práctica cero: límites del sistema visual humano, “lo que el ojo no ve”.

Universidad de Granada
Prácticas docentes en la Facultad de Ciencias
COD: 10-71
PRÁCTICA CERO: LÍMITES DEL
SISTEMA VISUAL HUMANO, “LO QUE
EL OJO NO VE”.
INTRODUCIÓN Y OBJETIVOS
El Sistema Visual Humano posee unas características que lo hacen especial. Pero
también tiene sus limitaciones.
Gracias a la Ciencia y a la Tecnología se han superado estos límites con instrumentos
que no sólo nos ayudan a ver lo que nuestro ojo no ve, sino que además permiten
desarrollar nuevas investigaciones en campos como la medicina, biología, química y
muchos otros.
Bajo el hilo argumental de “Lo que el ojo no ve” presentamos algunas experiencias
que, de forma didáctica, ayuden a comprender la visión humana y sus límites.
Los humanos sólo percibimos un pequeñísimo rango del espectro electromagnético: el
visible. No vemos ni el ultravioleta, ni el infrarrojo. Nuestro sistema visual no “ve” por
debajo de intensidades de luz muy bajas y puede dañarse con intensidades muy altas.
Objetos demasiado pequeños u objetos demasiado alejados tampoco son percibidos por
nuestro sistema visual. Tampoco vemos la polarización de la luz, ni distinguimos bien el
color cuando somos daltónicos, no tenemos sensación de profundidad con un solo ojo.
El objetivo fundamental de esta práctica es que se tome consciencia de esos límites, se
comparen con el de otros seres vivos y se investigue cómo los avances en superar esos
límites han beneficiado a nuestra sociedad.
METODOLOGÍA
Lee y observa en el video las pequeñas experiencias que te iremos presentando a
continuación sobre cada una de las limitaciones del sistema visual humano.
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Sobre cada una de ellas, debes ir planteándote las siguientes cuestiones:
1) ¿Qué crees que supone esta limitación?
2) Valora las mejoras que ha supuesto la mejora en este límite.
3) Pon ejemplos, no recogidos aquí, que estén próximos a ti, en los que se muestre
su aplicación.
4) ¿Crees necesaria una investigación que lo mejore aún más?
5) Aporta todas las sugerencias que creas oportunas para la mejora de cada
experiencia.
Fosforescencia y fluorescencia.
No podemos ver la radiación ultravioleta, pero gracias a los procesos de fosforescencia
y fluorescencia podemos ponerla de manifiesto.
Determinados materiales absorben radiación de longitud de onda corta y la reemiten
después con longitud de onda más alta (absorben ultravioleta y reemiten en el visible).
Cuando esa reemisión es prácticamente instantánea tenemos un proceso de
fluorescencia; sin embargo, si transcurre un cierto tiempo para que se dé la reemisión,
hablamos de fosforescencia.
Disponemos de una cabina que podemos iluminar con luz blanca o con luz rica en
ultravioleta. Si introducimos en ella materiales que tengan compuestos fluorescentes
podemos observar una gran diferencia entre observarlos con luz blanca o con luz rica en
ultravioleta. Es un método muy usado para descubrir falsificaciones. Observemos
billetes, tarjetas de crédito, entradas, …
Infrarrojo
Las longitudes de onda inmediatamente superiores a las del espectro visible, el
infrarrojo, no son percibidas por nuestro ojo. Sin embargo, con una cámara de infrarrojo
o cámara termográfica podemos observarlas. Estas cámaras son convertidores, es decir,
convierten la radiación infrarroja en visible, además nos proporcionan una
pseudoimagen coloreada como consecuencia de asignar un color a cada parte de la
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imagen dependiendo de la intensidad de infrarrojo que parta de ella. Así, si una parte del
objeto está a alta temperatura, emitirá mucho infrarrojo y en la imagen la observaremos
con un color muy claro.
Dado que las cámaras que hay en la actualidad tienen una gran sensibilidad, son muy
utilizadas cada vez que, de una forma rápida, hay que descubrir qué parte de una escena
está a una temperatura superior al resto.
Sus aplicaciones más conocidas van desde descubrir las pérdidas de calor de un sistema
hasta ver si entre una gran cantidad de gente hay algunas personas con fiebre.
Poca luz
Nuestro ojo no responde a niveles de luz demasiado bajos: aunque podemos percibir
algunos aspectos básicos de escenas con escasa iluminación, de noche perdemos la
percepción de color y los detalles finos de los objetos. Necesitamos entonces, para
situaciones especiales en las que resulte crítica una buena calidad de visión con escasa
iluminación, servirnos de instrumentación que nos amplifique la luz recibida, como este
sistema de visión nocturna, que nos permite percibir la imagen con calidad suficiente.
En esencia, por tanto, un intensificador de imagen es como un “amplificador”.
Demasiada Luz
Si la cantidad de luz que llega hasta nosotros es muy alta, nuestro ojo puede pasar desde
deslumbramiento a sufrir daños irreparables. Debemos usar protectores, desde gafas de
sol hasta filtros muy densos según la situación.
Además, nuestro ojo tiene un mecanismo para controlar la cantidad de luz que entra en
él: la pupila, que se abre cuando hay poca luz y se cierra cuando hay mucha. Con el
dispositivo que hemos diseñado podemos ver nuestra pupila y variar la luz que le llega.
Podemos comprobar cómo actúa nuestra propia pupila ante cambios de iluminación.
Observaremos que se abre y se cierra con velocidades diferentes.
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Fotoelasticidad
No podemos ver las tensiones que soporta un material transparente, pero con la ayuda
de un Polariscopio Sí.
En esencia, un polariscopio está constituido por una fuente de luz blanca y dos
polarizadores cruzados, es decir, dos polarizadores cuyos ejes de transmisión son
perpendiculares entre sí.
Observemos que si hacemos girar un polarizador respecto del otro, pasamos por una
posición en la que hay una máxima transmisión de luz (sus ejes son paralelos) y otra en
la que la transmisión de luz es prácticamente nula (sus ejes son perpendiculares).
Si en el interior del polariscopio introducimos un material transparente que está
sometido a distintas tensiones observaremos bandas coloreadas. Este fenómeno se
conoce como fotoelasticidad, un material homogéneo al someterlo a tensiones se
convierte en anisótropo que modifica el estado de polarización de la luz.
Si colocamos un material y vamos cambiando la tensión que soporta, observaremos
como se modifican las bandas coloreadas que aparecen.
La fotoelasticidad puede ser muy útil en el control de calidad de materiales
transparentes, en la construcción de maquetas para descubrir los puntos de máxima
tensión, para observar el correcto montaje de unas gafas, o, incluso como técnica para
medir los niveles de CO2 en el pasado.
Microscopio y Telescopio
No podemos ver objetos demasiado pequeños, pero desde la invención del microscopio
este límite de la visión se ha mejorado mucho suponiendo una gran contribución de la
Óptica en el desarrollo de otras ciencias como, por ejemplo, la Microbiología.
Hemos colocado una cámara que nos permite ver en la pantalla lo mismo que observa el
investigador.
Tampoco podemos ver con detalle los objetos que están demasiado lejanos, la invención
del telescopio ha superado este límite.
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Un telescopio astronómico produce una inversión de la imagen, si queremos observar
un objeto lejano pero en la superficie de la tierra debemos colocar un sistema inversor.
Los prismáticos tienen en su interior unos prismas que producirán esa nueva inversión,
por lo que la imagen final será derecha.
Lente Convergente
Disponemos de una lente convergente de gran tamaño, con ella podemos observar
distintas imágenes.
Sobre la pantalla observamos la imagen de objetos lejanos, esta imagen es invertida.
Si nos fijamos ahora en la imagen que proporciona de objetos próximos, por ejemplo las
barras de la pared, las veremos más grandes, actúa como lupa, y curvadas por las
aberraciones que introduce.
En sus superficies siempre se refleja algo de luz, por ello podemos observar imágenes
actuando esta cara como espejo convexo, es una imagen derecha, similar a la que
podemos observar si miramos a los ojos de alguien, las llamadas imágenes de Purkinge.
Instrumentos ópticos
Son muchos y variados los instrumentos ópticos que, a lo largo de la historia, se han ido
construyendo. Veamos algún ejemplo.
El espectroscopio es un instrumento para observar los espectros de emisión de las
distintas sustancias. El elemento fundamental será el que nos permita dispersar la luz.
Tradicionalmente esta función la realizaba un prisma colocado sobre la plataforma, hoy
en día, se ha ido sustituyendo por redes de difracción.
La cámara fotográfica es quizás uno de los instrumentos más conocidos y populares,
además observando un modelo antiguo y una cámara moderna, podemos ver la mejora
en el diseño y en la calidad de la imagen que produce.
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Daltonismo
No todos vemos igual los diferentes colores, existen personas (las conocidas
popularmente como daltónicos) que confunden algunos de ellos. Unas gafas nos
permiten simular cómo es la visión del color de estas personas. Estas gafas simulan una
anomalía rojo-verde, al usarlas tendremos una idea de cómo es la visión de una persona
con esta anomalía.
Observemos un cubo de Rubik con gafas y sin ellas, o una acuarela, o unas ceras,
compare sobre todo la verde y la roja.
Para descubrir las anomalías se utilizan distintos métodos, uno de los más conocidos es
el test de Isihara. Tras una primera lámina que todo el mundo ve el número que esconde,
se la pide al sujeto que diga qué número aparece en cada lámina. Si pasamos el test con
gafas y sin ellas podremos ponernos en el lugar de un daltónico.
Persistencia visual.
Por corto que sea un estímulo luminoso, nos parece que dura, como mínimo, 0,15 s.
Este fenómeno es lo que conocemos por persistencia visual.
Disponemos de una columna de leds que un microprocesador enciende durante una
fracción pequeña de tiempo. Al ponerlos a girar, gracias a la persistencia visual, vemos
encendida toda la circunferencia que describen, observando el mensaje que se ha
programado.
Tres Dimensiones
Nuestra percepción en tres dimensiones se debe fundamentalmente a que tenemos dos
ojos separados entre sí 7 u 8 cm. La imagen que se forma en cada una de nuestras
retinas cuando observamos un objeto es levemente diferente, nuestro cerebro funde
estas dos imágenes levemente diferentes, produciendo así la sensación de estereoscopía.
Un estereoscopio es un instrumento que nos permite observar con cada ojo imágenes de
un mismo objeto tomadas con un pequeño desplazamiento una de otra. Nuestro cerebro
las sumará obteniendo la sensación de estereoscopía.
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En la misma idea se basan los anaglifos. Imágenes pintadas dobles, con distinto color
(rojo-verde). Al ponernos unas gafas rojo-verde, cada uno de nuestros ojos verá sólo
una de ellas. Después, nuestros cerebro, las sumará.
Un holograma, en cambio, es realmente una imagen tridimensional. Observemos estos
dos ejemplos y podremos ver, dependiendo desde donde lo miremos, lo que hay tras él o
no.
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