La reflexión difusa es el reflejo de la luz u otras ondas o partículas de una superficie, de manera que un rayo que incide en la superficie se dispersa en muchos ángulos en lugar de en un solo ángulo, como en el caso de la reflexión especular . Se dice que una superficie reflectora difusa ideal muestra una reflexión de Lambert , lo que significa que hay una luminancia igual cuando se ve desde todas las direcciones que se encuentran en el semiespacio adyacente a la superficie.
Una superficie construida a partir de un polvo no absorbente como el yeso , o de fibras como el papel, o de un material policristalino como el mármol blanco , refleja la luz de manera difusa con gran eficiencia. Muchos materiales comunes exhiben una mezcla de reflexión especular y difusa.
La visibilidad de los objetos, excluyendo los que emiten luz, está causada principalmente por el reflejo difuso de la luz: es una luz difusa que forma la imagen del objeto en el ojo del observador.
Mecanismo [ editar ]
La reflexión difusa de los sólidos generalmente no se debe a la rugosidad de la superficie. De hecho, se requiere una superficie plana para dar reflexión especular, pero no evita la reflexión difusa. Un trozo de mármol blanco muy pulido sigue siendo blanco; Ninguna cantidad de pulido lo convertirá en un espejo. El pulido produce un reflejo especular, pero la luz restante continúa reflejándose de manera difusa.
El mecanismo más general por el cual una superficie produce una reflexión difusa no involucra exactamente la superficie: la mayor parte de la luz es contribuida por centros de dispersión debajo de la superficie, [2] [3] como se ilustra en la Figura 1. Si uno fuera a imaginar que la figura representa la nieve, y como los polígonos son sus cristalitos de hielo (transparentes), la primera partícula refleja un rayo (un pequeño porcentaje), entra en ella, vuelve a reflejarse en la interfaz con la segunda partícula, entra en ella , incide en el tercero, y así sucesivamente, generando una serie de rayos dispersos "primarios" en direcciones aleatorias que, a su vez, a través del mismo mecanismo, generan un gran número de rayos dispersos "secundarios", que generan rayos "terciarios" , Etcétera.[4]Todos estos rayos caminan a través de los cristales de nieve, que no absorben la luz, hasta que llegan a la superficie y salen en direcciones aleatorias. [5] El resultado es que la luz que se envió se devuelve en todas las direcciones, por lo que la nieve es blanca a pesar de estar hecha de material transparente (cristales de hielo).
Para simplificar, aquí se habla de "reflexiones", pero más generalmente la interfaz entre las partículas pequeñas que constituyen muchos materiales es irregular en una escala comparable con la longitud de onda de la luz, por lo que se genera luz difusa en cada interfaz, en lugar de un solo rayo reflejado. Pero la historia se puede contar de la misma manera.
Este mecanismo es muy general, porque casi todos los materiales comunes están hechos de "cosas pequeñas" unidas. Los materiales minerales son generalmente policristalinos : se pueden describir como hechos de un mosaico 3D de pequeños cristales defectuosos de forma irregular. Los materiales orgánicos suelen estar compuestos de fibras o células, con sus membranas y su compleja estructura interna. Y cada interfaz, falta de homogeneidad o imperfección puede desviarse, reflejar o dispersar la luz, reproduciendo el mecanismo anterior.
Pocos materiales no causan reflexión difusa: entre estos hay metales, que no permiten que la luz entre; gases, líquidos, vidrio y plásticos transparentes (que tienen una estructura microscópica amorfa similar a un líquido ); Cristales simples , como algunas gemas o un cristal de sal; y algunos materiales muy especiales, como los tejidos que forman la córnea y la lente de un ojo. Sin embargo, estos materiales pueden reflejarse de manera difusa si su superficie es microscópicamente áspera, como en un vidrio helado (Figura 2), o, por supuesto, si su estructura homogénea se deteriora, como en las cataratas de la lente del ojo.
Una superficie también puede exhibir una reflexión tanto especular como difusa, como es el caso, por ejemplo, de las pinturas brillantes utilizadas en la pintura para el hogar, que también proporcionan una fracción de la reflexión especular, mientras que las pinturas mate proporcionan una reflexión casi exclusivamente difusa.
La mayoría de los materiales pueden proporcionar una reflexión especular, siempre que su superficie pueda pulirse para eliminar irregularidades comparables con la longitud de onda de la luz (una fracción de un micrómetro). Dependiendo del material y la rugosidad de la superficie, la reflexión puede ser en su mayoría especular, en su mayoría difusa, o en cualquier lugar intermedio. Algunos materiales, como los líquidos y los vidrios, carecen de las subdivisiones internas que producen el mecanismo de dispersión del subsuelo descrito anteriormente y, por lo tanto, proporcionan solo la reflexión especular. Entre los materiales comunes, solo los metales pulidos pueden reflejar la luz especularmente con alta eficiencia, como en el aluminio o la plata que se usa generalmente en los espejos. Todos los demás materiales comunes, incluso cuando están perfectamente pulidos, generalmente no ofrecen más que un poco de reflexión especular, excepto en casos particulares, como el ángulo de pastoreo.reflejo de un lago, o el reflejo total de un prisma de vidrio, o cuando está estructurado en ciertas configuraciones complejas, como la piel plateada de muchas especies de peces o la superficie reflectante de un espejo dieléctrico . La reflexión difusa puede ser altamente eficiente, como en los materiales blancos, debido a la suma de las muchas reflexiones subsuperficiales.
Objetos de color [ editar ]
Hasta este punto se han discutido objetos blancos, que no absorben la luz. Pero el esquema anterior sigue siendo válido en el caso de que el material sea absorbente. En este caso, los rayos difusos perderán algunas longitudes de onda durante su recorrido en el material y emergerán de color.
La difusión afecta el color de los objetos de manera sustancial porque determina la trayectoria promedio de la luz en el material y, por lo tanto, hasta qué punto se absorben las distintas longitudes de onda. [6] La tinta roja se ve negra cuando permanece en su botella. Su color vivo solo se percibe cuando se coloca sobre un material dispersante (por ejemplo, papel). Esto es así porque la trayectoria de la luz a través de las fibras de papel (y a través de la tinta) tiene solo una fracción de milímetro de largo. Sin embargo, la luz de la botella ha cruzado varios centímetros de tinta y ha sido muy absorbida, incluso en sus longitudes de onda rojas.
Y, cuando un objeto coloreado tiene reflejo difuso y especular, generalmente solo se colorea el componente difuso. Una cereza refleja la luz roja difusa, absorbe todos los demás colores y tiene una reflexión especular que es esencialmente blanca (si la luz incidente es luz blanca). Esto es bastante general, ya que, a excepción de los metales, la reflectividad de la mayoría de los materiales depende de su índice de refracción , que varía poco con la longitud de onda (aunque esta variación es la que causa la dispersión cromática en un prisma ), por lo que todos los colores se reflejan. Casi con la misma intensidad. Los reflejos de origen diferente, en cambio, pueden ser de color: reflejos metálicos, como en oro o cobre, o reflejos interferenciales :Iridiscencias , plumas de pavo real, alas de mariposa, elytra de escarabajo o el revestimiento antirreflectante de una lente.
Importancia para la visión [ editar ]
Al observar el entorno que lo rodea, la gran mayoría de los objetos visibles se ven principalmente por reflexión difusa desde su superficie. Esto se mantiene con pocas excepciones, como vidrio, líquidos reflectantes, metales pulidos o lisos, objetos brillantes y objetos que emiten luz: el sol, lámparas y pantallas de computadora (que, sin embargo, emiten luz difusa ). En el exterior es lo mismo, con la excepción de un flujo de agua transparente o de los colores iridiscentes de un escarabajo. Además, la dispersión de Rayleigh es responsable del color azul del cielo y la dispersión de Mie para el color blanco de las gotas de agua de las nubes.
La luz dispersada de las superficies de los objetos es, con mucho, la luz primaria que los humanos observan visualmente. [7] [8]
Interreflexión [ editar ]
La interreflexión difusa es un proceso mediante el cual la luz reflejada de un objeto golpea a otros objetos en el área circundante, iluminándolos. La interreflexión difusa describe específicamente la luz reflejada de objetos que no son brillantes o especulares . En términos de la vida real, esto significa que la luz se refleja en las superficies no brillantes, como el suelo, las paredes o la tela, para alcanzar áreas que no están directamente en vista de una fuente de luz. Si la superficie difusa está coloreada , la luz reflejada también está coloreada, lo que da como resultado una coloración similar de los objetos circundantes.
En gráficos de computadora en 3D , la interreflexión difusa es un componente importante de la iluminación global. Hay varias formas de modelar la interreflexión difusa al renderizar una escena. La radiosidad y el mapeo de fotones son dos métodos comúnmente utilizados.
dioptría ( ortografía británica ) o dioptría ( ortografía estadounidense ) es una unidad de medida de la potencia óptica de una lente o espejo curvo , que es igual al recíproco de la distancia focal medida en metros . (1 dioptría = 1 m −1 .) Por lo tanto, es una unidad de longitud recíproca . Por ejemplo, una lente de 3 dioptrías trae paralelos los rayos de luz para enfocar a 1 / 3metro. Una ventana plana tiene una potencia óptica de cero dioptrías y no hace que la luz converja o divida.
Las dioptrías también se usan a veces para otros recíprocos de distancia, particularmente los radios de curvaturay la vergencia de los haces ópticos. El uso fue propuesto por el oftalmólogo francés Ferdinand Monoyer en 1872, basado en el uso anterior del término dioptrice por Johannes Kepler . [1] [2] [3]
El principal beneficio de usar la potencia óptica en lugar de la distancia focal es que la ecuación del fabricante de lentes tiene la distancia del objeto, la distancia de la imagen y la distancia focal, todo como recíprocos. Un beneficio adicional es que cuando las lentes relativamente delgadas se colocan juntas, sus poderes se agregan aproximadamente. Por lo tanto, una lente delgada de 2.0 dioptrías colocada cerca de una lente delgada de 0.5 dioptrías produce casi la misma distancia focal que una lente única de 2.5 dioptrías.
Si bien la dioptría se basa en el sistema SI , el sistema métrico no se ha incluido en la norma, por lo que no existe un nombre o símbolo internacional para esta unidad de medida: dentro del sistema internacional de unidades , esta unidad para energía óptica debería estar especificado explícitamente como el medidor inverso (m −1 ). Sin embargo, la mayoría de los idiomas han tomado prestado el nombre original y algunos organismos nacionales de normalización, como DIN, especifican un nombre de unidad (dioptrie, dioptria, etc.) y el símbolo de unidad derivado "dpt".
Corrección de la visión [ editar ]
El hecho de que los poderes ópticos sean aproximadamente aditivos permite a un profesional del cuidado de la vista prescribir lentes correctivos como una simple corrección del poder óptico del ojo, en lugar de hacer un análisis detallado de todo el sistema óptico (el ojo y la lente). La potencia óptica también se puede utilizar para ajustar una receta básica para la lectura. Por lo tanto, un profesional del cuidado de los ojos, después de haber determinado que una persona miope (miope) requiere una corrección básica de, digamos, −2 dioptrías para restablecer la visión normal a distancia, podría luego hacer una nueva receta de "agregar 1" para leer, para compensar falta de alojamiento(Capacidad de alterar el enfoque). Esto es lo mismo que decir que se prescriben −1 lentes de dioptrías para la lectura.
En los seres humanos, el poder óptico total del ojo relajado es de aproximadamente 60 dioptrías. [4] [5] La córnearepresenta aproximadamente dos tercios de este poder refractivo (aproximadamente 40 dioptrías) y la lente cristalina contribuye con el tercio restante (aproximadamente 20 dioptrías). [4] Al enfocar, el músculo ciliar secontrae para reducir la tensión o el estrés transferido a la lente por los ligamentos suspensorios . Esto resulta en una mayor convexidad de la lente que a su vez aumenta la potencia óptica del ojo. La amplitud de alojamiento.es de aproximadamente 15 a 20 dioptrías en los muy jóvenes, disminuyendo a aproximadamente 10 dioptrías a los 25 años y alrededor de 1 dioptría por encima de los 50 años.
Las lentes convexas tienen un valor dioptrico positivo y generalmente se usan para corregir la hipermetropía(hipermetropía) o para permitir que las personas con presbicia (la limitada adaptación de la edad avanzada) lean a corta distancia. Las lentes cóncavas tienen un valor dioptrico negativo y generalmente miopía correcta (miopía). Las gafas típicas para la miopía leve tendrán un poder de −1.00 a −3.00 dioptrías, mientras que las gafas de lectura de venta sin receta tendrán una calificación de +1.00 a +3.00 dioptrías. Los optometristas generalmente miden el error de refracción usando lentes graduadas en pasos de 0.25 dioptrías.
Curvatura [ editar ]
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La dioptría también se puede utilizar como una medida de curvatura igual al recíproco del radio medido en metros. Por ejemplo, un círculo con un radio de 1/2 metro tiene una curvatura de 2 dioptrías. Si la curvatura de una superficie de una lente es C y el índice de refracción es n , la potencia óptica es φ = ( n - 1) C . Si ambas superficies de la lente están curvadas, considere sus curvaturas como positivas hacia la lente y agréguelas. Esto dará aproximadamente el resultado correcto, siempre que el grosor de la lente sea mucho menor que el radio de curvatura de una de las superficies. Para un espejo la potencia óptica es φ = 2C .
Relación con el poder de aumento [ editar ]
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Esto es aproximadamente el aumento observado cuando una persona con visión normal sostiene la lupa cerca de su ojo.
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