina dispersión de la luz.
Asimismo, comprobó que si hacía pasar un haz luminoso por un prisma, la luz blanca se descomponía en una serie de colores brillantes (arco iris) que denominó espectro solar. De esta experiencia dedujo que si la luz blanca se podía descomponer en los colores del arco iris, combinando éstos se podría volver al color blanco.
El disco giratorio de color está dividido en sectores pintados con los colores del espectro visible. Al hacerlo girar a gran velocidad se puede observar como estos colores desaparecen, tomando una tonalidad blanca, más brillante cuanto mejor se haya hecho la proporción de colores. Se trata de una integración temporal de colores!
Me parece un experimento muy visual y fácil de hacer en clase. Podría ser interesante para realizar un proyecto común entre los profesores de física, biología y plástica, ya que el primero podría utilizar el experimento para explicar la física de la luz, el segundo para hablar sobre el ojo humano y su funcionamiento, y el tercero para explicar la obtención de distintos colores al ser mezclados.
En la experiencia se demuestra como el ojo humano es sensible a la luz visible, parte del espectro electromagnético que se puede descomponer en tres colores, cada uno correspondiente a una longitud de onda: azul violáceo, verde y rojo anaranjado. Cuando los receptores para cada uno de estos colores se estimulan al mismo tiempo lo que vemos es la luz blanca, y vemos diferentes colores por la combinación de diferentes grados de recepción. La tecnología emula el comportamiento del ojo humano para generar colores. En el sistema de síntesis aditiva (RGB), utilizado en pantallas de ordenadores, escáneres o la televisión, los colores se forman combinando los colores primarios: rojo, verde y azul. Cuando se mezclan entre sí por parejas forman los secundarios (magenta, cian y amarillo), la suma da lugar al blanco y la ausencia al negro. En las impresoras, el cine, o la fotografía, sin embargo, se utiliza el sistema de síntesis sustractiva CMYK, que utiliza el negro y los tres colores secundarios. Pero además, también se han desarrollado tecnologías que nos permiten “ver” más allá del rango del percepción del ojo humano, en longitudes de onda mayores o menores que la luz visible. Algunos ejemplos son las cámaras ultravioletas o los sensores infrarrojos. Muchos de estos sensores se han instalado en satélites que nos permiten obtener información muy valiosa sobre el medio ambiente.
Este es un experimento sencillo que abarca gran cantidad de conceptos y se le puede sacar mucho rendimiento.
En primer lugar, para la asignatura de física y química de 4º de ESO, se puede emplear en el estudio de las características de las ondas electromagnéticas y el estudio de las características, tales como longitud de onda, de cada uno de los colores del espectro visible.
También se puede emplear para estudiar los sistemas de recepción de color del ojo, y las ilusiones ópticas que este crea al variar la frecuencia con la que giran los colores.
Si además de discos de colores en movimiento se lleva a cabo un experimento empleando fuentes de luz de distintos colores, se puede estudiar como estos se combinan entre si y estudiar los colores primarios, secundarios y complementarios.
Este experimento es realmente simple, y se podría realizar de múltiples formas, por ejemplo tal y como se explica en el siguiente vídeo, donde el disco de colores se podría realizar cambiando y combinando diferentes colores. Alternativamente también se podrían utilizar diferentes focos de luz LED con diferentes colores, tal y como se explica en este otro vídeo, obteniendo un resultado muy vistoso de qué ocurre cuando se combinan los colores primarios.
Como indican máis arriba, cando pasamos das cores na luz ás cores nos pigmentos debemos utilizar o modelo da síntese substractiva da cor. Onde as cores primarias e secundarias da luz intercambian os seus roles xerárquicos e xeracionais e a cor obtida ó mesturalos todos é o negro. A historia dos pigmentos e logo das cores nos inicios da fotografía, cine, televisión, computadoras e consolas é un bo aderezo á hora de aprender coñecementos trasversais de moitas disciplinas (arte, historia, química, física, xeoloxía, bioloxía…). Exemplos: Tinte das túnicas dos frades, carmín ou colorante alementario E-120, bermellón, índigo, púrpura de Tiro, ametrino…
Como se comentou anteriormente a capacidade do ollo humano de percibir as cores débese a existencia na retina dunhas neuronas especializadas denominadas fotorreceptores, capaces de trasducir a enerxía lumínica nun impulso nervioso grazas a presenza de pigmentos no seu extremo externo. Diferéncianse dous tipos celulares: os bastóns (celúlas especializadas na visión en condicións de baixa luminosidade) e os conos (especializados na visión diurna). Dentro destes últimos existen 3 subtipos: conos vermellos, verdes e azuis; segundo conteñan eritropsina (pigmento sensible a lonxitudes de onda longas), cloropsina (sensibles a lonxitudes de onda medias) e cianopsina (pigmento con maior sensibilidade para lonxitude de onda pequena) respectivamente.
Da combinación da activación destas células deriva a percepción da cor, polo que, como se comentou tamén con anterioridade, se se produce un defecto xenético na presenza das mesmas atoparémonos cunha discromopatía denominada daltonismo.
Dentro do daltonismo distínguese diferentes tipos:
– Acromático: a ausencia de conos proporciona unha visión en escala de grises.
– Monocromático: existen conos dun único tipo.
– Dicromático (máis frecuente): está afectado só un tipo de pigmento. Dentro desta clase distinguimos a deuteranopia (afectación de conos verdes), protanopia (afectación de conos vermellos) e tritanopia (afectación dos conos azuis).
– Tricomátrico anómalo: posúense os 3 tipos de conos pero existen anomalías funcionais que impiden a visualización “correcta” das cores.
Cunha variante da actividade presentada que consiste no emprego de 3 lámpadas (vermella, verde e azul) poderemos levar a cabo na aula unha demostración de como perciben as cores as persoas con discromopatías. Ademáis, poderemos empregar simuladores para que observen dita alteración nunha imaxe real.
Muy interesante haber aprendido que los colores primarios cuando sumamos colores no son el magenta, cian y amarillo… En el siguiente enlace nos dan información acerca de la teoría del color.
Pintando de rojo verde y azul, las aspas de un ventilador. Al ponerlo en marcha según la velocidad se aprecian diferentes fenómenos, como la luz blanca.
Me parece una práctica muy enriquecedora sobre todo para la asignatura de plástica o tecnología. También es muy importante comprender esto para la fotografía y edición en photoshop pues hay ajustes de color RGB.
En el siguiente enlace podemos encontrar una simulación del proyecto PhET de la Universidad de Colorado relacionada con el vídeo que se muestra en esta entrada. A través de la simulación denominada “Color Visión”, los alumnos pueden aprender explorando sobre la percepción de la luz o determinar qué color ve la persona en diversas combinaciones de luz roja, verde y azul.
Como percibimos a cor está determinad polo noso órgano da visión: o ollo humano. Este, ten tres tipos de células sensitivas a cor, que captan diferentes bandas de cor ou lonxitudes de onda. Unha delas capta a banda vermella, outra a azul e outra a amarela. De forma, que os demais cores vense debido a estimulación de varias células sensitivas centradas en diferentes bandas. Pois o noso cerebro ao combnar señais das diferntes células permítenos percibir cores como marrón, o verde ou o rosa.
As persoas que non teñen algunhas destas céluas e como consecuencia erciben as cores dun xeito diferente padecen o daltonismo. Neste vídeo, mostranse diferentes imaxes coas cores normais e logo como un daltónico as vería.
La comprensión acerca del concepto del color me parece algo muy difícil de adquirir teóricamente, habiendo en general una base de conocimiento muy baja en la población acerca de este tema. Esta clase de experimentos donde vemos experimentalmente la formación de la luz blanca a partir los tres colores del disco me parece algo muy instructivo y llamativo. Además, este concepto es aplicable a muchas materias, como plástica o biología, pudiendo explicar el funcionamiento del ojo humano y de los demás tipos de ojos, pudiendo establecer diferencias de visión a partir de los conos presentes y de las longitudes de onda absorbidas. Este vídeo me parece también muy explicativo e interesante.
En este video se explica de qué se compone la luz blanca, pero ¿cómo se compone la luz negra? En el siguiente enlace se explica cuál es la composición de las sombras con un breve experimento.
La visión ha evolucionado de formas muy diferentes en los distintos seres vivos, por ejemplo, los mosquitos pueden ver dentro del rango de infrarrojos, las mariposas pueden ver la luz ultravioleta, o las palomas son uno de los animales que más tonalidades perciben.
Otra alternativa para poder explicar este concepto de la percepción del color fácilmente, es a través del software Photoshop. En este vídeo observamos como se perciben los colores utilizando RGB o CMYK. Además, resultaría muy interesante aplicar este tipo de prácticas para introducir al alumnado en materias relacionadas con el diseño.
En canto o alumnado comprenda que os seres humanos so detectamos tres cores e as súas intensidades, podemos explicar entón cómo funciona una pantalla, e como funciona cada píxel individual. Podemos usar unha lente ou unha foto con moito zoom para inspeccionar píxeles individuais. Desta forma, poden comprender que as imaxes creadas con luz de espectro contínuo vese (case) igual que unha imaxe no teléfono usando so tres cores, porque realmente o noso ollo so ten tres receptores de cor. Realmente os nosos ollos so poden transmitir a noso cerebro a información de forma simplificada; os nosos ollos so poden enviar tres sinais diferentes.
A non percepción correcta destas cores nunha persoa pódese diagnosticar mediante o test de Ishirara. É unha proba sinxela mediante tarxetas que representan números «escondidos» sobre unha mostrabase de cor.
Pintando de rojo verde y azul, las aspas de un ventilador. Al ponerlo en marcha según la velocidad se aprecian diferentes fenómenos, como la luz blanca. Me parece una práctica muy enriquecedora sobre todo para la asignatura de plástica o tecnología. Interesante explicación de los colores, con los focos en clases.., así como la de girar las pelotas con la luz apagada. Muy recomendable para niños de corta edad.., 1ºEso.
En este proyecto se visualiza la sensibilidad a la luz visible por parte del ser humano. Gracias a la tecnología podemos ver como el ojo humano puede generar colores, muy interesante. Los colores, como ya sabemos, se forman combinando los 3 primarios (azul, rojo y verde). Al mezclarlos entre sí se forman los secundarios (magenta, amarillo y cian). Esto me recuerda a la “chuleta” que nos enseñó Benito en clase. A parte de esto, se han formado diferentes tecnologías que nos permiten observar más allá del ojo de una persona, como por ejemplo los infrarrojos o la luz ultravioleta. Está claro que la capacidad de percibir los diferentes colores es gracias a nuestro órgano de visión: el ojo formado por 3 células. La ausencia de alguna de estas puede crear percepciones erróneas en los colores o incluso padecer daltonismo.
En el siguiente video a través de linternas de la gama RGB se muestra como al mezclarse se vuelve luz blanca. También se enseña cómo aparecen los colores secundarios YMC.
¡¡¡Increíble!!! Me pregunto cómo los perros verían este ventilador… al tener sólo dos receptores de color, ¿verían el color blanco o verían algún otro color? Sería interesante usar este método para enseñar la teoría del color a niños pequeños, utilizando un ventilador con 4 aspas y alternando los colores a mezclar (por ejemplo azul-amarillo-azul-amarillo).