Óptica en la Medicina Dr. Willy H. Gerber Objetivos: Comprender como funciona nuestra vista y como la empleamos para estimar distancias, distinguir objetos.

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1 Óptica en la Medicina Dr. Willy H. Gerber Objetivos: Comprender como funciona nuestra vista y como la empleamos para estimar distancias, distinguir objetos y como en algunos casos es engañada. www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

2 No confiemos en todo lo que vemos Que hay de raro en esta fotografía? www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

3 No confiemos en todo lo que vemos Como no lo vimos, las fotos son las misma solo que una esta de cabeza. www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

4 “Ver” Medir Analizar Como vemos www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

5 Como vemos Analizamos por parte y corregimos mentalmente lo que vemos www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

6 Así lo “percibimos”… … y así es! No confiemos en todo lo que vemos www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

7 La física del ver Nuestro ojo es capaz de realzar una estimación de la distancia comparando las imágenes captadas por ambos ojos. www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

8 d D F x f1f1 f2f2 f 1 + d + x D + F f1Ff1F = f 2 + x D + F f2Ff2F = D = d F  f 2 – f 1  x = f 2 D F La física del ver www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08 Lentes del ojo Retinas Objeto

9 Todo parámetro medido tiene una incerteza, una “inseguridad” que se expresa de la forma: valor probable  variación posible Incertezas www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

10 Cálculos D2D2D2D2 F2F2F2F2 d2d2d2d2  f 1 2 +  f 2 2 (f 2 - f 1 ) 2 = + + Problema fisiológico Problema de resolución -Distancia (f 2 - f 1 =0) -Resolución del ojo (  f 1,  f 2 ) 1 (f 2 - f 1 ) 2 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

11 El problema es poder localizar un punto comparable … Problemas en determinar la distancia www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

12 … con demasiada luz perdemos la capacidad de “ver” puntos y medir distancias Problemas en determinar la distancia www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

13 Es mas las sombras son claves … Problemas en determinar la distancia www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

14 … misma imagen solo de cabeza. Problemas en determinar la distancia www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

15 Si no hay referencia nuestro ojo las fabrica: Método alternativo Si desean engañar al ojo quítenle referencias objetivas y provean falsas www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

16 Y que tiene que ver esto con la Arquitectura? Mucho. Por ejemplo el Partenón en la Acrópolis fue construido en forma “deforme” para dar la sensación de perfección. Al crearse en un piso plano la imagen de que esta hundido en el centro fue “elevado” hasta 5cm en el frente y 10 cm en el costado: 5 cm 10 cm Aplicación en la Arquitectura www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

17 Tarea individual Algebra de iluminación E: Iluminacion [Lx (Lux)] I : Intensidad [cd (Candela)] r: Distancia [m]  r Relación de proporcionalidad: (caso ortogonal  = 0) r1r1 r2r2 I1I1 I2I2 E Relacion de superposicion: E = suma de las iluminaciones www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08 4πr 1 2 I 1 = 4πr 2 2 I 2 E = cos  Ir2Ir2

18 Tarea individual Que nivel de iluminación tiene la persona en su escritorio? 60 Watt Reflejo en el techo 10’000 Lux exterior Superficie ventana 3m 2 1.2 m 2.3 m 6.4 m 45  Nota: Una ampolleta de 60 Watt genera del orden de 1.3x10 5 Lux y tiene radio de unos 2 cm 70  4.3 m www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

19 Que son colores? Que son colores? Porque vemos “en color”? www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

20 Descomposición de la luz La luz es una onda electro-magnética, al igual que lo son rayos gamma, rayos X de radio o televisión. www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

21 Absorber y Emitir Las superficies en general absorben una parte y reflejan otra: www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

22 La realidad en colores B:92 G: 3 R: 6 B:49 G: 9 R:41 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

23 La realidad en colores B:92 G:2 R: 6 B:50 G:6 R:44 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

24 La realidad en colores B:57 G:17 R:26 B:11 G:23 R:66 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

25 La realidad en colores B:48 G:12 R:40 B:7 G:12 R:80 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

26 La realidad en colores B:49 G:21 R:30 B:8 G:26 R:68 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

27 Comprendiendo la luz Sir Isaac Newton Basado en lo que se mide www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

28 Un enfoque distinto Johann Wolfgang von Goethe Basado en lo que se percibe www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

29 Frecuencia de la luz Largo de onda dominante Punto blanco Largo de onda complementa rio Colores “inexistentes” www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

30 Reconociendo lo que nos interesa Si colores difícil …. www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

31 Test de Ishihara Ceguedad ante el color 25 29 45 56 6 8 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

32 Estimando profundidades www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

33 Estimando profundidades Aquí es el contraste lo que importa, no el color. www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

34 Aberración cromática Nuestro ojo corrige mediante filtros este efecto. Las cámaras lo hacen mediante el sistema de lentes sándwich. www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

35 11 22 Refracción A pasar de un medio a otro el haz es desviado. Los ángulos cumplen la relación: sin  1 sin  2 c1c2c1c2 = = n Con: c 1 : velocidad de la luz en el medio 1 c 2 : velocidad de la luz en el medio 2 n : índice de refracción www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

36 Refracción De no considerar estas distorsiones en nuestros cálculos tendremos algunos problemas www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

37 Refracción Si variamos el Angulo de incidencia en la superficie de un medio de mayor velocidad de la luz a uno de menor velocidad Existe un Angulo mínimo sobre el cual el rayo es reflejado en forma total. sin  limite c1c2c1c2 = = n c1c1 c2c2 c1c2c1c2  2 =  /2 11 22 sin  1 sin  2 c1c2c1c2 = = n  limite www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

38 Refracción total Imagen Reflejada en la superficie Zona “espejo” Zona “transpa- rente” www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

39 11 22 Doble Refracción 22 11 www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08

40 Lentes y distancia focal www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08 convexo concavo f f

41 Corrección por errores de enfoque www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08 Hipermetropía Miopía 1f1f = (n – 1) – 1R11R1 [ 1R21R2 ] R 1 > 0 convexo R 1 < 0 concavo R 2 > 0 concavo R 2 < 0 convexo Dioptría P = (fuente) (observador) R1R1 R2R2

42 = + Modificación de tamaño 1. Línea paralela -> se refracta por el foco 2. Línea por el foco -> se refracta en forma paralela 3. Línea por el centro no se desvía (aproximación de baja curvatura) Relaciones: GBGB gbgb = 1f1f 1g1g 1b1b Reglas para construir la imagen: www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08 G B b g f f

43 Contacto Dr. Willy H. Gerber wgerber@gphysics.net Instituto de Fisica Universidad Austral de Chile Campus Isla Teja Casilla 567, Valdivia, Chile www.gphysics.net – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-05-Optica-Version-04.08