Óptica geométrica (Parte X)

4개월 전


En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de steemit, en especial a #stem-espanol, #steemstem, #curie, #cervantes, #entropia y #steemitasclub, seguimos con el vínculo entre la óptica y la geometría, es decir, la óptica geométrica.


Con la óptica geométrica nos hemos familiarizado con distintos fenómenos presentes en nuestro entorno, pero sobre todo con el importante fenómeno de la luz, dicho fenómeno activa a otros tal y como es el caso de la reflexión y refracción de los rayos luminosos que componen un haz de luz, cualquier objeto de nuestro alrededor puede tener la capacidad de emitir luz, bien sea de manera natural o artificialmente, pero podemos decir que algunos objetos a pesar de no tener luz propia pueden ser iluminados por alguna fuente luminosa y de esta forma emitir rayos luminosos que al ser proyectados en nuestra retina dibujan o grafican la forma geométrica de dicho cuerpo u objeto emisor de tales rayos luminosos, es decir, generan o construyen una imagen.

Aunque el estudio y el cuidado de la formación de las imágenes vienen desde mucho tiempo atrás, podemos decir que en nuestros días esta actividad ocupa un importante lugar en todo el campo de la ciencia, gracias a la elaboración de los extraordinarios instrumentos ópticos la ciencia ha evolucionado exponencialmente y con ello cualquier actividad relacionada con el desarrollo de toda la humanidad, esto sin duda, lo pudimos comprobar en los anteriores artículos relacionados a la gran utilidad de estos dispositivos en nuestras vidas.

En esta oportunidad analizaremos las denominadas ilusiones ópticas, y las mismas podemos expresar que son aquellas imágenes las cuales podemos percibir con nuestro sentido visual de manera diferente como realmente son, estas ilusiones ópticas se generan principalmente por la disposición de las diferentes imágenes que pudieran estar a nuestro alrededor, pero también influye otras características como el efecto de los colores o la incidencia de una determinada fuente luminosa, es decir, innumerables efectos visuales que logran confundir a nuestro sistema óptico natural.

La óptica geométrica le ha aportado a la formación de cualquier imagen la mayor calidad posible, y esto se ha trasladado a nuestros ojos mediante la corrección de la formación de imágenes en nuestra retina, a través de la implementación de diferentes tipos de lentes, por lo tanto podemos asegurar que cada uno de los instrumentos ópticos se inspira en nuestro complejo sentido visual, por ejemplo pudimos demostrar que la cámara fotográfica se basa en el principio de la cámara oscura y la misma lo hace con nuestro globo ocular, entonces, el funcionamiento de dicho instrumento óptico es análogo a la del ojo humano, conoceremos algunos tipos de ilusiones ópticas como la ilusión de Meller-Lyer, el fenómeno de postimagen, efecto fatiga, persistencia visual, entre otros increíbles fenómenos que logran engañar a nuestros ojos.


Los rayos luminosos son los encargados de transportar una imagen hacia una determinada pantalla receptora de los mismos, tal como lo hace nuestra retina o hacia cualquier estructura fotosensible como las implementadas por algún instrumento óptico que logra captura una imagen como las cámaras fotográficas, pero es importante preguntarnos ¿esta emisión de rayos luminosos nos muestra solamente la percepción de nuestra realidad objetiva? En realidad no es así, ya que cualquiera de nosotros podría percibir algún tipo de imagen no acorde con la realidad, y cuando esto sucede estamos en presencia de una ilusión óptica, lo extraordinario de estas imágenes es que nos las podemos encontrar en cualquier lugar, en cualquier plano o espacio-tiempo.

Por lo tanto, cualquier ilusión óptica es una imagen que percibimos pero que difiere de nuestra realidad objetivo, para ello es importante tomar en cuenta algunas características tales como la disposición u orientación de las imágenes, ya que podríamos captar distintas formas geométricas bien sea de una imagen o de una fuente luminosa al cambiarnos de posición, el efecto de los colores también inciden en la formación de cualquier ilusión óptica, así como la influencia de los rayos luminosos (fuente de luz) hacia un determinado objeto, tal y como lo observaremos en las siguientes figuras.



En las anterior figuras, podemos observar el punto o emisión de luz (fuente luminosa) que origina la ilusión óptica, es decir, la visualización de una forma geométrica que en realidad no existe, pero que nos deslumbra a través de nuestro sentido visual, y que tiene como protagonista principal a los rayos luminosos y la construcción de imágenes a través de figuras geométricas, utilizando además a los fenómenos tanto de la reflexión y refracción, principios elementales o esenciales brindados por la ciencia física y su óptica geométrica.

Pero este punto o fuente de emisión de luz artificial nos podría proporcionar otra forma o imagen desde otra ubicación u orientación de la cámara fotográfica en esta oportunidad la misma estará ubicada a 90°, por lo tanto, frontal a dicha bombilla como podemos observar en la siguiente figura 2.


También es importante resaltar que la Psicología, ciencia encargada del estudio de nuestra mente y de los distintos estados y procesos mentales, es la base para estas ilusiones ópticas, claro, en esta oportunidad solo nos enfocaremos en aquellas ilusiones ópticas que podríamos observar gracias a la influencia de los rayos luminosos en cualquier instrumento óptico artificial o natural como nuestra vista, y de acuerdo a las características antes planteadas relacionadas a los principios o leyes de la óptica geométrica.

Las imágenes ilusorias anteriores no siempre la percibimos tan claras como las observamos en las anteriores figuras, en muchas ocasiones cualquier imagen borrosa o difusa logra confundir nuestra percepción visual, generando que los rayos luminosos transporten hacia nuestra retina una imagen con diferentes características, como lo podemos visualizar en la siguiente figura 3.


Innumerables tipos de ilusiones ópticas nuestros ojos pudieran captar de nuestro alrededor o medio ambiente, en donde nos podemos encontrar algunas ilusiones tales como:

La ilusión de Muller-Lyer

Este tipo de ilusión óptica es una de las reconocidas, y la misma nos hace ver que dos objetos o segmentos del mismo tamaño parezcan diferentes, es decir, uno más grande que el otro, cuando en realidad son del mismo tamaño, esta técnica consiste en colocar o agregar otros segmentos en los extremos de cualquier objeto (como fechas) como podemos observar en la siguiente figura 4.


Nuestro sentido visual puede recibir la emisión de rayos luminosos que nos demuestran que nuestras percepciones son limitadas, y por lo tanto, en algunas ocasiones ilusorias como lo podemos ver en la siguiente figura 5.


En la figura 5, observamos la misma imagen de una encantadora niña repetida tres veces (Mi ayudante, Nicole), pero que aparentemente la tercera de ellas nos parece más alta, este efecto es debido a las líneas que se encuentran tanto en la pared como en el suelo, ya que las tres imágenes son exactamente iguales de tamaño.

Fenómeno de postimagen

Este fenómeno óptico se origina cuando miramos fijamente por cierto intervalo de tiempo a una misma figura u objeto, y al apartar la vista los rayos luminosos que transportaron dicha imagen hacia nuestra retina logran grabar a dicha imagen en nuestra retina por algunos segundos más, como se puede comprobar con la siguiente figura 6.


Si permitimos que los rayos emitidos por estas figuras entren por nuestros instrumentos ópticos (ojos) por un determinado lapso de tiempo, notaremos que al voltear nuestra mirada aún seguimos viendo a tales imágenes creadas en nuestra retina, por ejemplo, si observamos fijamente entre 15 a 20 segundos el centro de cualquiera de estas dos forma geométricas circulares, y luego apuntamos nuestra visión hacia el centro de la zona gris en donde se encuentre un punto negro, podemos lograr una ilusión óptica de la otra figura que no hemos mirado fijamente.

También nos encontramos con otros increíbles fenómenos ópticos como el de la siguiente figura 7.


En la anterior figura 7, podemos observar que dicha matriz se encuentra constituida por varias líneas las cuales se cruzan en puntos blancos, sin embargo, pudieron notar que al observar dicha figura nos da la sensación de la presencia de puntos grises, y los mismos al mirarlos fijamente se convierten en blancos, es importante resaltar la acción de los colores en este tipo de fenómeno óptico, en la siguiente figura experimentaremos al cambiar algunos puntos blancos ubicados en la intercepción de las líneas de dicha matriz y podremos notar que el efecto óptico no resulta de la misma forma como comprobaremos en la siguiente figura 7.1.


En esta figura experimentamos al quitar en las dos primeras columnas de dicha matriz la intensidad de los puntos blancos, y en las columnas 3 y 4 sustituimos los puntos blancos por diferentes colores (azul, naranja, amarillo), y con ello observamos que el comportamiento de dicho fenómeno óptico en tales puntos de colores no es el mismo cuando en su lugar estaban los puntos blancos, e incluso el comportamiento óptico en los puntos de las columnas 1 y 2 también es diferente aunque podemos observar en dichos espacios puntos grises pero con menor intensidad que en los de las columnas con puntos blancos más resaltantes.

El efecto de los colores, la disposición de las figuras o imágenes, al igual que la forma como inciden los rayos luminosos (o fuente de luz) en cualquier sistema óptico incluyendo principalmente el nuestro, representan importantes variables a la hora de percibir una determinada ilusión óptica, tal y como se indicó al inicio de esta publicación, resaltando que existen otras variables pero estas son muy determinantes a la hora de observar estos tipos de fenómenos ópticos.

Efecto fatiga

Este fenómeno consiste en el cansancio que puede sufrir nuestra retina al mirar mucho tiempo una determinada forma o imagen, originando que algunos objetos o figuras “desaparezcan” de nuestro sentido visual por algunos segundos, como lo podemos comprobar a través de la emisión de rayos luminosos de la siguiente figura 8.


Al fijar nuestra mirada por varios segundos en el centro de dicha imagen, en donde aparece un punto negro, notaremos que las formas coloreadas que se encuentran alrededor de dicho centro van desapareciendo poco a poco, esto podríamos decir que se debe a nuestro enfoque a los rayos luminosos emitidos por el punto que estamos mirando fijamente y bloqueamos de alguna manera aquellos rayos que provienen de las otras formas circundantes a dicho centro.

Pero también nos podemos encontrar con imágenes que origina una interesante ilusión óptica, ya que nos hacen ver líneas curvadas donde nos las hay, como lo podemos observar en la siguiente figura 9.


Al observar la anterior imagen podemos notar como si algunas líneas que conforman dichas cuadrículas están curvadas, pero en realidad son líneas rectas totalmente paralelas, lo que engaña a nuestra visión son los rayos luminosos emitidos por los pequeños cuadros en el interior de dichas cuadrículas, en el gif al inicio de la publicación podemos observar que al quitar estos pequeños cuadros se comprueba que se trata de una interesante ilusión óptica.


La óptica geométrica ha sido nuestra herramienta desde el punto de vista físico-matemático para la comprensión de toda clase de imagen que se pueda originar en cualquier tipo de superficie receptora (natural o artificial) de todos aquellos rayos luminosos que salen de cualquier cuerpo, objeto o espacio de nuestro complejo pero majestuoso universo, la imagen una de las más resaltantes característica estudiada por esta ciencia, y las misma se origina gracias a la implementación de la luz, fenómeno que nos permite el deleite de nuestro entorno, y que sin ella (luz) nada sería lo mismo.

Cualquier persona que tenga el placer de poder contar con su sentido visual podrá encontrar infinidades de formas y figuras a su alrededor, pero es importante resaltar desde el punto de vista de la óptica geométrica que todas estas imágenes son transportadas por rayos luminosos hasta llegar a la retina, sensible estructura receptora de nuestro complejo instrumento óptico natural, no sin antes reflejarse o refractarse dichos rayos ( de acuerdo al origen del cuerpo, objeto o espacio emisor de los rayos) antes de formar la imagen.

Ahora bien estas imágenes poseen alguna forma geométrica, y con esto estamos relacionándonos con los principios esenciales de la óptica geométrica, rayos luminosos, formas geométricas, fenómenos de reflexión y refracción y todo aquello relacionados con tales principios, siempre es importante resaltar lo antes descrito ya que toda clase de imagen que se genera en nuestra retina utiliza a tales fenómenos, podríamos expresar que a través de la formación de las imágenes podemos captar nuestro entorno tal y como es, sin embargo, existe innumerables efectos visuales que nos inducen a la confusión, encontrándonos con las denominadas ilusiones ópticas.

Estas ilusiones ópticas las podemos observar en cualquier lugar en donde nos encontremos, y las hay de diferentes tipos, algunas analizadas en este artículo enfocándonos en características tales como, efectos de los colores, tal y como lo pudimos comprobar en las figuras 7 y 7.1, la disposición de las imágenes, es decir, la forma como se estructura la misma, como lo pudimos notar en cada ejemplo presentado, con la finalidad de originar la ilusión óptica requerida, la forma y manera de incidencia de los rayos luminosos involucrados en tales ilusiones ópticas, como lo notamos en todas los anteriores ejemplos, en especial en las figuras 1 y 2, en donde pudimos comprobar que de acuerdo a la orientación en cuanto a la captación de dichos rayos podemos originar una determinada ilusión óptica.

Toda ilusión óptica confunde o engaña a nuestra visión, bien sea con una imagen que no se encuentra presente o que se combina con otra que si está presente en nuestra realidad, pero que utiliza parte de esta imagen para generar otra supuesta imagen, lo cierto es que cualquiera de nosotros podemos decir que hemos sido testigos fidedignos de tales ilusiones ópticas y que además en la gran mayoría de las oportunidades hemos disfrutado de tales efectos visuales.

El objetivo de esta publicación es poder disfrutar de la formación de imágenes ilusorias, y resaltar además que las mismas utilizan los principios y los aportes realizados por la óptica geométrica desde el punto de vista de la ciencia Física-Matemática, la imagen siempre estará presenta en nuestras vidas debido a que de esta forma es que percibimos nuestro entorno tanto de manera objetiva y ahora ilusoria, como lo comprobamos con todos los anteriores ejemplos.

Hasta otra oportunidad mis apreciados lectores de steemit, en especial a los miembros de la gran comunidad de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de otras dos maravillosas comunidades como los son #steemstem y #curie, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este ejemplar proyecto, nos permiten resaltar la excelente tarea de la academia y de todo el campo científico.

Nota: Todas las imágenes fueron elaboradas usando las aplicaciones Paint, Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape, las imágenes fotostáticas fueron captadas por el instrumento óptico (cámara fotográfica) del teléfono celular ZTE BLU Life Play 2, y la figura 2 fue complementada utilizando la imagen de dominio público extraída de pixabay.com, a continuación su respectiva fuente.



[1] Charles H. Lehmann. Geometría Analítica. Décima tercera reimpresión. Editorial Limusa. México, D.F. 1989.
[2] Jennings, G.A. Geometría moderna con aplicaciones. Springer, New York, 1994.
[3] Raymod A. Serway y John W. Jewett, Jr. Ed. Thomson. Física. Edición 1 y 3. [4] Giancoli, D.C. Física, principios y aplicaciones, Reverté S.A. España, 1985.
[5] Cornejo Rodríguez Alejandro, Urcid Serrano Gonzalo. Óptica geométrica. Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. 2 da edición, octubre 2005.
[6] Cabrera J. Manuel, Fernando J. López, Fernando A. López. Fundamentos de Óptica Electromagnética, Addison-Wesley Iberoamericana, 1993.
[7] Young Hugh D. Fundamentos de la Óptica y Física Moderna, McGraw-Hill, 1971.
[8] Santos Benito Julio. Manual de óptica geométrica. UNIVERSIDAD DE ALICANTE.
[9] Ruiz Beviá Francisco. Ilusiones Ópticas. Universidad de Alicante.
[10] Lazzari Luisa, Moulia Patricia, Gervasoni. Aportes de las ilusiones ópticas a diferentes campos del conocimiento. Universidad de Buenos Aires, noviembre de 2015.
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Me enteré de esta entrada por el podio de #stem-espanol. Muy buena entrada estimado @rbalzan. Disfruté las ilusiones.

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Que bueno que lo disfrutara estimado @capp, y agradecido por su visita a mi blog. Saludos fraternos.

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Gracias a la comunidad de Cervantes por su valioso apoyo, en especial al curador @ramonycajal. Saludos.

Excelente recopilación de ilusiones ópticas, es importante que muchas personas sepan que incluso detrás de estas imágenes divertidas, hay fundamentos científicos bastante interesantes. Saludos!

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Es grato encontrar comentarios acertados como este @aleestra, gracias por la visita al blog. Un saludos fraternos.



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