Óptica geométrica (Parte XIII)

2개월 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.

Introducción


Seguimos con el análisis de la maravillosa óptica geométrica y sus rayos luminosos con su propagación rectilínea, en la anterior publicación iniciamos con el extraordinario análisis de aquellos rayos imperceptibles para nuestros sistemas ópticos naturales (ojos), pero los mismos tienen gran impacto en innumerables actividades desarrolladas por el hombre, es por eso que a través de la óptica geométrica acompañada de la óptica física continuaremos conociendo al fabuloso espectro electromagnético generado por el fenómeno de la luz bien sea de manera natural o artificial.

Es importante poder resaltar nuestro punto de referencia en cuanto a dicho espectro electromagnético, es decir, el espectro de la luz visible para nuestros ojos, de allí hemos obtenido la base teórica-experimental que han sido fundamentales para extender el conocimiento relacionado con todo el espectro electromagnético, y con ello poder clasificar a cada uno de los distintos rayos que generan cada una de las ondas del mencionado espectro.

Con el análisis de los rayos ultravioletas (UV), pudimos demostrar que los mismos tienen esenciales aplicaciones en nuestras vidas, y que el hombre a través de la ciencia ha logrado traerlo a nuestra retina mediante el aumento de su longitud de ondas, este aspecto lo analizamos desde el punto de vista práctica, con métodos caseros con el fin de saber si era posible su invitación a nuestra espectro visual utilizando simples materiales caseros, sin embargo, pudimos demostrar que para lograr que estos rayos UV sean visibles se debe contar con ciertas condiciones óptimas y materiales esenciales para el diseño de los filtros de cristal para lograr tal fin.

El ojo humano se ha deleitado con cualquier tipo de rayos luminosos, estos los atraviesan con la finalidad de dar origen a espectaculares imágenes con distintas formas geométricas, llevando consigo colores a los que la óptica física los ha clasificado según sus longitudes de ondas dentro del mencionado espectro electromagnético, tal y como lo hemos comprobado con la luz visible y con luz UV, ahora extendemos nuestra mirada hacia los rayos denominados infrarrojos.

Nuestra fuente natural de luz es el Sol, el mismo nos ha permitido obtener su energía y de esta forma hemos conocido los distintos rayos luminosos con los cuales se ha estructurado todo el espectro electromagnético, en especial a los rayos visibles los cuales como ya expresamos constituyen nuestro punto de referencia, en donde, además tenemos que las ondas de radio poseen las mayores longitudes de ondas, y las de menor longitud pertenecen a los rayos X, gamma y como pudimos ver a los rayos ultravioletas.

Utilizando nuestra referencia (espectro visible), podemos visualizar el rango del espectro infrarrojo debido a que el mismo lo encontramos por debajo (infra) del color rojo, las radiaciones representan una forma de transferencia de energía, tal y como son los rayos UV y ahora los rayos infrarrojos, propagándose a través del vacío o de un medio físico o material en forma de ondas.

En el análisis de la luz UV pudimos expresar que la misma se hace visible para nuestros ojos al aumentar su longitud de ondas a través de filtros especiales, en relación a los rayos infrarrojos (IR) también debemos utilizar filtros que bloqueen la luz visible y deje pasar a la luz IR, en este caso dichos filtros deben reducir la longitud de ondas de los rayos IR ya que los mismos poseen mayor longitud de onda que la luz visible, es decir, a lo inverso que la luz UV.

Es importante poder ubicar estos rayos en cualquier partes en donde nos encontremos sobre todo en nuestras casas utilizando cualquier tipo de métodos bien sean caseros o a través de cualquier tipo de dispositivo profesionalmente diseñados, en esta oportunidad implementaremos la cámara fotográfica o instrumento óptico de un teléfono móvil con la finalidad de poder visualizar a estos rayos imperceptibles para nuestros ojos aunque los mismos los podemos sentir sobre nuestra piel, además conocer un poco sobre sus aplicaciones y por supuesto poder disfrutar de la emisión de tales rayos infrarrojos pertenecientes a nuestro nutrido y esencial espectro electromagnético.

Rayos infrarrojo (IR)


De la misma forma que para el análisis de los rayos UV, partiremos del principio fundamental de la óptica física, la cual expresa que el fenómeno de la luz es una radiación electromagnética que muy bien hemos denominado energía radiante, además, apoyándonos claro está en el principio de la óptica geométrica y su concepto de rayos luminosos con propagación rectilínea, por lo tanto, podemos expresar que los rayos luminosos (los cuales conforman un haz de luz) en su interior son ondas que se mueven en cualquier medio y con dirección rectilínea.

Los rayos infrarrojos (IR) al igual que los UV son emitidos principalmente por nuestra principal fuente de energía natural, el Sol, pero también los podemos obtener a través de una fuente luminosa de manera artificial, pero estos rayos a diferencia de la luz blanca no la podemos visualizar a simple vista a pesar de entrar en contacto con la materia, ya que los mismos IR se encuentran fuera de nuestro espectro visible, de allí la importancia de la implementación de filtros para poder observar su acción y utilizarlos de forma positiva en importantes áreas de interés dentro de la humanidad.

Por lo tanto, la luz infrarroja (IR) es una radiación electromagnética, en donde, de manera general su longitud de onda podemos decir que inicia aproximadamente entre los 760 a 780 nm, y como expresamos anteriormente es el límite del color rojo perteneciente al espectro de luz blanca o visible, llegando hasta los 10.000 a 15.000 nm, esto de acuerdo a relaciones de diferentes puntos de vistas o análisis.

Entonces, estos rayos se encuentran entre el espectro de luz blanca o visible y el espectro representado por las microondas, nuestro astro central, el Sol, constituye la fuente de forma natural que más genera este tipo de rayos invisibles a nuestros ojos, ya que estos rayos IR representan aproximadamente el 59 % de todo el espectro originado por luz solar y además constituye el 40 % de energía radiante que impacta en la corteza terrestre.

Algunos de nosotros podemos acordarnos de una de las aplicaciones de estos rayos infrarrojos, un ejemplo, lo representó la transmisión de algún tipo de información entre teléfono celulares a través de infrarrojos, estos dispositivos ofrecían esta opción, hoy en día debido a la acelerada evolución tecnológicas existen otras aplicaciones modernas para estos rayos IR en los dispositivos celulares, entre ella se encuentra poder controlar una tv a distancia como un control remoto, entre otras aplicaciones , lo importante para resaltar es que a pesar que nuestros ojos no pueden visualizar dichos rayos hemos tenido un constante vínculo con ellos.

Este tipo de radiación es considerado el agente físico más implementado en actividades como la fisioterapia, resultando ser un medio o herramienta de fácil aplicación y de rápido efecto, sin embargo, siempre se debe tener precaución al momento de su aplicación ya que si el tiempo de exposición a dichos rayos es muy prolongado puede causar daño en la piel, como el envejecimiento de la misma, entre otros tipos de dificultades como quemaduras en la piel.

Espectro de los rayos infrarrojo (IR)


Estos rayos infrarrojos son una forma de radiación electromagnética al igual que los rayos UV, por lo tanto, los rayos IR pertenecen a la excepcional familia del espectro electromagnético, y por tanto estos se determinan en longitudes de ondas con propagación rectilínea como nos ha transmitido la óptica geométrica, y la fracción espectral establecida para los rayos IR lo podemos visualizar en la siguiente figura 1.


En la anterior figura 1, podemos visualizar a tres sub-regiones del espectro infrarrojo, y las mismas las podemos clasificar de acuerdo a la Comisión Internacional de Iluminación como:

1.- Infrarrojo A, la cual va desde los 760 a 1.400 nm.

2.- Infrarrojo B, la cual va desde los 1.400 a 3.000 nm.

3.- Infrarrojo C, la cual va desde los 3.000 a los 10.000 nm.

A pesar de esta clasificación muchas áreas implementan otro tipo de división tales como:

-IR distales, cuyo rango se encuentra entre los 1.500 a 15.000 nm aproximadamente.

-IR proximales, cuyo rango se encuentra entre los 760 a 1.500 nm aproximadamente.

Es importante resaltar que existen fuentes artificiales de generación o producción de rayos IR los cuales podemos denominar como emisores no luminosos, ya que por lo general son resistencias eléctricas en forma de espirales o barras colocadas sobre alguna superficie refractaria, y los cuales generan IR distales, pero también tenemos los emisores luminosos como las lámparas especiales con filamentos de tungsteno colocados en ampollas de cristales y con su respectivo reflector para optimizar la direccionalidad de tales rayos emitiendo de esta forma infrarrojos proximales.

Nuestro cuerpo puede llegar a sentir el calor transmitido por este tipo de radiación infrarroja, en nuestras casas nos encontramos con fuentes de generación de este tipo de radiación, por ejemplo, una cocina eléctrica poseen resistencias en forma de espiral y cuando la misma se va calentando observamos un color rojo visible debido al calor que esta genera, pero cuando apagamos dicha hornilla a pesar de no ver el color rojizo en ella aún sigue emitiendo calor que nuestros ojos no poder ver, sin embargo, al acercar nuestras manos a dicha hornilla y a pesar que no se encuentra al rojo vivo sentimos que esta emite calor ya que no se encuentra totalmente fría, este tipo de calor es un ejemplo típico de radiación infrarroja distal, como podemos observar en la siguiente figura 2.


Esta radiación IR, también es posible sentirla en una fogata cuando los trozos de maderas a pesar de no estar al rojo vivo los mismos siguen generando calor, de forma de radiación infrarroja ya que nuestros ojos no pueden verlas, al menos que utilicemos algún dispositivo de visión nocturna (lentes o gafas u otro dispositivo), pero cualquier parte de nuestro cuerpo la puede sentir al acercarnos a dicha fuente de calor.

Es importante resaltar que cuando utilizamos algún tipo de dispositivo con visión nocturna podemos observar cualquier tipo de emisión de calor de menor o mayor intensidad, por lo tanto, cuando a través de dicha visión nocturna observamos fragmentos cada vez más rojos es debido a que esa área está generando calor con mayor intensidad, es decir, podemos observar las variaciones de calor emitidas por determinadas partículas, cuerpos u objetos de nuestro entorno, incluyendo nuestro propio cuerpo.

En nuestros hogares podemos encontrarnos con estos rayos IR cumpliendo algún tipo de función en cualquiera de nuestras actividades tal y como lo podemos demostrar en algunos dispositivos electrónicos los cuales denominamos control remoto, también los conocemos como mando a distancias, lo cierto es que la gran mayoría de estos dispositivos implementan estos rayos IR con la finalidad de poder realizar una determinada operación remota (a distancia) de una maquina o electrodoméstico en nuestras casas o en cualquier lugar en donde nos encontremos.

Por lo tanto, hoy en día podemos encontrarnos con gran cantidad de aparatos o artefactos eléctricos que son manipulados a través de controles remotos y sus rayos infrarrojos, entre algunos de estos instrumentos podemos mencionar a los televisores, equipo de sonidos, lavadoras, acondicionador de aire, DVD, computadoras, entre tantos otros más que forman parte de nuestra cotidianidad, haciendo más placentera cualquier tipo de actividad.

Estos rayos emitidos por estos controles remotos o mandos a distancias a simple vista no lo veríamos, sin embargo, podemos utilizar otros dispositivos electrónicos o instrumentos ópticos como las cámaras fotográficas de un teléfono celular para poder visualizar la acción de estos rayos infrarrojos como podemos observar en la siguiente figura 3.


Estos rayos infrarrojos también es posible captarlo al momento de reflejarse en un sistema óptico particular como un espejo tal y como lo podemos ver en la siguiente figura 4.


En la anterior figura 4, pudimos visualizar la implementación del fenómeno de la reflexión por los rayos IR, importante característica implementada en el diseño de lámpara luminosas las cuales emiten rayos infrarrojos proximales como podemos observar en la siguiente figura 5.


A través de diversos estudios se ha comprobado que la exposición extrema a los rayos infrarrojos en particular los IR-A, representan un peligro para nuestra salud de la piel, ya que los mismos pueden llegar a la capa más profunda de la misma, es decir, la hipo-dermis como podemos observar en la siguiente figura 6.


En la anterior figura 6, podemos observar como estos tipos de IR-A pueden penetrar hasta lo más profundo de nuestra piel, la hipo-dermis, esto genera en las personas una piel con arrugas profunda, piel muy fina y deshidratada, entre otras anomalías, en cuanto a las otras radiaciones, la IR-B y IR-C, son las responsables del calor que sentimos al entrar en contacto con los rayos solares, es decir, ocasionan el efecto térmico sobre nuestra piel.

Conclusión


El hombre y su gran interés por comprender su entorno lo ha llevado a realizar cualquier tipo de experimentación con la finalidad de poder extraer de nuestra naturaleza importante información que nos ha permitido elevar nuestra capacidad intelectual y en consecuencia calidad social, y el esencial fenómeno de la luz representa un claro ejemplo de este tipo de conocimiento de nuestro entorno ya que sin dicho fenómeno no podríamos captar nuestro universo.

Es importante resaltar la gran utilidad en nuestras vidas de este tipo de rayos imperceptibles a nuestra vista como lo son los rayos infrarrojos, y al igual que los rayos ultravioletas (UV), la ciencia ha logrado traerlo a nuestro espectro visible, para el caso de los UV alargando su longitud de onda, y para los rayos IR reduciendo la misma (longitud de ondas), por lo tanto, podemos decir que cualquier luz visible lleva consigo una radiación de luz infrarroja.

Cuando nuestros ojos son capases de visualizar la acción de estos rayos imperceptibles demostramos que los mismos existen y que además forman parte fundamental de nuestras más cotidianas actividades, en muchas ocasiones nos olvidamos de estos rayos bien sea por no poderlos ver o simplemente por desconocimiento, lo cierto es que la comprensión de los mismos nos ha llevado al lugar donde nos encontramos actualmente.

Si nos ponemos a detallar nuestro actual entorno notaríamos que la inmensa mayoría de los artefactos eléctricos que se encuentran tanto en nuestros sitios de trabajo como en nuestros hogares los podemos manipular a distancia gracias a la implementación de estos rayos infrarrojos, podemos decir que quizás esa es una de las más reconocidas de sus aplicaciones ya que notamos a diario y en cualquier instante.

Estos rayos infrarrojos son considerados como el agente físico más aplicado en importantes tareas como la fisioterapia, pero siempre se debe resaltar que debemos tener cuidado con su aplicación en cuanto al tiempo de exposición a los mismos, debido a que pueden causar graves lesiones a nuestra piel tal y como se mencionó en la figura 6 y el efecto nocivo de sus rayos IR-A ya que los mismos penetran hasta nuestra hipo-dermis.

Podemos entonces afirmar, que continuamos con nuestro objetivo primordial, es decir, poder disfrutar de la generación de cualquier tipo de imagen que pasa a través de nuestros ojos llegando a nuestra pantalla natural (retina), esto lo visualizamos en cada una de las figuras utilizadas en el desarrollo de este artículo, y con ello demostramos nuevamente que cualquier imagen siempre será parte de nosotros, gracias a la óptica geométrica y sus rayos luminosos con los cuales apreciamos nuestro muy complejo universo bien sea de forma objetiva, o de forma ilusoria.

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

Referencias Bibliográficas


[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] Lorente Jerónimo. La radiación solar. Universidad de Barcelona.
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Buenísimo, muy bien explicado. Tengo entendido que muchos doctores dividen en varias sesiones los tratamientos llevados a cabo con láser (para prevenir futuros daños que puedan ser causados por estos rayos).

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Gracias por la visita y comentar @rpcaceres, la radiación infrarroja tiene sus contra pero afortunadamente también poseen beneficios, la radiación infrarroja como aplicación se considera el agente físico más utilizado en actividades como la fisioterapia y entre muchas otras áreas más, sin embargo, la mejor forma de protegernos de ellos es tener una debida precaución a su exposición bien sea si la fuente de generación es natural (Sol) o artificial (emisores no luminosos como resistencias, o luminosos como lámparas), si es la segunda opción se debe acudir a profesionales en la materia.

Como lo he expresado en toda esta serie temática la Óptica desde su raíz geométrica, física y cuántica ha logrado estructurar el conocimiento relacionado al esencial fenómeno de la luz, conocimiento esparcido hacia las otras disciplinas científicas, permitiendo de esta forma poder fundamentar las bases teóricas-experimentales de dichas áreas, debido a que el hombre puede captar su entorno a través de la formación de cualquier tipo de imagen las cuales llevan consigo una determinada forma geométrica y un determinado color que atraviesan nuestros sistemas ópticos naturales (ojos), y de esta forma lograr consolidar cualquier tipo de aprendizaje relacionado con nuestra naturaleza.

En nuestro espectro electromagnético nos encontramos con toda una variedad de rayos luminosos bien sea de manera visible o imperceptible para nuestra mirada, lo importante es que a través de la óptica geométrica-física y la comprensión de estos rayos hemos aprendido a cuidarnos de ello, pero también a utilizarlos eficazmente en diversas actividades relacionadas con nuestra existencia. Gracias por enriquecer el artículo y por la visita a mi blog, un fuerte abrazo fraterno, saludos.



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