Espectro de luz e suas frequências
Com a evolução da Física ao longo dos
anos, os cientistas perceberam que a luz possui um comportamento similar ao das
ondas,
a luz é uma oscilação de natureza eletromagnética e se propaga no vácuo com uma
dada velocidade que no vácuo é igual a 300.000 Km/s. Podemos associá-la como
exemplo, ao som[1], sem caracterizar muitos
detalhes o som é uma vibração mecânica
do ar, onde frequências diferentes caracterizariam sons graves e agudos. Assim
como o som, as frequências determinam as cores
para a luz, para uma determinada faixa de frequências podemos observar as cores,
e essa faixa de cores é chamada de
espectro de luz.
Figura
3 – Ilustra a faixa dentro do espectro eletromagnético visível, ou seja, o
Espectro Visível, escala em comprimento de onda (nm).
Os limites do espectro visível
variam de pessoa para pessoa mas via de regra os olhos
dos seres humanos tem uma faixa definida, se limitando entre 350nm a 700nm dos
comprimentos de ondas para a luz visível.
Podemos dizer então que para cada cor
temos uma determinada frequência e comprimento de onda que a distingue das
demais, temos por exemplo: a luz vermelha que é uma luz de menor frequência e
consequentemente menor energia, já o violeta é uma luz de maior frequência e
nos submete a maior energia.
Existe a relação entre comprimento de
onda (λ) e frequência (f), cuja relação é inversamente proporcional, onde o
comprimento da onda é dado pela divisão da velocidade da onda (no caso a
velocidade da luz (c = 3×108m/s), pela frequência da onda.
λ = c/f
Abaixo segue uma
tabela que ilustra bem cada faixa de frequência e comprimento de onda para as
faixas de luz visíveis
Comprimento
de onda de luz visível
|
||
Cor
|
Comprimento
de Onda (nm)
|
Frequência
(THz)
|
Vermelho
|
625 a 740
|
480 a 405
|
Laranja
|
590 a 625
|
510 a 480
|
Amarelo
|
565 a 590
|
530 a 510
|
Verde
|
500 a 565
|
600 a 530
|
Ciano
|
485 a 500
|
620 a 600
|
Azul
|
440 a 485
|
680 a 620
|
Violeta
|
380 a 440
|
790 a 680
|
Os estudos da energia da luz podem ser
observados em diversos trabalhos da física, desde Newton
com os estudos da separação da luz
branca utilizando um prisma, as mais sofisticadas técnicas de
análises espectrográficas.
Um exemplo muito próximo de nós que
mostra a energia transportada por um feixe de luz, é o efeito
fotoelétrico, que está presente nos shoppings ou estabelecimentos,
onde a porta abre sozinha quando nos aproximamos.
Um dos precursores nesse estudo foi
Heinrich Hertz em meados 1884, e outro trabalho muito famoso que explicou
satisfatoriamente o efeito publicado em 1905, intitulado “Um ponto de vista heurístico sobre a produção e transformação da luz”,
onde ninguém mais que Einstein
propôs uma explicação do efeito fotoelétrico e ganhou o prêmio Nobel por isso.
A relação energia (E) e frequência
(f), proposta por Einstein, é proporcional e está relacionada por uma
constante, a constante de
Planck (h), dada pela equação abaixo:
E = hf
Ao observarmos o espectro de
radiação por completo as ondas eletromagnéticas tem uma atuação
muito presente em nossas vidas, muito mais do que se imagina, a figura abaixo
trás as frequências para as ondas e algumas aplicações.
Figura 4 - Espectro Eletromagnético
O olho humano
Figura 5 - Esquema de
um olho humano
O olho humano é uma
estrutura esférica de 20 a 25 mm de diâmetro. A cobertura externa, conhecida
como “branco do olho”, é uma mebrana elástica resistente chamada de
esclerótica.
No frontal do olho,
a esclerótica arqueia para frente, formando a córnea. A córnea é o primeiro
elemento opticamente ativo do olho. A córnea permite a recepção de luz do
ambiente agindo como uma lente simples que começa captando e concentrando luz.
Atrás da córnea
econtra-se uma pequena câmara preenchida com um fluido, chamado humor vítreo ou
humor aquoso, similar ao fluido cerebral que banha as cavidades do cérebro.
Evidências embriológicas mostram que os componenetes nervosos do olho na
verdade se desenvolveram a partir da mesma estrutura que forma o cérebro.
O anel colorido que
se observa nos olhos, com um oríficio negro no centro, é uma membrana chamada
de íris, e a luz passa através desse oríficio negro, a pupila. A pupila, além
de variar com a intensidade da luz, também depende de variáveis emocionais,
como, por exemplo, quando o ser humano humano encontra-se em situação de
perigo. Nesse caso, uma das reações possíveis consiste na dilatação da pupila,
como um mecanismo de defesa, procurando deixá-lo mais atento ao que está
vivenciando. A dilatação da pupila é possível graças aos músculos ciliares.
No processo de
percepção da imagem, é importante mencionar que o olho humano possui uma região
conhecida como ponto cego, uma região do globo ocular que não tem células
nervosas; portanto, quando uma imagem é projetada sobre essa região não é vista
pela pessoa. Importante ainda é que os músculos responsáveis pelo controle do
globo ocular rotacionam em todas as direções, a fim de que a imagem seja
projetada sobre essas células sensíveis a luz da retina.
O cristalino está
localizado imeditamente atrás da pupila e é responsável por focalizar objetos,
curvando-se através dos músculos ciliares para focalizar objetos pertos e
ficando retílineo para focalizar objetos distantes.
A segunda e maior
câmara do olho está localizada atrás do cristalino, e é preenchida com
substância gelatinosa chamada de humor vítreo. Essa substância é geralmente
clara, apesar de alguns fragmentos serem encontrados fluando nela.
Figura 6 -Esquema da retina humana onde
pode ser observados cones e bastonetes.
A imagem real
formada pelo sistema óptico é focalizada numa rede elementos neurais que
envolvem a surperfície da parte de trás da maior câmara do olho, chamada
retina. A retina consiste em três camadas neurais, e a última a receber a luz é
a de fotorreceptores. As células finas, longas e cilindricas são chamadas de
bastonetes, e as mais curtas são chamadas de cones. A ponta dessas células
libera pigmentos com a absorção da luz e inicia o processo visual.
A visão
Ao
pensar sobre a visão humana geralmente é comum associarmos a capacidade de
enxergar aos olhos, contudo a visão é um mecanismo complexo do corpo que
captura relações espaciais e temporais de objetos que se encontram no espaço
visual formada pelo conjunto de olhos, nervos ópticos e cérebro.
O
processo de visão inicia-se na córnea, onde ocorre a entrada do estímulo
luminoso. A retina converte esse estímulo em sinais elétricos que são
transmitidos para o cérebro através do nervo óptico, que contém aproximadamente
um milhão de fibras nervosas. A chave para a percepção visual se encontra na
retina, que ocupa uma área de aproximadamente 1.000 mm² e é composta por cerca
de 100 milhões de sensores. Cada sensor converte somente uma parte do estímulo
luminoso da imagem para o sinal elétrico que será processado pelo cérebro. Para
se ter uma ideia comparativa. As câmeras digitais atuais possuem cerca de 16
milhões de sensores.
Então,
a visão ao contrário do que se possa pensar, não se processa diretamente. Na
realidade os objetos que os seres humanos enxergam são interpretados e
reconhecíveis porque o homem aprendeu a reconhecê-los assim. O sistema visual
não é simplesmente uma câmera, um receptor e registrador de informações. O olho
e o cérebro, juntos, constituem um sistema de informações que analisa e
processa a grande quantidade de dados que vêm do mundo exterior. O olho é
receptor seletivo da energia radiante, e o cérebro desempenha um papel
importante de integração. O cérebro dedica milhões de seus neurônios e trilhões
de suas sinapses à visão.
A
visão é a resposta ao estímulo luminoso que atravessa as camadas transparentes
da retina e, no nível dos cones e bastonetes, desencadeia reações fotoquímicas
que são transformadas em impulsos nervosos, transmitidos pelas fibras ópticas
aos centros cerebrais superiores. O sistema óptico é formado por um esquema
fisiológico complexo que permite interpretar não somente a sensação de cor, mas
também a profundidade, a textura, o movimento etc.
O
cérebro humano possui duas partes ligadas de tal forma que o hemisfério
esquerdo constrói o campo visual do direito e vice-versa. Um engano comum é
pensar que o olho direito está conectado ao hemisfério esquerdo e vice-versa.
Na verdade, os dois estão conectados a ambos os hemisférios. Mas devido ao fato
da óptica do olho reverter em esquerdo e direito, assim como em ponto superior
e inferior, a metade direita de cada olho vê a metade esquerda do campo visual,
e a metade esquerda de cada olho vê a metade direita do campo visual.
A percepção das cores
A
imagem é formada a partir da quantidade de luz refletida ou emitida pelo objeto
observado. A cor pode ser descrita de três formas: a cor física, a cor do
objeto e a cor percebida. A análise da cor física considera a descrição da cor
em termos de energia radiante da fonte emissora de luz. A cor do objeto é
aquela refletida por um objeto quando este é iluminado por uma fonte de luz (e
é essa cor que atinge o sistema visual do observador). A cor percebida pode ser
entendida como sendo a percepção imediata que se tem do objeto. Assim, a cor
pode ser considerada a propriedade de um objeto ou fonte de luz relacionada não
apenas às propriedades físicas do objeto ou fonte de luz, mas também às
características do sistema visual do observador.
Figura 7-Esquema da do olho onde pode
ser observada localização da fóvea
O
olho humano é capaz de perceber cores graças às células localizadas numa pequena
região da retina que pode ser localizada pelo eixo óptico, que é um eixo
imaginário que passa pelo centro da pupila. É no eixo óptico que se encontra
uma pequena depressão circular de aproximadamente 0,5 mm de diâmetro, chamada
de fóvea, local onde a imagem de um objeto observado frontalmente irá se
formar. Nessa região encontram-se apenas células cones, que são os elementos
ativos na visão colorida. Os cones são bem menos sensíveis a luz do que os
bastonetes e só permitem a visão para grandes luminosidades (condição para o
olho normal adaptado a uma luminância superior a 3 cd/m³). Como sua densidade é
maior no centro da retina, essa é a região principal para melhor se ter visão
das cores, ou fotóptica, ali se produz uma imagem colorida muito nítida. Estas
células são estimuladas de acordo com o comprimento de onda das cores, isto é,
cada comprimento de onda, vermelho, verde e azul, estimula um tipo de cone
diferente. A imagem formada pelo olho no cérebro será o conjunto de inúmeros
pontos cujo cada um será formando pelo conjunto de três tipos de cones
diferentes, um para cada radiação RGB.
[1] Convém esclarecer que
o som é uma vibração mecânica e portanto diferentemente da luz necessita de um
meio para se propagar. De outro lado uma onda sonora se propaga longitudinalmente , enquanto que para a luz a
sua propagação é transversal.
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