Sombras
Cuando los rayos de luz provenientes de una fuente puntual son obstruidos por un cuerpo la porción del espacio situada detrás del cuerpo opaco inaccesible a la luz se denomina sombra, al colocar una pantalla el área que no alcanza la luz también se denomina sombra.
Figura 1. Sombra. Fuente: propia.
Cuando una fuente de luz extendida como un foco se proyecta sobre un objeto se forman regiones de diferente intensidad una zona de sombra llamada umbra y otra llamada penumbra.
Figura 2. Sombra de diferente intensidad, umbra y penumbra. Fuente: propia.
En las figuras 1 y 2 la trayectoria de los rayos es en línea recta. Con el mismo concepto de rayo podemos entender la cámara oscura es muy simple demostrar la propagación rectilínea al formar una imagen invertida en la cámara oscura.
Cámara oscura
Una cámara oscura es un contenedor hueco con un orificio, también llamada cámara estenopeica, Alhacén inventó la cámara estenopeica con la que demostró que la luz viaja en línea recta y forma imágenes invertidas comparando el ojo humano con la cámara, también observó que dependiendo del tamaño del orificio será la calidad de la imagen.
Figura 3. Con dos rayos de luz es suficiente para determinar el tamaño de la imagen que forma una cámara oscura. Fuente: propia.
Fórmula de la cámara oscura se deduce a partir de la relación de triángulos semejantes y la relación de sus ángulos:
Donde
h= tamaño del objeto
l= distancia del objeto al orificio de la cámara oscura
h’=tamaño de la imagen formada por la cámara oscura
l’=distancia del orificio a la imagen
La unidad empleada es el metro [m]
También puedes revisar el siguiente video para tener mayor claridad del tema
Insertar video cámara oscura
Cámara oscura https://youtu.be/BoQnXjrPxiY.
Ejemplo
Un objeto de 1 metro de altura se encuentra a 6 metros del orificio de una cámara oscura, calcular el tamaño de la imagen si el tamaño de la cámara oscura es de 20cm (ver figura 3).
Cámara fotográfica
La cámara oscura antecede a la cámara fotográfica, para mejorar las imágenes obtenidas por una cámara oscura, se coloca una lente convergente. El significado etimológico de la palabra fotografía proviene del griego, fotos=luz, grafein=dibujando, que quiere decir dibujar con luz. La fotografía se inventó cuando la química y la física evolucionaron. En 1727 el médico Aleman Johan H. Schulze descubre que el nitrato de plata se oscurece cuando se expone a la luz, la primera imagen fotográfica fue tomada por Joseph Niépce en 1827. En 1839 Louis Daguerre desarrolla un método práctico de fotografía empleando yoduro de plata, en 1888 George Eastman introduce la cámara fotográfica ligera y barata Kodak, usando película. En el siglo XX los hermanos Lumiere desarrollan la fotografía de color. La cámara fotográfica es muy parecida al ojo humano.
Figura 4. Comparación del ojo humano con una cámara. Fuente: https://bit.ly/2JHZg1J
Imagen retiniana
Utilizando el concepto de rayo de luz y relacionando la cámara oscura, es posible entender la formación de imagen en la retina, ahora en lugar de imaginar un contenedor cuadrado o rectangular usamos uno esférico u ovoide, podremos tener una mejor idea de como se forma la imagen en la retina del ojo humano.
Figura 5. Formación de imagen en la retina. Fuente: https://bit.ly/2JHZg1J
Cada letra de la cartilla de optotipos está construida por 5 minutos de arco, para la línea de optotipos de la línea 20/20 a 6 metros de distancia corresponde aproximadamente a una altura de 8.7mm, en la práctica clínica de optometría decimos que un paciente tiene buena agudeza visual si logra distinguir la línea 20/20 a 6 metros de distancia. Utilizando el concepto de cámara oscura calculemos el tamaño de la imagen que se forma en la retina de un ojo esquemático si el tamaño del objeto corresponde a la línea 20/20 a 6 metros de distancia.
Ejemplo
Un optotipo de 8.7mm de altura se encuentra a 6 metros de un ojo esquemático de 24mm de longitud axial, calcular el tamaño de la imagen en la retina, (ver figura 3).
Para formar la letra E de la cartilla de optotipos se requiere estimular al menos 7 fotorreceptores, cada fotorreceptor tiene un tamaño aproximado de 2 a 3 micrómetros, suponiendo que el tamaño de un fotorreceptor es de 3 micrómetros, la altura mínima de la imagen es de 21 micras, por lo que al sacar la diferencia 34.8-21 sobra 13.8 micras, algunos pacientes logran tener una agudeza visual superior a 20/20, logrando 20/15 o 20/10. Por lo que el límite de la visión es de aproximadamente 0.6 minutos de arco y no de 1 minuto de arco.