Fundamentos de estudio de la atención y la percepción en Física

BLOQUE II: Fundamentos de estudio de la atención y la percepción

Tema 3: Física y óptica

A. FÍSICA DE LA LUZ Y EL SONIDO

1. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

De todo el espectro, somos sensibles tan solo al espectro visible.

• La luz es una forma de energía.
• Pertenece al espectro de radiación electromagnética.
• Puede entenderse como compuesta de partículas (fotones) o como fenómeno ondulatorio.

Somos sensibles tanto a las partículas como a parte de su comportamiento ondulatorio.

La luz es una forma de energía que se mueve a través del espacio vacío a alta velocidad, y es capaz de atravesar ciertas formaciones materiales sin alterarse. Solo pierde movimiento cuando es absorbida por otros cuerpos.

2. LAS ONDAS DE PRESIÓN DEL AIRE

• El sonido es una cualidad psicológica vinculada a las ondas de presión del aire.
• El aire es elástico.
• Definimos la perturbación en el tiempo como nivel de presión.
• Este nivel de presión es un fenómeno ondulatorio.

Somos sensibles a las ondas de presión de sonido.

3. ONDAS

Onda: perturbación en un medio que, una vez empezada, se propaga por sí misma, moviéndose en el espacio y en el tiempo.

3.1. Tipos de ondas

1. Onda periódica: muestra periodicidad, es decir, describe ciclos repetitivos. Como repite su comportamiento, podemos estudiarlo y predecir cómo actuará en el futuro.
2. Ondas no periódicas: son aquellas que no muestran periodicidad, de las que no es posible describir ciclos. No se pueden predecir.

Se puede definir el comportamiento de una perturbación de dos formas:

• A lo largo del tiempo.
• Imagen estática: espacio.

La luz la definimos en el espacio; el sonido, en el tiempo.

Tenemos dos tipos de ondas:

9Onda Longitudinal Onda Transversal

• Ondas transversales: (luz) se transmiten en el vacío (energía electromagnética). Se transmiten de forma perpendicular a la onda, hacia arriba y abajo.
• Ondas longitudinales: (sonido) se transmiten en un medio (onda mecánica). Van hacia delante y hacia atrás.

Las ondas transversales se pueden ver espacialmente, pero las longitudinales necesitan que sea temporalmente. Por eso, las ondas de sonido se suelen medir en Hertzios, mientras que la luz se mide en longitud de onda (nanómetros).

• Ondas simples y complejas La onda más sencilla (periódica, perturbación que se desplaza por sí misma temporalmente) es la onda seno / sinusoidal.

La luz tiene una periodicidad espacial de esta naturaleza.

cateto opuesto sen(a) =- hipotenusa

El seno de 0° es 0, el seno de 90° es 1. Por eso, en la onda, el valor del seno en la horizontal será 0. Al subir llegaría hasta 1, al bajar llegaría hasta -1.

.- sin(x): - 0.02, angle: 180 :0,1 -pi 0,0 pi 2pi '3pi" -- > :0,-1

De hecho, solemos componer las frecuencias con los componentes armónicos. Puedo llegar a una onda cuadrada sumando el seno.

4. CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS PERIÓDICAS

Las ondas periódicas tienen una serie de variables asociadas.

• Dimensiones espaciales: longitud de onda y frecuencia espacial.

displacement -+ -+ --- distance -

10Longitud de onda: distancia que recorre la onda hasta completar un ciclo. Es la distancia desde el inicio de un ciclo hasta el inicio del siguiente ciclo (distancia abarcada en una oscilación completa). Se puede calcular entre dos puntos idénticos cualesquiera.

Es la medida que utilizaremos en el caso de la luz, por convención. Determina la cualidad psicológica de la cromaticidad (color). La escala en que se mide es nanométrica: se mide tan rápido que completa ciclos a esa escala.

1 nm = 10 9m

Más longitud de onda hacia el rojo, menos hacia el violeta. Se habla de ultravioleta e infrarrojo porque, aunque el espectro visible se mide en longitud de onda, todo el espectro electromagnético está dado en frecuencia espacial, que es la inversa.

Wave displacement -+ -1 y -+ 1 metro

Frecuencia espacial: (inversa de la longitud de onda = 1/2) cuántos ciclos se completan en una unidad de medida. Número de oscilaciones que tienen lugar en una unidad de longitud.

• Dimensiones temporales: periodo y frecuencia temporal.

displacement - T y ---- -

Periodo: tiempo que tarda en repetirse la misma posición relativa de la onda (tiempo empleado en una oscilación completa). Se mide en segundos, milisegundos.

Periodo: T = 1/3 sg Frecuencia: f=1/T = 3Hz

1 segundo

Frecuencia temporal: (inversa del periodo) número de oscilaciones que tienen lugar en una unidad de tiempo en un mismo punto. Se mide en hertzios: número de ciclos por segundo.

Sonido: la dimensión psicológica vinculada a la frecuencia temporal es la tonalidad.

Al pasar a 20 Hz, se deja de oír como sonido puntual para escucharse en continuo. Frecuencias bajas dan lugar a sonidos más graves; las altas, a sonidos agudos.

111 4 25. Time Frequency Il z; 3000- 2000 1000-

Espectograma de un sonido

a

• Dimensiones espacio-temporales: velocidad de onda.

• Velocidad de onda: distancia que recorre la onda en un segundo.

Está en función de la longitud de onda y la frecuencia: vel onda = frecuencia · longitud de onda

Nosotros no somos sensibles a la velocidad de estas energías; no hay una dimensión psicológica.

La velocidad depende del medio, no de la frecuencia o la longitud de onda.

La luz tiene determinada velocidad, pero puede tener distinta longitud de onda. Esa es la idea de la relación inversa entre periodo-frecuencia temporal y longitud de onda-frecuencia espacial.

Uno tiene ondas muy amplias, pero hace menor número de oscilaciones.

• Velocidad de la luz en el vacío: 300 000 km/s.
• Velocidad del sonido en el aire: 340 m/s.
• Amplitud.

No tiene que ver con la longitud ni con su frecuencia. Es la distancia entre máximos y mínimos de la onda. Determina la energía de la onda.

Las dimensiones psicológicas vinculadas son:

• Luz: el brillo.
• Sonido: la sonoridad. Lo fuerte que es un sonido (percibimos más fuertes los sonidos agudos, pero a nivel matemático esto no tiene relación).
• Fase.

Informa del estado de la onda en ese momento con respecto a su ciclo. Hace referencia a la posición de la onda.

0° 90° 180° 270° 360º 90º 1 F A 180° 0° 360º 0 -1 270°

Si consideramos que el radio es 1, la altura del triángulo del ángulo alfa (45°) sería más o menos de 0,5 (valor del seno, dada la hipotenusa).

sen(a) = cateto opuesto hipotenusa

(No es exacto porque no es recto, es una circunferencia).

La fase es cuánto se ha desplazado la onda. Si el seno empieza en 0, si tengo un valor de seno 1, tiene una fase de 90°. Un valor 0 de nuevo tiene una fase de 180º. Un valor -1 tiene una fase de 270°.

En vez de grados, las fases se suelen dar en radianes (180° = " rad).

12Las ondas de sonido normalmente son ondas complejas: las ondas de presión se suman. Si hubiera dos ondas a la vez que tienen oscilación diferente (ascendente y descendente), como se suman, se anularían entre ellas. Por eso se habla de la fase relativa.

• Fase absoluta: posición de la onda en relación a una posición fija.

• Fase relativa: relación entre las posiciones de varias ondas.

La relación que habría entre las fases de las ondas de las que hablábamos (ascendente y descendente): se dice que tienen un desfase de T. Se juntarían en 180° ( radianes).

Si dos ondas tienen z de desfase, se anulan entre ellas.

Eso no da lugar a una dimensión psicológica. El interés de la fase es que la usamos en sonido.

Si estamos de frente a la fuente de sonido, no hay desfase entre las ondas. Al girar la cabeza, las dos ondas comienzan a separarse.

• Luz: el desfase es una clave utilizada para la visión en profundidad.
• Sonido: el desfase de las ondas sonoras (presión del aire) al llegar a los oídos es una clave para la localización espacial.

1 Figura 1.8. Diferencia interaural en intensidad. Una fuente sonora situada lateralmente produce una diferencia en la intensidad de la señal que llega a ambos oídos. Algo que no sucede cuan- do la fuente está frente al oyente.

13B. ÓPTICA

• Fenómenos ópticos naturales: sombreado, cámara obscura, imagen retinal.
• La luz proviene de una fuente (iluminante): la fuente determina si la luz es puntual (día soleado) o difusa (día nublado).
• Viaja en líneas rectas: divergentes desde un punto de modelo de Kepler. Para entender el comportamiento óptico, se debe entender que cuando la luz parte de un punto lo hace en todas las direcciones posibles e interacciona con los objetos.
• Cambia su trayectoria en contacto con objetos: tres tipos de transformaciones (reflexión, transmisión y absorción).

Cuando recoges la luz, ha pasado por la fuente y ha pasado por diferentes medios en los que ha sufrido esas transformaciones.

1. LA PROYECCIÓN DEL SOMBREADO

La luz en nuestro medio se comporta de manera rectilínea. Se sabe por el sombreado: un objeto que no absorbe la luz no la deja pasar.

Si tenemos una fuente puntual de luz que ilumina un objeto colocado a una cierta distancia, se produce una sombra ampliada que reproduce la silueta del objeto.

Si el mismo objeto es iluminado por dos fuentes puntuales de luz, algunas partes de la sombra seguirán sin ser iluminadas por ningún rayo de luz: es la umbra, donde la falta de luz es más fuerte. Otras partes serán iluminadas por una sola luz (penumbra), y otras por ambas luces simultáneamente.

Ese comportamiento permite la detección de la dirección de la luz.

2. LA CÁMARA OBSCURA

Se realiza una pequeña abertura circular en la cámara, de las dimensiones de una cabeza de alfiler. Si delante de la apertura se coloca una figura iluminada sobre fondo negro, se ve que en la pared de la cámara obscura se proyecta la imagen invertida del objeto.

b A Obstacle Screen

Cualquier sistema que tenga un agujero lo suficientemente pequeño como para que pase 1 trayectoria de la luz, solo se vería reflejado en un determinado punto.

La luz se comporta de manera rectilínea. Si hay un agujero lo suficientemente pequeño, sé que solo una trayectoria de luz puede pasar en determinada dirección. Un mismo punto del exterior solo puede pasar por un punto del interior.

Eso es un mecanismo de cámara obscura: si tenemos un agujero de aguja, tenemos una proyección perfecta de lo que hay fuera.

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