Astronomia

Uma pergunta [muito básica?] Sobre dispersão de luz e cores

Uma pergunta [muito básica?] Sobre dispersão de luz e cores



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Desde a noite de dois dias atrás, a lua aqui em Israel parece ser laranja à medida que surge e, então, torna-se gradualmente branca à medida que continua viajando pelo céu.

Este fenômeno ocorre em um grande momento, pois estou começando a me interessar por astronomia (eu tenho não conhecimento especial em astronomia, apenas para esclarecer). Então eu pesquisei e encontrei esta explicação.
Vou tentar resumir: ele diz que isso acontece por causa da atmosfera da Terra, que tende a espalhar comprimentos de onda curtos (como azul e verde) e deixar passar comprimentos de onda longos (como vermelho e laranja). Quando a lua nasce, está na posição em que a luz que sai de nossos olhos atravessa a camada mais espessa da atmosfera (ao contrário de quando está no alto no céu noturno) e isso dá o efeito laranja. Eu entendi totalmente essa explicação, mas ela levanta algumas questões para mim, cujas respostas eu não consegui encontrar. Talvez voce possa me ajudar.

  1. Por que o fenômeno da lua laranja não ocorre o tempo todo?
    Isso não acontece com frequência. O que há de tão especial nas últimas três noites? Quer dizer, a luz da lua nascente sempre tem que passar por uma espessa camada de atmosfera, não é?
  2. Talvez isso não seja totalmente astronômico, mas, para completar o quadro geral - por que nossa atmosfera espalha comprimentos de onda curtos?
  3. Esta explicação sugere que toda luz que chega até nós do sol é (pelo menos) ligeiramente avermelhada. Isso é mensurável (se verdadeiro)? Porque, a olho nu, a luz do sol refletida por um prisma não mostra tendência para o vermelho.

Obrigado pelo seu tempo lendo a pergunta, espero que você possa me resgatar da minha ignorância ...


  1. Pode haver um efeito particular. A fumaça de incêndios florestais ou cidades, poeira fina na atmosfera, etc. podem ter o efeito de fazer a lua parecer mais vermelha. No entanto, é provavelmente um exemplo de viés de observação. Você notou que a lua parecia laranja e nas noites subsequentes você estava procurando por esse efeito. Na verdade, isso acontece a cada ascensão da lua. Você simplesmente não percebeu isso antes (ou se percebeu, não causou impressão suficiente em você).

  2. Existem duas formas de espalhamento aplicáveis. Dispersão de Rayleigh e dispersão de Mie. Também há absorção de algumas cores. O espalhamento de Rayleigh ocorre quando a onda eletromagnética que é luz faz com que as moléculas do ar ajam como pequenos dipolos elétricos. A luz então reflete dessas moléculas eletricamente ativas. Os comprimentos de onda mais curtos são afetados mais do que os mais longos.

  3. A luz emitida pelo sol é ligeiramente amarela. É ligeiramente avermelhado ao se espalhar pela atmosfera. No entanto, ele ainda contém uma mistura de todas as cores visíveis e, portanto, um prisma ainda mostrará um arco-íris completo. O avermelhamento não é aparente a olho nu, mas pode ser medido por instrumentos.


Além dos argumentos da resposta anterior e dos comentários, considere o seguinte.

1) a lua nascente nem sempre é o mesmo laranja ou vermelho simplesmente porque depende da altura do sol, como deve ficar claro se a dispersão for levada em conta (ver ponto 2). Este é o principal motivo / resposta à sua pergunta principal.

2) por aproximação, a intensidade do espalhado depende inversamente da quarta potência do comprimento de onda. Essa dependência é o que amplifica as diferenças entre a luz do sol que atinge nossos olhos diretamente (ou "reta, mas refletida" pela lua) e a luz que foi difundida primeiro. Uma explicação fácil, mas correta, para a relação dez para - 4 é fornecida pela Wikipedia em dispersão de Rayleigh.

3) Não negligencie a resposta de nossos olhos. Não é linear em termos de intensidade nem a sensibilidade é a mesma em comprimentos de onda diferentes. O que quer que você olhe, na atmosfera ou fora dela, parecerá diferente para um espectrômetro. O número máximo de fótons emitidos pelo Sol está na região que percebemos como verde, por exemplo. Isso é verdade tanto no espaço quanto depois de passar pela atmosfera.


Espalhamento Atmosférico

Rayleigh scatter ocorre quando a radiação (luz) interage com moléculas e partículas na atmosfera que são menor em diâmetro do que o comprimento de onda da radiação de entrada. Os comprimentos de onda mais curtos são mais facilmente dispersos do que os comprimentos de onda mais longos. A luz em comprimentos de onda mais curtos (como luz visível azul e violeta) é espalhada por pequenas partículas que incluem NO2 e O2. Como a luz azul está na extremidade do comprimento de onda curto do espectro visível, ela é mais fortemente espalhada na atmosfera do que a luz vermelha de comprimento de onda mais longo. A dispersão de Rayleigh é responsável pela cor azul do céu. A dispersão de Rayleigh também pode produzir neblina nas imagens. Na fotografia aérea, filtros especiais são usados ​​para filtrar a dispersão da luz azul para reduzir a neblina. Em imagens digitais, existem diferentes técnicas usadas para minimizar os impactos da dispersão de Rayleigh.

Ao amanhecer e ao pôr-do-sol, a luz solar incidente percorre uma distância maior (comprimento do caminho) através da atmosfera. O caminho mais longo leva à dispersão dos comprimentos de onda curtos (azuis) que são tão completos que vemos apenas os comprimentos de onda mais longos da luz, o vermelho e o laranja. Na ausência de partículas e dispersão, o céu pareceria preto.

Fonte da imagem: Princípios de Sensoriamento Remoto (Tempfli et al.)


Pergunta básica sobre dispersão e compreensão de cores

Os sólidos obtêm sua cor a partir de sua estrutura molecular.
Parte da luz visível que atinge o objeto é absorvida (e irradiada novamente como cabeça - que você não pode ver).
O resto da luz visível é espalhada. a cor difusa, que você está acostumado a pensar como a cor do objeto, é o resultado daqueles comprimentos de onda que se espalham pela superfície.

Mas você está correto, há mais coisas para colorir do que o modelo simples que você tem.

Não, a menos que seja feito de vidro ou algo parecido, que pode ser sólido e espalhar luz.

Para absorver a radiação em uma determinada frequência, deve haver uma transição de energia correspondente para uma partícula no material. Para emitir radiação em uma determinada frequência, também deve haver uma transição correspondente. Este é um resultado da equação de energia do fóton ## E = frac<λ>##. A física quântica nos diz que pode haver uma escassez de estados disponíveis em alguns níveis de energia. Pode até haver vazios completos em alguns níveis de energia. Isso é previsto por soluções da equação de Schrõdinger dentro do material. Este cálculo pode ser feito para alguns cristais, mas em geral não é facilmente realizado.

Se os estados forem raros em certos níveis de energia, algumas transições serão mais comuns do que outras. Isso significa que um material pode ser melhor na absorção de alguns comprimentos de onda e não tão bom em outros. Da mesma forma, o material pode emitir melhor alguns comprimentos de onda quando é aquecido.

Os sólidos obtêm sua cor a partir de sua estrutura molecular.
Parte da luz visível que atinge o objeto é absorvida (e irradiada novamente como cabeça - que você não pode ver).
O resto da luz visível é espalhada. a cor difusa, o que você está acostumado a pensar como a cor do objeto, é o resultado daqueles comprimentos de onda que se espalham pela superfície.

Mas você está correto, há mais coisas para colorir do que o modelo simples que você tem.

& quotindigo & quot, foi a cor adicionada - é o nome de uma planta da qual você obtém uma espécie de dado azul.
Sempre pensei nisso como uma espécie de colocação de produto. embora provavelmente fosse mais porque havia algum tipo de modismo índigo na gravata que ele estava nomeando as cores.
https://en.wikipedia.org/wiki/Indigo

otoh: magenta é, notoriamente, uma cor que não corresponde a um comprimento de onda da luz - o que significa que temos que distinguir entre a experiência humana da cor e as propriedades que dão origem a ela. Magenta é a resposta do olho / mente à ausência de luz verde de uma fonte razoavelmente branca, ou seja, é um artefato do sistema visual humano em funcionamento. A experiência do magenta é o que nos permite desenhar rodas de cores quando o espectro eletromagnético não funciona assim.

O que eu disse sobre a luz visível também se aplica à luz não visível. ou seja: todo o espectro eletromagnético. No entanto, a situação fica mais complicada do que apenas a cor de algo. ou seja, raios gama se dispersam da matéria. mas também fazem outras coisas e podem ter interações nucleares mais do que moleculares ou atômicas. De qualquer forma, perguntas sobre cores geralmente são mais sobre o sistema visual humano do que sobre comprimentos de onda. Incluí esta parte apenas para dar uma ideia do quão grande o assunto pode se tornar.


(esta questão do exame) A cor branca da nuvem é devida a: (1) reflexão de sete cores de luz (2) refração de sete cores de luz (3) dispersão de sete cores de luz (4) absorção de sete cores de luz

Percebemos um objeto quando os raios de luz (com algumas cores) de um objeto atingem nossos olhos.

Quando os raios de luz, de uma fonte do nosso lado, são refletidos de um objeto, nossos olhos veem o objeto. É como uma camisa branca ou uma parede branca.

Quando os raios de luz do outro lado do objeto são refratados desse objeto, vemos esse objeto. Isso é para um painel de vidro nas janelas, carros etc.

Quando a luz de pequenas gotas de água na nuvem espalha os raios de luz em todas as direções, esses raios alcançam nossos olhos e então vemos as nuvens. As nuvens não são transparentes, o que significa que não refratam os raios. Eles apenas espalham os raios de luz em todas as direções. Como as nuvens são brancas (dadas), todos os raios coloridos alcançam nossos olhos.


Uma pergunta [muito básica?] Sobre dispersão de luz e cores - Astronomia


Bem, isso não é totalmente verdade. Mesmo algo tão pequeno quanto as moléculas de ar podem espalhar a luz. Não fomos capazes de ver a luz do laser sendo espalhada pelo ar porque a luz espalhada era muito fraca. Se o feixe de laser fosse mais intenso ou se pudéssemos adicionar mais moléculas ao ar da sala, poderíamos ver a luz do laser sendo espalhada pelo ar.

A luz solar é muito intensa e quando brilha em toda a atmosfera, onde há muito ar, podemos ver a dispersão do sol. A atmosfera também contém partículas e nuvens que espalham a luz do sol.

Vamos considerar tudo isso agora. Mas primeiro veremos o que aconteceria, o que você veria se a Terra não tivesse uma atmosfera.

Se você fosse lá fora e olhasse para o sol (você não deveria fazer isso, claro), você veria um sol brilhante contra um fundo preto. Você veria o sol porque está olhando na direção de um dos raios de luz que vem do sol. Seria como colocar sua cabeça no final do feixe de laser na demonstração do outro dia e olhar para trás em direção ao laser.

Se você desviar o olhar do sol e olhar para o céu, não verá nada. O céu pareceria preto. Isso porque não há nada para espalhar ou redirecionar a luz do sol. É como quando você não conseguia ver o feixe de laser enquanto ele viajava pela frente da sala de aula. Você não podia ver o feixe, a menos que algo fosse colocado nele para espalhar parte da luz do laser.

Para lhe dar uma ideia de como seria o céu negro, aqui está uma famosa fotografia da Terra tirada na véspera de Natal (24 de dezembro de 1968) pelos astronautas da Apollo 8 enquanto eles orbitavam a lua (fonte desta imagem).



O sol está obviamente brilhando na foto, podemos vê-lo sendo refletido pela superfície da lua e da terra à distância. A luz do sol também brilha através do espaço entre a lua e a terra, mas não há nada lá para espalhar a luz. Então você vê o preto que é como o céu seria se a terra não tivesse uma atmosfera.

Antes de darmos o próximo passo, precisamos lembrar que a luz branca é, na verdade, uma mistura de violeta, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho.



Na próxima foto, adicionaremos uma atmosfera. Apenas moléculas de ar, sem partículas ou nuvens.



Violeta tem o comprimento de onda mais curto e é a mais espalhada. No entanto, não há tanto violeta na luz do sol quanto o azul e o verde. Há muita luz verde na luz do sol (mais do que qualquer outra cor, na verdade), mas ela não é espalhada tão facilmente quanto o azul. Portanto, o resultado final é que vemos uma luz azul vinda do céu. É por isso que o céu é azul. Quando o ar está limpo (sem partículas), o céu fica com uma cor azul profunda.
A resposta de nossos olhos também está envolvida, aqui está um pouco mais de explicação.

Tivemos o cuidado de não olhar diretamente para o feixe de luz laser na demonstração em classe. É muito intenso e pode prejudicar nossos olhos. O mesmo é verdade para o sol. Não olhamos diretamente para o sol. É seguro olhar para a luz espalhada que vem do céu. É muito mais fraco, apenas uma pequena porção do feixe de luz solar intensa é espalhada.

Em nossa próxima imagem, adicionaremos uma nuvem à imagem. Como vimos na demonstração do laser, gotículas de nuvem e cristais de gelo são bons dispersores de luz. No entanto, gotículas de nuvens e cristais de gelo são muito maiores do que as moléculas de ar. Por causa disso, eles espalham todas as cores em quantidades iguais.


Quando a luz branca atinge uma nuvem, a luz branca é espalhada e refletida. É por isso que as nuvens são brancas (com alguns tons de cinza misturados se a nuvem for espessa). Quando você olha para uma nuvem, você vê uma nuvem branca (a luz do sol sendo espalhada por gotículas de nuvem) cercada por um céu azul (a luz do sol sendo espalhada pelas moléculas de ar).

E quanto a partículas? As partículas são muito maiores do que as moléculas de ar e um pouco menores do que as gotículas de nuvem. Eles espalham a luz da mesma forma que as gotículas de nuvens e os cristais de gelo. A luz espalhada pelas partículas é branca.



Aqui está uma boa ilustração da luz do sol sendo espalhada por partículas. Deve haver muita poeira e partículas no ar nesta fotografia porque você pode ver os raios de sol brilhando através das janelas da cúpula da Basílica de São Pedro (Cidade do Vaticano). Observe que a luz espalhada é branca. (fonte desta imagem) Você pode ver algo assim ao ar livre quando a luz do sol brilha através de fendas ou buracos nas nuvens, os feixes de luz são chamados de raios crepusculares.


E se você particulados e arejar juntos? O que você vê agora quando olha para o céu? Depende de quanto material particulado está no ar. Quando o ar está limpo e não contém muitas partículas, o céu é de um azul profundo. Você está vendo apenas a luz do sol sendo espalhada por moléculas de ar. Conforme a concentração de partículas aumenta, você mistura mais e mais luz branca. A cor do céu pode mudar de um azul profundo para um azul esbranquiçado quando a concentração de partículas é alta.

Como você aprendeu um pouco sobre a dispersão da luz, pode entender por que as partículas afetam a visibilidade


Nesta primeira foto começamos com ar limpo. Quando olhamos para uma montanha, vemos a luz que é refletida no solo e nas árvores da montanha (mostrado à esquerda acima). Eu pintei este reflexo de verde claro e marrom. Quando você olha para a montanha, ela é verde e marrom (figura à direita acima).


Agora vamos adicionar algumas partículas. Quando você olha para a montanha, você vê luz marrom e verde mais alguma luz branca que vem da luz do sol sendo espalhada pelas partículas (a luz branca é amarela na figura à esquerda). Alguns pontos brancos de luz foram sobrepostos à vista da montanha à direita.



Ainda mais partículas. Agora, a luz branca do espalhamento das partículas começa a dominar. Eventualmente, torna-se difícil até mesmo distinguir a montanha por causa de toda a luz espalhada. A luz da montanha também se transforma em partículas em seu caminho em direção aos seus olhos e é redirecionada para que você não a veja. É claro que havia uma licença artística considerável usada nesta ilustração.
Você pode pensar que, quando o ar está limpo, a visibilidade pode ser ilimitada. Esse não é o caso. Espalhamento da luz solar por moléculas de ar sozinho coloca um limite na visibilidade. A figura a seguir tenta explicar por que isso acontece.


Conforme a montanha se afasta, você começa a ver quantidades crescentes de luz azul (luz do sol espalhada por o ar entre você e a montanha) sendo adicionado à luz refletida marrom e verde. Isso ocorre porque há mais ar entre você e a montanha. A montanha na faixa média agora aparece em marrom, verde e azul. Conforme a montanha se afasta ainda mais, a quantidade de luz azul do céu aumenta e a luz verde e marrom da montanha enfraquece. A montanha mais distante na foto acima agora está azul. Eventualmente, a montanha fica tão longe que você só vê a luz azul do céu e nenhuma luz refletida pela própria montanha. A montanha sumiu de vista.

Aqui está uma fotografia das Montanhas Azuis na Austrália (fonte desta imagem)







Quando os raios de sol percorrem um caminho mais longo pela atmosfera, pode ocorrer uma dispersão muito maior. Com espalhamento suficiente, quase todos os comprimentos de onda mais curtos podem ser removidos do feixe de luz solar original. Isso transforma a luz não dispersa em laranja ou vermelho e é mostrado no Ponto 4 acima.


Aqui está uma exposição múltipla bastante impressionante, mostrando a mudança de cor do sol poente (fonte da imagem) Observe também que a luz não espalhada se torna menos intensa à medida que o sol se aproxima cada vez mais do horizonte (mesmo assim, você não deve olhar diretamente para o sol).

Não é necessário arriscar olhar diretamente para o sol para observar como sua cor muda à medida que se põe. Em vez disso, você pode apenas olhar para a luz do sol que é refletida pelas nuvens perto do horizonte.



Como a luz do sol que atinge as nuvens no pôr do sol (ou nascer do sol) é laranja ou vermelha, as próprias nuvens aparecerão laranja ou vermelhas.


Na página de links, reunimos referências a alguns sites interessantes e úteis da Internet.

Juntando tudo isso: o brilho da fonte de luz e quão bem ela é colimada são importantes, mas a verdadeira resposta à sua pergunta está em fatores externos à fonte de luz. O feixe de luz não para - fica cada vez mais difícil de ver e, eventualmente, desaparece no fundo.
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Tanto a mudança de direção quanto a reflexão surgem porque as propriedades ópticas do vidro e do ar são diferentes. No entanto, as propriedades ópticas do óleo são muito mais semelhantes às do vidro, de modo que esses efeitos são menos importantes. Portanto, um objeto de vidro no óleo de cozinha é difícil de ver. E se você escolher o vidro pirex (e não o vidro "macio" mais comum) e o óleo de cozinha Wesson (e não qualquer coisa fora da prateleira), o fósforo se torna extremamente bom. Não há reflexo na superfície e a mudança de direção é muito leve - o objeto é quase invisível.

A parte do bastão de vidro que ainda está no ar é tão visível como sempre, pois ali a luz está se movendo do ar para o vidro e vice-versa. Parece que termina abruptamente ao entrar no óleo.O recipiente parece estar cheio de óleo - porque está cheio de material que tem as mesmas propriedades ópticas (especificamente, o mesmo índice de refração).
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Você aponta sua lanterna para a estrela vermelha e, um segundo depois, muda para a estrela roxa. Viajando à velocidade da luz, leva um ano para os sinais chegarem às estrelas. Uma estrela pisca e, 1 segundo depois, a outra estrela pisca. Portanto, a sombra (ou o fim do feixe de luz) pode se mover 1/2 ano-luz em um segundo. Mas essa não é uma maneira da estrela vermelha dizer qualquer coisa à estrela roxa em 1 segundo - tudo o que as pessoas roxas descobrem é que você decidiu apontar uma lanterna para elas, um ano atrás.

Se a lua fosse um espelho perfeito, orientado para refletir toda a luz em direção à terra, a luz da lua ainda seria menos brilhante do que a luz do sol, porque a terra é maior que a lua. Mas, na verdade, a lua reflete a luz do sol que atinge todas as direções, apenas uma pequena parte da luz do sol é redirecionada para a terra. Finalmente, a lua absorve a maior parte da luz que a atinge (uma rocha lunar é, na verdade, quase preta).
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Meu comentário: "Tirando uma foto com flash através de uma janela"
Eu estava assistindo um amigo gravar uma música em um estúdio de gravação e decidi tirar algumas fotos com flash através do vidro. Uma senhora no estúdio me disse que era fotógrafa profissional e que eu não conseguiria tirar fotos com flash através do vidro. Lembrei-me do que tinha aprendido sobre a forma como a luz reflete na seção de espelhos do Oficina Virtual sobre Luz, e perguntei a ela se faria alguma diferença se eu atirasse em um ângulo em vez de em frente. Ela disse que provavelmente não faria nenhuma diferença. Eu a ignorei e virei minha câmera. Eu tenho as fotos para provar que isso funciona. Eu também tenho algumas fotos ruins para provar que isso não funciona.
Comentários de Joe Esta é uma boa aplicação para entender como os espelhos funcionam. Cerca de 5% da luz que atinge a superfície do vidro é refletida de volta - e 5% da saída total do flash é muito mais brilhante do que a cena que você está tentando fotografar. Colocar a mão ou um protetor de papel preto para bloquear todos os caminhos possíveis do flash até a câmera (refletindo no vidro) também pode ser uma boa ideia.
Aqui estão duas fotos que tirei pela porta da frente. Por um lado, eu estava o mais perto da janela de vidro que pude chegar, enquanto por outro eu me afastei 20 centímetros.

Na segunda foto você pode ver o reflexo do flash, bem como o reflexo da casa do outro lado da rua.

Um exemplo relacionado - a lua parece menor do que meu polegar, mas quando a lua está baixa no céu, eu descubro que ela está atrás das árvores do vale e claramente maior do que elas - fui forçado a perceber que o a lua está mais longe (e maior) do que eu pensava.
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Minha pergunta: "Tamanho e forma de sombras longas"
No final da tarde, minha sombra parece muito engraçada: tem pés grandes e uma cabeça minúscula. Por quê?
Comentário do Joe
Ei, é verdade, não é? Aqui estão duas fotos que tirei de mim mesmo, logo após o nascer do sol. Se você olhar para a sombra de outra pessoa, ela ficará muito esticada, mas a cabeça está na mesma proporção que os pés. Mas quando você olha para sua própria sombra, a parte da cabeça está realmente longe, enquanto seus pés estão tão distantes como de costume. Portanto, sua cabeça parece pequena, pela mesma razão que qualquer coisa que está longe parece pequena (veja a explicação de Sally sobre isso,
acima de).
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Minha pergunta: "Tamanho da sombra de um avião"
"O tamanho da sombra de um avião muda conforme ele fica mais alto?"
Comentário do Joe
Eu sei que parece que deveria. Geralmente é verdade que, à medida que você move o objeto criador de sombra para mais perto da fonte de luz, a sombra fica maior. Isso ocorre porque os raios de luz viajam em linha reta e divergem uns dos outros.

Mas, para as sombras do sol, os números não funcionam: a questão é que o sol está a 150 milhões de quilômetros de distância e você só pode chegar mais perto dele em um avião. Para tornar a sombra do avião duas vezes maior, ela teria que estar a meio caminho do sol.

A ocasião em que percebi isso foi quando tentei estimar o quão grandes são as nuvens. Posso ver sombras de nuvens em um campo do topo de uma colina ou em uma cidade de um prédio alto. As sombras estão a quilômetros de lado. E é assim que as nuvens são grandes também.

  • Colete grandes caixas. Se você não tiver muitas janelas grandes demais, pode fazer tampas para elas cortando um pedaço de papelão do tamanho certo.
  • Para algumas atividades, você pode colocar a fonte de luz mais perto da tela - então ela a iluminará com mais intensidade e a luz de fora não importará tanto (isso não funcionará para as atividades da lente, infelizmente).
  • Você não precisa escurecer toda a sala - apenas o local nas estações de atividade onde está a tela de visualização. A primeira coisa a fazer é orientar a estação de forma que a janela fique do outro lado da tela e a luz da janela não incida sobre o lado que você está usando.
  • Você pode colocar a parte da atividade que deveria estar no escuro dentro de uma caixa aberta de um lado. Uma caixa de papel pode ser grande o suficiente.

A resposta é que o efeito da rede de difração é devido a uma comparação do comprimento de onda da luz com o espaçamento de uma matriz de ranhuras paralelas na rede de difração (as ranhuras têm apenas 1/10000 "de largura, então você não pode ver ou os sinta, mas eles realmente estão lá). Os comprimentos de onda que são pequenos em comparação com 1/10000 "não são desviados muito, enquanto os comprimentos de onda mais longos são desviados mais. A luz azul tem comprimento de onda mais curto do que a vermelha, por quase um fator de dois, e por isso é menos desviada do que a vermelha. Se a luz vai ser desviada para a direita, ela também será desviada para a esquerda (pense no que acontece quando você vira a grade de difração, de modo que a parte superior se torna a parte inferior - a velha direita se torna a nova esquerda) . Portanto, temos a simetria que você observa.

Arco-íris e prismas tornam seu espectro completamente diferente, de modo que não há simetria - um prisma forma apenas um espectro e o segundo arco-íris que você vê às vezes é mais fraco e mais amplo (as cores estão na ordem inversa, mas isso ocorre porque este arco-íris vem de um reflexo extra dentro das gotas de água).
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Minha pergunta: se a dispersão da luz do sol torna o céu azul, por que a dispersão da luz da lua não torna o céu azul também?
Sally explica:
Isso é azul! Mas não é muito brilhante. A lua é um milhão de vezes menos brilhante que o sol e, portanto, o azul do céu resultante também é um milhão de vezes menos brilhante. Nossos olhos simplesmente não percebem. No entanto, se você fizer uma fotografia de exposição temporal, de forma que uma cena iluminada pela lua pareça como se fosse dia, o céu ficará azul - com estrelas nele! Aqui está parte de uma fotografia de uma cena de lua cheia tirada por Michael Martin. Ele estava fotografando o arco lunar em Cumberland Falls (mais sobre isso em seu site), que é o borrão colorido na parte inferior do céu é azul, e se você olhar com atenção verá as trilhas deixadas pelas estrelas mais brilhantes desta época- fotografia de exposição.

Portanto, a resposta curta é: quando a molécula absorve luz, ela pode sofrer algum tipo de reação física ou química e se tornar uma molécula diferente, e agora tem uma cor diferente.

No entanto, uma resposta mais longa e interessante envolve a maneira como a luz fornece energia. Acontece que ele vem em pequenos grumos chamados fótons ou quanta, e que os quanta são maiores para a luz azul do que para a vermelha (foi especificamente por essa ideia que Einstein ganhou o Prêmio Nobel. Você está fazendo a pergunta certa, exceto que você está 100 anos atrasado nisso. Mas Einstein também não ganhou o Prêmio Nobel por seu projeto de feira de ciências, então aguente firme). Pensando na energia como sendo como dinheiro, um feixe de luz é uma chuva de moedas vermelhas e moedas azuis, em vez de um fluxo constante de dinheiro. O resultado é que a luz azul tem mais probabilidade de causar alterações físicas e químicas do que a luz vermelha. (Porque os corantes são como uma máquina de doces que "absorve" uma moeda e lhe dá um pacote de chiclete, mas se você colocar um níquel, nada acontece se uma moeda ultravioleta vier, com certeza fará algo acontecer).

O exemplo mais óbvio é que a luz ultravioleta causa queimaduras solares. Mais sutilmente, os materiais luminosos (o material que brilha no escuro) são ativados pela luz azul e não pela luz vermelha. Tipos mais antigos de filme fotográfico em preto e branco, o processo de planta e as primeiras fotocopiadoras não conseguiam ver a luz vermelha (letras vermelhas saíam escuras, letras azuis saíam claras, e é por isso que lápis azuis eram usados ​​para fazer anotações em desenhos que iam ser planejado). E é minha observação que as fotografias coloridas que foram colocadas em exibição ficam azuis com o tempo: as tinturas vermelhas absorvem a luz azul e morrem, as tinturas azuis refletem a luz azul e sobrevivem.

Os campos elétricos e magnéticos tendem a ser curvas suaves - eles realmente gostariam de ser linhas retas. Cordas de violino e varais também gostam de ser retas. Se você desviar um varal em um ponto batendo nele com uma vara, criará uma onda que desce pela linha. Da mesma forma, se você fizer uma torção em uma linha de campo elétrico, ela também fugirá. No entanto, ele corre muito rápido e (no caso da luz visível) o comprimento da "torção" é muito curto - então não percebemos para o que estamos olhando. 150 anos atrás, quando a relação entre luz e eletricidade e magnetismo foi percebida pela primeira vez, a conexão era pouco mais do que uma metáfora - a luz viaja na velocidade que a teoria elétrica prevê e tem algumas características comuns (por exemplo, a luz pode ser polarizado e será espalhado de uma forma específica de cor por algo com um padrão de ranhuras finas, como um CD). Mas hoje sabemos como gerar ondas de rádio que são muito menores do que um milímetro, e podemos gerar e detectar luz infravermelha que tem um comprimento de onda muito maior do que a luz visível, a tal ponto que para um físico ou engenheiro elétrico existe nenhuma distinção real entre ondas eletromagnéticas (rádio) e luz.

Aqui estão alguns métodos:
1. Névoa real, produzida pelo sopro de ar úmido quente sobre algo que é frio (um ventilador, um balde de água quente e alguns tijolos de gelo seco é um método específico que ouvi dizer que é usado). A vantagem é que o nevoeiro é apenas água e desaparece sem deixar vestígios. O problema é que o nevoeiro pode desaparecer imediatamente se o ar na sala estiver seco (como costuma acontecer, no inverno) e você precisar de todo o maquinário - baldes, ventiladores, gelo seco.
2. Fumaça real. Queimar incenso ou cigarros pode resolver isso. As vantagens são que é muito simples de fazer, as desvantagens são que ele está sujo e cheira um pouco mal. No entanto, apenas fazer panquecas para o café da manhã deixa o ar em minha casa fumegante o suficiente para dar um efeito de feixe de luz claro (a porta tem um padrão de painéis de vidro, que dão origem aos feixes de luz que a fumaça revela). Você notará que o fundo escuro é importante para tornar visíveis os feixes de luz.
3. Nevoeiro fabricado. Existem dispositivos que produzem uma névoa de óleo, usada ocasionalmente em apresentações dramáticas. Eu acredito que estes podem ser alugados. O óleo impede que a névoa evapore muito rápido. Não acho que haja muito petróleo envolvido, mas acho que vai acabar nas paredes e nas janelas.
4. Para uma exibição pequena, uma lata de aerossol cheia de purificador de ar pode formar uma nuvem suficiente, embora eu não saiba quanto tempo isso duraria. Um material teatral ou uma loja de suprimentos para mágicos pode ter algo projetado para esse propósito.
5. Apenas girar um aspirador de pó por um tempo pode deixar o ar empoeirado o suficiente!

A ideia básica é fazer uma tigela que tenha quase o formato de parte de uma esfera e, em seguida, fazer com que a superfície interna reflita. Esta forma irá refletir os raios do sol para que todos eles se juntem (quase) no mesmo ponto. Queremos um espelho largo, para que pegue muita luz do sol, mas deixar o espelho mais largo do que a minha imagem indica (a parte abaixo da linha roxa) não ganha muito e adiciona muito esforço na construção. O ponto focal está a meio caminho entre o centro da esfera e a superfície da esfera. Eu fiz um espelho desse tipo uma vez que tinha mais de um metro de largura. Eu estava interessado em refletir o som, em vez da luz, o que significava que a superfície não precisava ser prateada. A maneira mais fácil de fazer isso é encontrar uma grande bola redonda que seja bem redonda e lisa. Uma bola de futebol ou uma bola de praia pode servir. Felizmente, ele está muito bem inflado, de modo que não é mole e flácido. Podemos capturar a forma da bola colando várias camadas de tiras de papel na bola (para fazer uma tigela de papel machê). Quando a cola secar, retire a tigela da bola e cole tiras de papel alumínio por dentro.

Experimente o coletor solar voltado para o sol (na minha foto, presumi que o sol está para cima, o que quase nunca é) isso deve produzir um ponto brilhante (e quente) onde os raios do sol se encontram.


Conteúdo

opake do inglês médio tardio, do latim opacus ‘escurecido’. A grafia atual (rara antes do século 19) foi influenciada pela forma francesa.

Radiopacidade é usado preferencialmente para descrever a opacidade dos raios-X. Na medicina moderna, as substâncias radiodensas são aquelas que não permitem a passagem de raios-X ou radiação semelhante. A imagem radiográfica foi revolucionada pelos meios de contraste radiodenso, que podem ser passados ​​através da corrente sanguínea, do trato gastrointestinal ou do fluido espinhal cerebral e utilizados para destacar tomografia computadorizada ou imagens de raios-X. A radiopacidade é uma das principais considerações no projeto de vários dispositivos, como fios-guia ou stents, que são usados ​​durante a intervenção radiológica. A radiopacidade de um determinado dispositivo endovascular é importante, pois permite que o dispositivo seja rastreado durante o procedimento intervencionista.

As palavras "opacidade" e "opaco" são frequentemente usadas como termos coloquiais para objetos ou mídia com as propriedades descritas acima. No entanto, há também uma definição quantitativa específica de "opacidade", usada em astronomia, física de plasma e outros campos, fornecida aqui.

Para um determinado meio em uma determinada frequência, a opacidade tem um valor numérico que pode variar entre 0 e infinito, com unidades de comprimento 2 / massa.

A opacidade no trabalho de poluição do ar se refere à porcentagem de luz bloqueada em vez do coeficiente de atenuação (também conhecido como coeficiente de extinção) e varia de 0% de luz bloqueada a 100% de luz bloqueada:

Opacidades de Planck e Rosseland Editar

É comum definir a opacidade média, calculada usando um determinado esquema de ponderação. Opacidade de Planck (também conhecido como Planck-Mean-Absorption-Coefficient [1]) usa a distribuição normalizada de densidade de energia de radiação de corpo negro de Planck, B ν (T) < displaystyle B _ < nu> (T)>, como a função de ponderação, e as médias κ ν < displaystyle kappa _ < nu >> diretamente:

κ f f (ρ, T) = 0,64 × 10 23 (ρ [g c m - 3]) (T [K]) - 7/2 c m 2 g - 1 < displaystyle kappa _ < rm > ( rho, T) = 0,64 vezes 10 ^ <23> ( rho [< rm >


Exemplos de efeito Tyndall

  • Iluminar um copo de leite com o facho de uma lanterna é uma excelente demonstração do efeito Tyndall. Você pode usar leite desnatado ou diluir o leite com um pouco de água para ver o efeito das partículas coloidais no feixe de luz.
  • Um exemplo de como o efeito Tyndall espalha a luz azul pode ser visto na cor azul da fumaça de motocicletas ou motores de dois tempos.
  • O facho visível dos faróis na neblina é causado pelo efeito Tyndall. As gotículas de água espalham a luz, tornando os feixes do farol visíveis.
  • O efeito Tyndall é usado em ambientes comerciais e de laboratório para determinar o tamanho das partículas dos aerossóis.
  • O vidro opalescente exibe o efeito Tyndall. O vidro parece azul, mas a luz que brilha através dele parece laranja. é de Tyndall espalhando-se pela camada translúcida sobre a íris do olho.

A cor azul do céu resulta da dispersão de luz, mas isso é chamado de dispersão de Rayleigh e não de efeito Tyndall porque as partículas envolvidas são moléculas no ar. Eles são menores do que as partículas de um colóide. Da mesma forma, a dispersão de luz das partículas de poeira não é devido ao efeito Tyndall porque os tamanhos das partículas são muito grandes.


Visão Humana e Percepção de Cores

A visão estereoscópica humana das cores é um processo muito complexo que não é completamente compreendido, apesar de centenas de anos de intenso estudo e modelagem. A visão envolve a interação quase simultânea dos dois olhos e do cérebro por meio de uma rede de neurônios, receptores e outras células especializadas. Os primeiros passos neste processo sensorial são a estimulação dos receptores de luz nos olhos, a conversão dos estímulos de luz ou imagens em sinais e a transmissão de sinais elétricos contendo as informações da visão de cada olho para o cérebro através do nervos ópticos. Essas informações são processadas em várias etapas, chegando finalmente ao córtices visuais do cérebro.

O olho humano é equipado com uma variedade de componentes ópticos, incluindo córnea, íris, pupila, humores aquoso e vítreo, uma lente de foco variável e a retina (conforme ilustrado na Figura 1). Juntos, esses elementos trabalham para formar imagens dos objetos que caem no campo de visão de cada olho. Quando um objeto é observado, ele é primeiro focado através do convexo córnea e elementos de lente, formando uma imagem invertida na superfície do retina, uma membrana multicamadas que contém milhões de células sensíveis à luz. A fim de atingir a retina, os raios de luz focalizados pela córnea devem atravessar sucessivamente o humor aquoso (na câmara anterior), o cristalino, o corpo vítreo gelatinoso e as camadas vasculares e neuronais da retina antes de atingirem os segmentos externos fotossensíveis do cone e dos bastonetes. Essas células fotossensoriais detectam a imagem e a traduzem em uma série de sinais elétricos para transmissão ao cérebro.

Apesar de alguns equívocos devido ao amplo espectro de terminologia empregado para descrever a anatomia do olho, é a córnea, e não o cristalino, que é responsável pela maior parte do poder refrativo total do olho. Por ser lisa e transparente como o vidro, mas flexível e durável como o plástico, a parte anterior, fortemente curva e transparente da parede externa do globo ocular permite que os raios de luz formadores de imagem passem para o interior. A córnea também protege o olho, fornecendo uma barreira física que protege o interior do olho de microorganismos, poeira, fibras, produtos químicos e outros materiais prejudiciais. Embora muito mais fina em largura do que o cristalino, a córnea fornece cerca de 65% do poder de refração do olho. A maior parte da força para dobrar a luz reside perto do centro da córnea, que é mais redonda e fina do que as porções periféricas do tecido.

Por ser a janela que controla a entrada da luz no olho, a córnea (Figura 2) é essencial para uma boa visão e também atua como filtro de luz ultravioleta.A córnea remove alguns dos comprimentos de onda ultravioleta mais prejudiciais presentes na luz solar, protegendo ainda mais a retina altamente suscetível e o cristalino contra danos. Se a córnea for muito curvada, como no caso da miopia, os objetos distantes aparecerão como imagens borradas, devido à refração imperfeita da luz na retina. Em uma condição conhecida como astigmatismo, imperfeições ou irregularidades na córnea resultam em refração desigual, o que cria distorção das imagens projetadas na retina.

Ao contrário da maioria dos tecidos do corpo, a córnea não contém vasos sanguíneos para nutrição ou proteção contra infecções. Mesmo os menores capilares interfeririam no processo de refração preciso. A córnea se nutre das lágrimas e do humor aquoso, que preenche as câmaras atrás da estrutura. A camada epitelial externa da córnea é preenchida com milhares de pequenas terminações nervosas, tornando a córnea extremamente sensível à dor quando friccionada ou arranhada. Composta por cerca de 10 por cento da espessura do tecido, a camada epitelial da córnea bloqueia a entrada de matéria estranha no olho, enquanto fornece uma superfície lisa para absorção de oxigênio e nutrientes. A camada central da córnea, conhecida como estroma, compreende cerca de 90 por cento do tecido e consiste em uma rede de proteína fibrosa saturada de água que fornece força, elasticidade e forma para suportar o epitélio. As células nutritivas completam o restante da camada do estroma. Como o estroma tende a absorver água, a principal tarefa do tecido endotélio é bombear o excesso de água do estroma. Sem essa ação de bombeamento, o estroma se dilataria com água, ficaria turvo e, por fim, tornaria a córnea opaca, tornando o olho cego.

A perda parcial ou total da transparência pelo cristalino, ou sua cápsula, resulta em uma condição comum conhecida como catarata. A catarata é a principal causa de cegueira em todo o mundo e representa uma importante causa de deficiência visual nos Estados Unidos. O desenvolvimento de catarata em adultos está relacionado ao envelhecimento normal, exposição à luz solar, tabagismo, má nutrição, trauma ocular, doenças sistêmicas como diabetes e glaucoma e efeitos colaterais indesejáveis ​​de alguns medicamentos, incluindo esteróides. Nos estágios iniciais, um indivíduo que sofre de catarata percebe o mundo como embaçado ou fora de foco. A visão clara é impedida por uma redução na quantidade de luz que atinge a retina e pela turvação da imagem (por difração e dispersão de luz), como se o indivíduo estivesse observando o ambiente através de uma névoa ou névoa (ver Figura 3). A remoção da lente opaca durante a cirurgia de catarata, com a substituição subsequente por uma lente de plástico (implantes de lentes intraoculares), geralmente resulta em visão corrigida para condições não relacionadas, como miopia ou hipermetropia.

A função da retina é semelhante à combinação de um sensor de imagem digital (como um dispositivo acoplado de carga (CCD)) com um conversor analógico-digital, como é apresentado nos modernos sistemas de câmeras digitais. Os receptores de captura de imagem dos olhos, conhecidos como varas e cones, estão conectados com as fibras do feixe de nervo óptico por meio de uma série de células especializadas que coordenam a transmissão de sinais para o cérebro. A quantidade de luz que pode entrar em cada olho é controlada pelo íris, um diafragma circular que abre amplamente em níveis de luz baixos e fecha para proteger o aluno (a abertura) e retina em níveis muito elevados de iluminação.

À medida que a iluminação muda, o diâmetro da pupila (posicionada em frente ao cristalino) varia reflexivamente entre um tamanho de cerca de 2 a 8 milímetros, modulando a quantidade de luz que atinge a retina. Quando a iluminação é muito brilhante, a pupila se estreita e as porções periféricas dos elementos refráteis são excluídas do caminho óptico. O resultado é que menos aberrações são encontradas pelos raios de luz que formam a imagem, e a imagem na retina se torna mais nítida. Uma pupila muito estreita (aproximadamente 2 milímetros) produz artefatos de difração que espalham a imagem de uma fonte pontual na retina.

No cérebro, as fibras neurais dos nervos ópticos de cada olho cruzam no Quiasma óptico onde a informação visual de ambas as retinas viajando em caminhos paralelos é correlacionada, algo como a função de um gerador de correção de base de tempo em um gravador de fita de vídeo digital. A partir daí, a informação visual viaja através do trato óptico para o em forma de joelho núcleos geniculados laterais no tálamo, onde os sinais são distribuídos por meio do radiações ópticas para os dois córtices visuais localizado na seção traseira inferior de cada metade do cérebro. Nas camadas inferiores do córtex, as informações de cada olho são mantidas como colunares listras de dominância ocular. À medida que os sinais visuais são transmitidos às camadas superiores do córtex, as informações dos dois olhos são mescladas e a visão binocular é formada. Em condições oftálmicas anormais, como forias (desalinhamentos) dos olhos, incluindo estrabismo (mais conhecido como estrabismo), a estereovisão é interrompida, assim como a orientação do indivíduo e a percepção de profundidade. Nos casos em que a cirurgia oftálmica não é garantida, lentes prismáticas montadas em óculos podem corrigir algumas dessas anomalias. As causas de interrupção da fusão binocular podem ser traumatismo craniano ou de parto, doença neuromuscular ou defeitos congênitos.

O fóvea central está localizado em uma área perto do centro da retina, e posicionado diretamente ao longo do eixo óptico de cada olho. Conhecida também como "mancha amarela", a fóvea é pequena (menos de 1 milímetro quadrado), mas muito especializada. Essas áreas contêm exclusivamente células cônicas de alta densidade e compactadas (mais de 200.000 cones por milímetro quadrado em humanos adultos, ver Figura 4). A fóvea central é a área de visão mais nítida e produz a resolução máxima de espaço (resolução espacial), contraste e cor. Cada olho é povoado por aproximadamente sete milhões de células cônicas, que são muito finas (3 micrômetros de diâmetro) e alongadas. A densidade das células cone diminui fora da fóvea à medida que a proporção de células bastonetes para células cone aumenta gradualmente (Figura 4). Na periferia da retina, o número total de ambos os tipos de receptores de luz diminui substancialmente, causando uma perda dramática de sensibilidade visual nas bordas da retina. Isso é compensado pelo fato de que os humanos constantemente examinam objetos no campo de visão (devido a movimentos rápidos involuntários dos olhos), resultando em uma imagem percebida que é uniformemente nítida. Na verdade, quando a imagem é impedida de se mover em relação à retina (por meio de um dispositivo de fixação óptica), o olho não sente mais uma imagem após alguns segundos.

O arranjo dos receptores sensoriais nos segmentos externos da retina determina parcialmente o limite de resolução em diferentes regiões do olho. Para resolver uma imagem, uma fileira de fotorreceptores menos estimulados deve ser interposta entre duas fileiras de fotorreceptores que são altamente estimulados. Caso contrário, é impossível distinguir se a estimulação se originou de duas imagens próximas ou de uma única imagem que abrange as duas fileiras de receptores. Com um espaçamento de centro a centro variando entre 1,5 e 2 micrômetros para os cones na fóvea central, os estímulos ópticos com uma separação de aproximadamente 3 a 4 micrômetros devem produzir um conjunto resolvível de intensidades na retina. Para referência, o raio do primeiro mínimo para um padrão de difração formado na retina é de cerca de 4,6 micrômetros com luz de 550 nanômetros e um diâmetro de pupila de 2 milímetros. Assim, a disposição dos elementos sensoriais na retina determinará a resolução limitante do olho. Outro fator, denominado acuidade visual (a capacidade do olho de detectar pequenos objetos e resolver sua separação) varia com muitos parâmetros, incluindo a definição do termo e o método pelo qual a acuidade é medida. Sobre a retina, a acuidade visual é geralmente mais alta na fóvea central, que abrange um campo visual de cerca de 1,4 graus.

O arranjo espacial das células em bastonete e cone e sua conexão com os neurônios dentro da retina é apresentado na Figura 5. Células em bastonete, contendo apenas o fotopigmento rodopsina, têm um pico de sensibilidade à luz azul-esverdeada (comprimento de onda de cerca de 500 nanômetros), embora exibam uma ampla faixa de resposta em todo o espectro visível. Eles são as células receptoras visuais mais comuns, com cada olho contendo cerca de 125-130 milhões de bastonetes. A sensibilidade à luz dos bastonetes é cerca de 1.000 vezes maior do que a dos cones. No entanto, as imagens geradas apenas pela estimulação da haste são relativamente pouco nítidas e confinadas a tons de cinza, semelhantes aos encontrados em uma imagem fotográfica de foco suave em preto e branco. A visão da haste é comumente referida como escotópico ou crepúsculo visão porque em condições de pouca luz, as formas e o brilho relativo dos objetos podem ser distinguidos, mas não suas cores. Este mecanismo de adaptação escura permite a detecção de presas e predadores potenciais por meio da forma e do movimento em um amplo espectro de vertebrados.

A resposta do sistema visual humano é logarítmica, não linear, resultando na habilidade de perceber uma incrível faixa de brilho (interscene gama dinâmica) de mais de 10 décadas. Em plena luz do dia, os humanos podem visualizar objetos na luz forte do sol, enquanto à noite grandes objetos podem ser detectados pela luz das estrelas quando a lua está escura. No limiar sensibilidade, o olho humano pode detectar a presença de cerca de 100-150 fótons de luz azul-esverdeada (500 nanômetros) entrando na pupila. Para as sete décadas superiores de brilho, fotópico a visão predomina e são os cones da retina os principais responsáveis ​​pela fotorrecepção. Em contraste, as quatro décadas inferiores de brilho, denominadas escotópico visão, são controlados pelas células bastonetes.

Adaptação do olho permite que a visão funcione sob tais extremos de brilho. No entanto, durante o intervalo de tempo antes de ocorrer a adaptação, os indivíduos podem sentir uma gama de brilho cobrindo apenas cerca de três décadas. Vários mecanismos são responsáveis ​​pela capacidade do olho de se adaptar a uma ampla gama de níveis de brilho. A adaptação pode ocorrer em segundos (por reação pupilar inicial) ou pode levar vários minutos (para adaptação ao escuro), dependendo do nível de mudança de brilho. A sensibilidade total do cone é alcançada em cerca de 5 minutos, enquanto que requer cerca de 30 minutos para se adaptar da sensibilidade fotópica moderada à sensibilidade escótica total produzida pelos bastonetes.

Quando totalmente adaptado à luz, o olho humano apresenta uma resposta de comprimento de onda de cerca de 400 a 700 nanômetros, com um pico de sensibilidade de 555 nanômetros (na região verde do espectro de luz visível). O olho adaptado ao escuro responde a uma faixa inferior de comprimentos de onda entre 380 e 650 nanômetros, com o pico ocorrendo em 507 nanômetros. Tanto para a visão fotópica quanto para a escótica, esses comprimentos de onda não são absolutos, mas variam com a intensidade da luz. A transmissão da luz através do olho torna-se progressivamente mais baixa em comprimentos de onda mais curtos. Na região azul-esverdeada (500 nanômetros), apenas cerca de 50% da luz que entra no olho atinge o ponto da imagem na retina. A 400 nanômetros, esse valor é reduzido a escassos 10%, mesmo em um olho jovem. A dispersão de luz e a absorção por elementos nas lentes cristalinas contribuem para uma perda adicional de sensibilidade no azul distante.

Os cones consistem em três tipos de células, cada uma "sintonizada" com um máximo de resposta de comprimento de onda distinto centrado em 430, 535 ou 590 nanômetros. A base para os máximos individuais é a utilização de três fotopigmentos diferentes, cada um com um espectro de absorção de luz visível característico. Os fotopigmentos alteram sua conformação quando um fóton é detectado, permitindo que eles reajam com transducina para iniciar uma cascata de eventos visuais. A transducina é uma proteína que reside na retina e é capaz de converter efetivamente a energia da luz em um sinal elétrico. A população de células cone é muito menor do que os bastonetes, com cada olho contendo entre 5 e 7 milhões desses receptores de cor. A verdadeira visão das cores é induzida pela estimulação das células cônicas. A intensidade relativa e a distribuição do comprimento de onda da luz impactando em cada um dos três tipos de receptor de cone determinam a cor da imagem (como um mosaico), de maneira comparável a um aditivo RGB monitor de vídeo ou câmera colorida CCD.

Um feixe de luz que contém principalmente radiação azul de comprimento de onda curto estimula as células cônicas que respondem à luz de 430 nanômetros em uma extensão muito maior do que os outros dois tipos de cones. Este feixe irá ativar o pigmento de cor azul em cones específicos, e essa luz é percebida como azul. A luz com a maioria dos comprimentos de onda centralizados em torno de 550 nanômetros é vista como verde, e um feixe contendo principalmente comprimentos de onda de 600 nanômetros ou mais é visto como vermelho. Como mencionado acima, a visão de cone puro é conhecida como visão fotópica e é dominante em níveis normais de luz, tanto em ambientes internos quanto externos. A maioria dos mamíferos são dicromatas, geralmente capaz de apenas distinguir entre componentes de cor azulada e esverdeada. Em contraste, alguns primatas (principalmente humanos) exibem tricromático visão em cores, com resposta significativa aos estímulos de luz vermelha, verde e azul.

Ilustrados na Figura 6 estão os espectros de absorção dos quatro pigmentos visuais humanos, que exibem máximos nas regiões esperadas de vermelho, verde e azul do espectro de luz visível. Quando todos os três tipos de células cônicas são estimulados igualmente, a luz é percebida como sendo acromático ou branco. Por exemplo, a luz do sol do meio-dia aparece como luz branca para os humanos, porque contém quantidades aproximadamente iguais de luz vermelha, verde e azul. Uma excelente demonstração do espectro de cores da luz solar é a interceptação da luz por um prisma de vidro, que refrata (ou curvas) diferentes comprimentos de onda em vários graus, espalhando a luz em suas cores componentes. A percepção humana das cores depende da interação de todas as células receptoras com a luz, e essa combinação resulta em uma estimulação quase tricrômica. Há mudanças na sensibilidade da cor com variações nos níveis de luz, de modo que as cores azuis parecem relativamente mais brilhantes em luz fraca e as cores vermelhas parecem mais brilhantes em luz forte. Este efeito pode ser observado apontando uma lanterna para uma impressão colorida, o que fará com que os vermelhos pareçam repentinamente muito mais brilhantes e saturados.

Nos últimos anos, a consideração da sensibilidade visual da cor humana levou a mudanças na prática de longa data de pintar veículos de emergência, como caminhões de bombeiros e ambulâncias, inteiramente de vermelho. Embora a cor seja destinada a que os veículos sejam facilmente vistos e respondidos, a distribuição do comprimento de onda não é altamente visível em níveis baixos de luz e parece quase preta à noite. O olho humano é muito mais sensível ao amarelo-esverdeado ou tons semelhantes, especialmente à noite, e agora a maioria dos novos veículos de emergência são pelo menos parcialmente pintados de um verde amarelado ou branco vivo, muitas vezes mantendo alguns destaques vermelhos no interesse da tradição.

Quando apenas um ou dois tipos de células cônicas são estimulados, a gama de cores percebidas é limitada. Por exemplo, se uma faixa estreita de luz verde (540 a 550 nanômetros) for usada para estimular todas as células cone, apenas aquelas contendo fotorreceptores verdes responderão para produzir a sensação de ver a cor verde. A percepção visual humana de cores subtrativas primárias, como amarelo, pode surgir de duas maneiras. Se as células cone vermelhas e verdes são estimuladas simultaneamente com luz amarela monocromática com comprimento de onda de 580 nanômetros, os receptores de células cone respondem quase igualmente porque sua sobreposição espectral de absorção é aproximadamente a mesma nesta região do espectro de luz visível. A mesma sensação de cor pode ser alcançada estimulando as células cone vermelho e verde individualmente com uma mistura de comprimentos de onda vermelhos e verdes distintos selecionados de regiões do espectro de absorção do receptor que não têm sobreposição significativa. O resultado, em ambos os casos, é a estimulação simultânea de células cônicas vermelhas e verdes para produzir uma sensação de cor amarela, embora o resultado final seja obtido por dois mecanismos diferentes. A capacidade de perceber outras cores requer a estimulação de um, dois ou todos os três tipos de células cônicas, em vários graus, com a paleta de comprimento de onda apropriada.

Embora o sistema visual humano apresente três tipos de células cones com seus respectivos pigmentos de cor mais células bastonetes receptivas à luz para a visão escotópica, é o cérebro humano que compensa as variações dos comprimentos de onda e das fontes de luz em sua percepção da cor. Metâmeros são pares de diferentes espectros de luz percebidos como da mesma cor pelo cérebro humano. Curiosamente, cores que são interpretadas como iguais ou semelhantes por um humano às vezes são facilmente distinguíveis por outros animais, principalmente pássaros.

Os neurônios intermediários que transportam informações visuais entre a retina e o cérebro não estão simplesmente conectados um a um com as células sensoriais. Cada cone e célula de bastonete na fóvea envia sinais para pelo menos três células bipolares, enquanto nas regiões mais periféricas da retina, os sinais de um grande número de células de bastonete convergem para uma única célula ganglionar. A resolução espacial nas porções externas da retina é comprometida por ter um grande número de células bastonetes alimentando um único canal, mas ter muitas células sensoriais participando da captura de sinais fracos melhora significativamente o limiar de sensibilidade do olho. Esta característica do olho humano é um tanto análoga à consequência de binning em sistemas de câmera digital CCD de varredura lenta.

As células sensoriais, bipolares e ganglionares da retina também estão interconectadas a outros neurônios, fornecendo uma rede complexa de vias inibitórias e excitatórias. Como resultado, os sinais dos 5 a 7 milhões de cones e 125 milhões de bastonetes na retina humana são processados ​​e transportados para o córtex visual por apenas cerca de 1 milhão de fibras nervosas ópticas mielinizadas. Os músculos oculares são estimulados e controlados por células ganglionares no corpo geniculado lateral, que atua como um controle de feedback entre a retina e o córtex visual.

A complexa rede de vias excitatórias e inibitórias na retina é organizada em três camadas de células neuronais que surgem de uma região específica do cérebro durante o desenvolvimento embrionário. Esses circuitos e loops de feedback resultam em uma combinação de efeitos que produzem nitidez de bordas, aumento de contraste, soma espacial, média de ruído e outras formas de processamento de sinal, talvez incluindo alguns que ainda não foram descobertos. Na visão humana, um grau significativo de processamento de imagem ocorre no cérebro, mas a própria retina também está envolvida em uma ampla gama de tarefas de processamento.

Em outro aspecto da visão humana conhecido como invariância de cor, a cor ou o valor de cinza de um objeto não parecem mudar em uma ampla faixa de luminância. Em 1672, Sir Isaac Newton demonstrou a invariância da cor na sensação visual humana e forneceu pistas para a teoria clássica da percepção das cores e do sistema nervoso. Edwin H. Land, fundador da Polaroid Corporation, propôs o Retinex teoria da visão de cores, com base em suas observações de invariância de cores. Desde que a cor (ou um valor de cinza) seja visualizada sob iluminação adequada, uma correção de cor não muda sua cor, mesmo quando a luminância da cena é alterada. Nesse caso, um gradiente de iluminação em toda a cena não altera a cor percebida ou o tom do nível de cinza de um patch. Se o nível de luminância atinge o limiar da visão escotópica ou crepuscular, a sensação de cor desaparece. No algoritmo de Land, os valores de luminosidade das áreas coloridas são calculados e a energia em uma área específica da cena é comparada com todas as outras áreas da cena para aquela banda de onda. Os cálculos são realizados três vezes, uma para cada banda de onda (onda longa, onda curta e onda média), e o trio resultante de valores de luminosidade determina uma posição para a área no sistema tridimensional espaço colorido definido pela teoria Retinex.

O termo daltonismo é um termo impróprio, sendo amplamente usado em conversas coloquiais para se referir a qualquer dificuldade em distinguir entre cores. O verdadeiro daltonismo, ou a incapacidade de ver qualquer cor, é extremamente raro, embora até 8 por cento dos homens e 0,5 por cento das mulheres nasçam com algum tipo de defeito na visão das cores (ver Tabela 1). Deficiências herdadas na visão de cores são geralmente o resultado de defeitos nas células fotorreceptoras da retina, uma neuromembrana que funciona como a superfície de imagem na parte posterior do olho. Os defeitos da visão de cores também podem ser adquiridos como resultado de doenças, efeitos colaterais de certos medicamentos ou por meio de processos normais de envelhecimento, e essas deficiências podem afetar outras partes do olho que não os fotorreceptores.

Os cones normais e a sensibilidade ao pigmento permitem ao indivíduo distinguir todas as cores diferentes, bem como misturas sutis de tons. Este tipo de visão normal de cores é conhecido como tricromacia e depende da interação mútua das faixas de sensibilidade sobrepostas de todos os três tipos de cone fotorreceptor. Uma deficiência leve de visão de cores ocorre quando o pigmento em um dos três tipos de cone tem um defeito e seu pico de sensibilidade é deslocado para outro comprimento de onda, produzindo uma deficiência visual denominada tricromacia anômala, uma das três grandes categorias de defeito da visão de cores. Dicromacia, uma forma mais severa de daltonismo, ou deficiência de cor, ocorre quando um dos pigmentos está seriamente desviado em suas características de absorção ou o pigmento específico não foi produzido. A completa ausência de sensação de cor, ou monocromacia, é extremamente raro, mas os indivíduos com daltonismo total (bastonetes monocromáticos) veem apenas vários graus de brilho, e o mundo aparece em preto, branco e tons de cinza. Essa condição ocorre apenas em indivíduos que herdam um gene para o distúrbio de ambos os pais.

Os dicromatas podem distinguir algumas cores e, portanto, são menos afetados em suas vidas diárias do que os monocromatas, mas geralmente estão cientes de que têm um problema com a visão das cores. A dicromacia é subdividida em três tipos: protanopia, deuteranopia, e tritanopia (veja a Figura 7). Aproximadamente dois por cento da população masculina herda um dos primeiros dois tipos, com o terceiro ocorrendo muito mais raramente.

Teste de daltonismo de Ishihara

O daltonismo, uma interrupção no funcionamento normal da visão fotópica humana, pode ser causado por uma série de condições, incluindo aquelas derivadas da genética, bioquímica, danos físicos e doenças. Este tutorial interativo explora e simula como imagens coloridas aparecem para indivíduos daltônicos e compara essas imagens com o teste diagnóstico de daltonismo de Ishihara.

A protanopia é um defeito vermelho-verde, resultante da perda da sensibilidade ao vermelho, que causa uma falta de diferença perceptível entre vermelho, laranja, amarelo e verde. Além disso, o brilho das cores vermelho, laranja e amarelo é drasticamente reduzido em comparação aos níveis normais. O efeito de intensidade reduzida pode resultar em semáforos vermelhos parecendo escuros (apagados) e tons de vermelho (em geral) aparecendo em preto ou cinza escuro. Os protanopes geralmente aprendem a distinguir corretamente entre o vermelho e o verde e o vermelho do amarelo, principalmente com base em seu brilho aparente, em vez de em qualquer diferença de matiz perceptível. O verde geralmente parece mais claro do que o vermelho para esses indivíduos. Como a luz vermelha ocorre em uma extremidade do espectro visível, há pouca sobreposição de sensibilidade com os outros dois tipos de cone, e as pessoas com protanopia têm uma perda pronunciada de sensibilidade à luz na extremidade de comprimento de onda longo (vermelho) do espectro. Indivíduos com esse defeito de visão de cores podem discriminar entre azuis e amarelos, mas lavanda, violeta e roxo não podem ser distinguidos de vários tons de azul, devido à atenuação do componente vermelho nesses tons.

Indivíduos com deuteranopia, que é uma perda de sensibilidade ao verde, têm muitos dos mesmos problemas de discriminação de matiz que os protanopes, mas têm um nível de sensibilidade razoavelmente normal em todo o espectro visível. Devido à localização da luz verde no centro do espectro de luz visível e às curvas de sensibilidade sobrepostas dos receptores de cone, há alguma resposta dos fotorreceptores vermelhos e azuis aos comprimentos de onda verdes. Embora a deuteranopia esteja associada a pelo menos uma resposta de brilho à luz verde (e pouca redução de intensidade anormal), os nomes vermelho, laranja, amarelo e verde parecem para o deuteranópio serem termos demais para cores que parecem iguais. De maneira semelhante, azuis, violetas, roxos e lilases não são distinguíveis para indivíduos com esse defeito de visão de cores.

Incidência e causas do daltonismo
CLASSIFICAÇÃOCAUSA DO DEFEITOINCIDÊNCIA
(%)
Tricromacia anômala 6.0
ProtanomaliaPigmento com detecção de vermelho anormal1.0
DeuteranomaliaPigmento com detecção de verde anormal5.0
TritanomaliaPigmento com detecção de azul anormal0.0001
Dicromacia 2.1
ProtanopiaPigmento com detecção de vermelho ausente1.0
DeuteranopiaPigmento com detecção de verde ausente1.1
TritanopiaPigmento com detecção de azul ausente0.001
Rod MonochromacySem cones funcionais& lt 0,0001
Tabela 1

A tritanopia é a ausência de sensibilidade ao azul e produz funcionalmente um defeito azul-amarelo na visão de cores. Indivíduos com essa deficiência não conseguem distinguir azuis e amarelos, mas registram uma diferença entre vermelho e verde. A condição é bastante rara e ocorre igualmente em ambos os sexos. Os tritanopos geralmente não têm tanta dificuldade em realizar as tarefas cotidianas quanto os indivíduos com qualquer uma das variantes vermelho-verde da dicromacia. Como os comprimentos de onda azuis ocorrem apenas em uma extremidade do espectro e há pouca sobreposição de sensibilidade com os outros dois tipos de cone, a perda total de sensibilidade em todo o espectro pode ser bastante grave com essa condição.

Quando há perda de sensibilidade por um receptor de cone, mas os cones ainda estão funcionais, as deficiências de visão de cores resultantes são consideradas tricromacia anômala e são categorizadas de maneira semelhante aos tipos de dicromacia. A confusão muitas vezes surge porque essas condições são nomeadas de forma semelhante, mas anexadas com um sufixo derivado do termo anomalia. Desse modo, protanomalia, e deuteranomaly produzem problemas de reconhecimento de matiz semelhantes aos defeitos de dicromacia vermelho-verde, embora não tão pronunciados. Protanomalia é considerada uma "fraqueza vermelha" da visão de cores, com o vermelho (ou qualquer cor que tenha um componente vermelho) sendo visualizado como mais claro que o normal e os tons mudando para o verde. Um indivíduo deuteranómalo exibe "fraqueza verde" e tem dificuldades semelhantes em discriminar entre pequenas variações em matizes que caem na região do vermelho, laranja, amarelo e verde do espectro visível. Isso ocorre porque os matizes parecem ter mudado para o vermelho. Em contraste, indivíduos deuteranómalos não apresentam o defeito de perda de brilho que acompanha a protanomalia. Muitas pessoas com essas variantes anômalas da tricromacia têm pouca dificuldade em realizar tarefas que requerem visão normal das cores, e algumas podem nem mesmo estar cientes de que sua visão das cores está prejudicada. Tritanomalia, ou fraqueza azul, não foi relatado como um defeito herdado. Nos poucos casos em que a deficiência foi identificada, acredita-se que ela tenha sido adquirida em vez de herdada. Várias doenças oculares (como o glaucoma, que ataca os cones azuis) podem resultar em tritanomalia. A perda periférica do cone azul é mais comum nessas doenças.

Apesar das limitações, existem algumas vantagens de acuidade visual no daltonismo, como o aumento da capacidade de discriminar objetos camuflados. Os contornos, em vez das cores, são responsáveis ​​pelo reconhecimento do padrão e podem ocorrer melhorias na visão noturna devido a certas deficiências da visão das cores. Nas forças armadas, atiradores e observadores daltônicos são altamente valorizados por esses motivos. Durante o início de 1900, em um esforço para avaliar a visão anormal das cores humanas, o anomaloscópio de Nagel foi desenvolvido. Utilizando este instrumento, o observador manipula os botões de controle para combinar dois campos coloridos para cor e brilho. Outro método de avaliação, o teste de placa pseudoisocromática de Ishihara para daltonismo, nomeado em homenagem ao Dr. Shinobu Ishihara, discrimina entre visão de cores normal e daltonismo vermelho-verde (conforme apresentado no tutorial e na Figura 7). Um sujeito de teste com visão de cores normal pode detectar a diferença de matiz entre a figura e o fundo. Para um observador com deficiência de vermelho-verde, as placas parecem isocromáticas, sem discriminação entre as figuras e o padrão de design.

Como parte natural do processo de envelhecimento, o olho humano começa a perceber as cores de maneira diferente nos anos posteriores, mas não se torna "daltônico" no verdadeiro sentido do termo. O envelhecimento resulta no amarelecimento e escurecimento do cristalino e da córnea, efeitos degenerativos que também são acompanhados pelo encolhimento do tamanho da pupila. Com o amarelecimento, os comprimentos de onda mais curtos da luz visível são absorvidos, de modo que os tons de azul parecem mais escuros. Como consequência, os idosos costumam ter dificuldade em discriminar cores que diferem principalmente no conteúdo de azul, como azul e cinza ou vermelho e roxo. Aos 60 anos, quando comparada à eficiência visual de um jovem de 20 anos, apenas 33 por cento da luz incidente na córnea atinge os fotorreceptores na retina. Esse valor cai para cerca de 12,5% em meados dos anos 70.

Alojamento do olho humano

A acomodação do olho se refere ao ato fisiológico de ajustar os elementos do cristalino para alterar o poder de refração e trazer objetos que estão mais perto do olho para um foco nítido. Este tutorial explora as mudanças na estrutura da lente à medida que os objetos são realocados em relação ao olho.

Alojamento do olho refere-se ao ato de ajustar fisiologicamente o elemento de lente cristalina para alterar o poder de refração e trazer objetos que estão mais perto do olho em foco nítido. Os raios de luz inicialmente refratados na superfície da córnea são posteriormente convergidos depois de passarem pelas lentes. Durante a acomodação, a contração dos músculos ciliares relaxa a tensão no cristalino, resultando em mudanças na forma do tecido transparente e elástico, ao mesmo tempo que o move ligeiramente para a frente. O efeito líquido das alterações da lente é ajustar a distância focal do olho para trazer a imagem exatamente para o foco na camada fotossensível de células que residem na retina. A acomodação também relaxa a tensão aplicada à lente pelas fibras da zônula e permite que a superfície anterior da lente aumente sua curvatura. O maior grau de refração, juntamente com um leve deslocamento para a frente na posição da lente, traz os objetos que estão mais próximos do olho para o foco.

O foco no olho é controlado por uma combinação de elementos, incluindo a íris, o cristalino, a córnea e o tecido muscular, que podem alterar o formato do cristalino para que o olho possa focar em objetos próximos e distantes. No entanto, em alguns casos, esses músculos não funcionam corretamente ou o olho está ligeiramente alterado na forma e o ponto focal não se cruza com a retina (uma condição denominada visão convergente) À medida que os indivíduos envelhecem, as lentes ficam mais duras e não podem ser focadas corretamente, levando a uma visão deficiente. Se o ponto de foco ficar aquém da retina, a condição é chamada de miopia ou miopia, e os indivíduos com essa aflição não podem se concentrar em objetos distantes. Nos casos em que o ponto focal está atrás da retina, o olho terá problemas para focar em objetos próximos, criando uma condição conhecida como hipermetropia ou hipermetropia. Essas disfunções oculares geralmente podem ser corrigidas com óculos (Figura 8), usando uma lente côncava para tratar a miopia e uma lente convexa para tratar a hipermetropia.

A visão convergente não é totalmente fisiológica e pode ser influenciada pelo treinamento, se os olhos não forem defeituosos. Procedimentos repetitivos podem ser utilizados para desenvolver uma visão convergente forte. Atletas, como shortstops de beisebol, têm uma visão convergente bem desenvolvida. Em cada movimento, os dois olhos têm que se transladar em uníssono para preservar a visão binocular, com um aparelho neuromuscular preciso e responsivo, que normalmente não está sujeito à fadiga, controlando sua motilidade e coordenação. Mudanças na convergência ocular ou no movimento da cabeça são consideradas nos cálculos feitos pelo complexo sistema ocular para produzir as entradas neurais adequadas aos músculos oculares. Um movimento ocular de 10 graus pode ser concluído em cerca de 40 milissegundos, com os cálculos ocorrendo mais rápido do que o olho pode alcançar seu alvo pretendido. Os pequenos movimentos dos olhos são conhecidos como sacadas e os movimentos maiores de um ponto a outro são denominados versões.

O sistema visual humano não deve apenas detectar luz e cor, mas, como um sistema óptico, deve ser capaz de discernir as diferenças entre os objetos, ou um objeto e seu fundo. Conhecido como contraste fisiológico ou discriminação de contraste, a relação entre o brilho aparente de dois objetos que são vistos ao mesmo tempo (contraste simultâneo) ou sequencialmente (contraste sucessivo) contra um pano de fundo, podem ou não ser os mesmos. No sistema visual humano, o contraste é reduzido na escuridão ambiental e com indivíduos que sofrem de deficiências visuais de cores, como daltonismo vermelho-verde. O contraste depende da visão binocular, da acuidade visual e do processamento da imagem pelo córtex visual do cérebro. Um objeto com baixo contraste, que não pode ser distinguido do fundo a menos que esteja em movimento, é considerado camuflado. No entanto, indivíduos daltônicos geralmente são capazes de detectar objetos camuflados devido ao aumento da visão do bastão e à perda de pistas de cores enganosas. O aumento do contraste se traduz em maior visibilidade, e um valor numérico quantitativo para o contraste é geralmente expresso como uma porcentagem ou proporção. Em condições ideais, o olho humano mal consegue detectar a presença de dois por cento de contraste.

Com a visão humana, um aparente aumento no contraste é percebido em uma zona estreita de cada lado da fronteira entre duas áreas de brilho e / ou cromaticidade diferentes. No final do século XIX, o físico francês Michel Eugéne Chevreul descobriu o contraste simultâneo. Como uma função especial da percepção visual humana, as bordas ou contornos de um objeto são destacados, afastando o objeto de seu fundo e facilitando a orientação espacial. Quando posicionada sobre um fundo claro, a região na borda de um objeto escuro parece mais clara do que o resto do fundo (na verdade, o contraste é aprimorado). Com esse fenômeno de percepção, a cor com o contraste mais forte, a cor complementar, é criada (pelo cérebro) na borda. Como a cor e seu complemento são percebidos simultaneamente, o efeito é conhecido como contraste simultâneo. Bordas e outras linhas de demarcação que separam as áreas contrastantes tendem a diminuir o efeito (ou ilusão de óptica) eliminando o contraste marginal. Muitas formas de microscopia óptica, principalmente a iluminação com contraste de fase, tiram proveito desses recursos do sistema visual humano. Ao aumentar o contraste físico de uma imagem sem ter que mudar o objeto por meio de coloração ou outra técnica, o espécime de contraste de fase é protegido de danos ou morte (no caso de espécimes vivos).

O frequência espacial a resposta do olho humano pode ser avaliada determinando a capacidade de detectar uma série de tiras em uma grade sinusoidal modulada. As grades de teste apresentam regiões alternadas (faixas) claras e escuras, que aumentam linearmente das frequências mais altas para as mais baixas ao longo do eixo horizontal, enquanto o contraste diminui logaritmicamente de cima para baixo. O limite de listras que só pode ser distinguido por indivíduos com visão normal está entre 7 e 10 ciclos por grau. Para visão acromática, quando a frequência espacial é muito baixa (grande espaçamento entre linhas), é necessário um alto contraste para detectar a variação senoidal de intensidade. Conforme a frequência espacial aumenta, os humanos podem detectar períodos com menos contraste, atingindo um pico de cerca de 8 ciclos por grau no campo visual. Além desse ponto, um contraste mais alto é novamente necessário para detectar as listras sinusoidais mais finas.

Exame do função de transferência de modulação (MTF) do sistema visual humano revela que o contraste necessário para detectar a variação de luminância em grades senoidais padronizadas aumenta nas frequências espaciais mais altas e mais baixas. A esse respeito, o olho se comporta de maneira bem diferente de um dispositivo de imagem simples (como uma câmera de filme ou sensor CCD). A função de transferência de modulação de um sistema de câmera simples e focado exibe uma modulação máxima na frequência espacial zero, com o grau de modulação caindo mais ou menos monotonicamente para zero na frequência de corte da câmera.

Quando a luminância de uma cena oscila periodicamente várias vezes por segundo (como acontece com a televisão e as telas dos monitores de computador), os humanos percebem uma sensação irritante, como se as cenas sequenciais estivessem separadas. Quando a frequência de flutuação aumenta, a irritação aumenta e atinge um máximo em torno de 10 hertz, especialmente quando flashes brilhantes de iluminação alternam com escuridão. Em frequências mais altas, a cena não parece mais desarticulada e os objetos deslocados de uma cena para a outra agora são percebidos como se movendo suavemente. Normalmente referido como cintilação, a irritante sensação de vibração leve pode persistir até 50-60 hertz. Além de uma certa frequência e luminância, conhecido como o frequência crítica de oscilação (CFF), a cintilação da tela não é mais percebida.Este é o principal motivo pelo qual aumentar a taxa de atualização de um monitor de computador de 60 para 85-100 hertz produz uma tela estável e sem oscilações.

Avanços na tecnologia de fabricação de semicondutores, especialmente semicondutores de óxido de metal complementar (CMOS) e CMOS bipolar (BiCMOS) técnicas, levou a uma nova geração de fotossensores em miniatura que apresentam extraordinária faixa dinâmica e resposta rápida. Recentemente, matrizes de chips sensores CMOS foram organizadas para modelar a operação da retina humana. Estes assim chamados lascas de olho, combinando óptica, visão humana e microprocessadores, estão avançando a oftalmologia através do novo campo da optobiônica. Retinas danificadas resultantes de doenças visuais debilitantes, como retinite pigmentosa e degeneração macular, bem como envelhecimento e lesões na retina, que roubam a visão, estão sendo corrigidas com os olhos implantados. Os chips de olho de silício contêm aproximadamente 3.500 detectores de luz em miniatura presos a eletrodos de metal que imitam a função dos cones e bastonetes humanos. Os detectores de luz absorvem a luz incidente refratada pela córnea e pelo cristalino e produzem uma pequena quantidade de carga elétrica que estimula os neurônios da retina. Apresentando um diâmetro de dois milímetros (veja a Figura 9), a retina substituta tem a metade da espessura de um pedaço de papel típico e é implantada em uma bolsa sob a retina danificada.

Como alternativa ao chip do olho, uma prótese de retina usando um processador de sinal digital e uma câmera montada em um par de óculos, captura e transmite a imagem de um objeto ou cena. Sem fio, a imagem é enviada a um chip receptor embutido próximo às camadas da retina, de onde os impulsos nervosos são enviados ao cérebro. As retinas artificiais, no entanto, não tratam o glaucoma ou deficiências de visão que danificam as fibras nervosas que conduzem ao nervo óptico. À medida que a optobiônica avança, também aumenta a compreensão da ciência do complexo sistema visual humano.

Autores Contribuintes

Kenneth R. Spring - Consultor Científico, Lusby, Maryland, 20657.

Thomas J. Fellers e Michael W. Davidson - Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Flórida, 32310.


O céu também é azul em outros planetas?

Tudo depende do que está na atmosfera! Por exemplo, Marte tem uma atmosfera muito fina feita principalmente de dióxido de carbono e cheia de finas partículas de poeira. Essas partículas finas espalham a luz de maneira diferente dos gases e partículas na atmosfera da Terra.

Fotos dos rovers e landers da NASA em Marte nos mostraram que, ao pôr do sol, há na verdade o oposto do que você experimentaria na Terra. Durante o dia, o céu marciano assume uma cor laranja ou avermelhada. Mas, à medida que o Sol se põe, o céu ao redor do Sol começa a adquirir um tom cinza-azulado.

A imagem superior mostra o céu marciano alaranjado durante o dia e a imagem inferior mostra o céu azulado ao pôr do sol. Ambas as imagens foram capturadas pelo Mars Pathfinder Lander da NASA. Crédito: NASA / JPL


Assista o vídeo: Dispersão da Luz - Brasil Escola (Agosto 2022).