Si así os parece
ILUSIONES BASADAS EN LA ÓPTICA
Los experimentos que se incluyen a continuación son adaptaciones de los Science Snacks del museo de San Francisco .
EXPERIMENTO : Espejo Antigravedad
Materiales
- Un espejo plano grande de plástico (de 60 cm x 90 cm) o mayor (es importante tener un buen espejo plano ya que las distorsiones podrían anular el efecto, un soporte para mantener recto el espejo
Ensamblaje
- Construir un soporte de madera que mantenga el espejo recto
Hacer y observar
Coloca el espejo sobre el suelo. Pon una pierna a cada lado del espejo. Desplaza tu peso hacia el pie que está detrás del espejo. Levantar la otra pierna y moverla repetidamente hacia fuera y hacia adentro del espejo. Para alguien que observe le parecerá que estás volando.
¿Qué sucede?
Una persona que está con el borde de un espejo, dividiendo en dos su cuerpo, le parecerá a un observador completa. Para el observador, la imagen especular de la mitad izquierda le parecerá exactamente igual que la mitad izquierda. Al observador la persona le parece completa porque el cuerpo humano es casi simétrico
El cerebro del observador resultará engañado con la percepción de que la imagen de la derecha es realmente la del lado izquierdo.
Si levantas una pierna parece que vuelas.
EXPERIMENTO : Mirando al infinito
Materiales
- 2 trozos cuadrados de espejo de plástico que miden 30 x 30 cm (el tamaño de los espejos no es importante). Alguna clase de soporte.
Ensamblaje
- Corta un agujero de aproximadamente 2,5 cm de diámetro cerca del centro de uno de los dos espejos.
- Coloca los espejos de manera que sus superficies reflectantes estén una frente a otra y sean paralelas entre sí. Los espejos pueden estar separados desde 2 centímetros a 30 centímetros. Se puede hacer un soporte de madera para cada espejo.
Hacer y observar
Con las superficies reflectantes enfrentadas, mirar por el agujero en el espacio entre los espejos. Se puede probar colocando o tu dedo u otro objeto entre los espejos.
Si colocas un objeto entre los espejos, observa que hay una pauta repetitiva en la orientación y espaciado de las imágenes.
¿Qué sucede?
En el diagrama de rayos, las líneas continuas muestran el camino real de los rayos de luz. Las líneas de puntos muestran el camino de los rayos de luz que imagina el cerebro. Vemos las imágenes en las que las líneas de puntos se juntan. Este diagrama muestran los rayos que proceden de la parte de delante del objeto y los que proceden de la parte de atrás. Después de la primera reflexión se ve una imagen de cada objeto donde se unen las líneas de puntos. Después de la segunda reflexión, se ve una segunda imagen en cada espejo y así.
EXPERIMENTO Dentro de un calidoscopio
Materiales
- 6 espejos de plástico de 30x30 cm, cinta de embalar, 3 trozos de cartón de 30 x 60 cm.
Ensamblaje
- Coloca los seis espejos en fila. Pega cada espejo a los otros espejos con cinta de embalaje, dejando suficiente espacio para que la cinta se doble como una bisagra. Coloca cinta en los bordes cortantes.
- Coloca los trozos de cartón sobre la mesa de manera que los lados más largos estén sobre la horizontal. Dobla la parte de abajo 7,5 cm para formar un borde. Pega los tres trozos de cartón de manera que formen un gran triángulo equilátero de 60 cm cada lado.
- Forma con los espejos un triángulo equilátero de 60 cm de lado e insértalo en los cartones de manera que los bordes del fondo de los espejos entren el cartón. Nos aseguramos que los espejos están enfrentados.
(También pueden distribuirse los espejos formando otras figuras como un cuadrado, u rectángulo o un hexágono)
Haz y observa
- Coloca el calidoscopio sobre la cabeza y verás un millón de caras.
¿Qué sucede?
En un calidoscopio ves reflexiones y reflexiones.
EXPERIMENTO: Mírate a ti mismo como te ven los otros
Material
- Tres espejos de 15 x 15 cm, cinta de embalar, un trozo de cartón delgado
Ensamblaje
- Una vez que se dispone de los tres espejos, utiliza la cinta de embalar para unir dos de los espejos a lo largo de un borde. Coloca cinta en la parte de atrás del espejo haciendo una bisagra que se abra y cierre fácilmente. Comprueba que los espejos pueden moverse libremente desde 0 a 180º
Hacer y observar
Para hacer un calidoscopio, coloca los dos espejos unidos sobre el cartón y coloca un objeto como un lápiz o algunas monedas entre ellos. Abre los espejos diferentes ángulos. Observa que cuanto menor es el ángulo, mayor es el número de imágenes que ves.
Cierra el ojo derecho y mira directamente a un solo espejo. Observa que el ojo izquierdo de la imagen está cerrado. Ahora cierra el ojo derecho y mira a los dos espejos que forman un ángulo de 90º. Observa que el lado derecho de esta imagen está cerrado.
Ahora abre los dos espejos pegados 90º y déjalo sobre el tercer espejo, de manera que los tres espejos forman medio cubo. Cierre un ojo y mira directamente a la esquina en la que los tres espejos se unen. Mueve la cabeza y observa que la pupila del ojo abierto siempre cae en la esquina. Abre los dos ojos y mira a la esquina. Un ojo parece estar más próximo a la esquina que la otra. Es tu ojo dominante.
¿Qué sucede?
Cuando colocas un objeto entre los dos espejos pegados, la luz desde un objeto avanza y retrocede entre los espejos antes de alcanzar los ojos. Se forma una imagen cada vez que la luz incide sobre el espejo. El número de imágenes que ves en los espejos depende del ángulo que los espejos forman. A medida que el ángulo entre los espejos se hace menor, la luz avanza y retrocede más veces y se ven más imágenes.
En la figura se muestra como se forma una imagen en la esquina de dos espejos de 90º. Los rayos de luz rebotan en cada espejo con el mismo ángulo con el que inciden en el espejo. El ángulo de incidencia es igual al de reflexión.
La esquina interior donde los tres espejos se encuentran envía luz de vuelta en dirección paralela a su camino original. Si se dirige un estrecho luz de láser cerca dela esquina, el haz de luz rebotará de espejo en espejo y saldrá paralelo a la dirección por la que llegó. La luz que procedía del centro de tu ojo rebotará hacia el centro del ojo, de esta manera la imagen del ojo está centrada en la esquina formada por los espejos.
El número de imágenes que se forman con dos espejos está relacionado con el ángulo que forman por la siguiente regla 360 dividido por el ángulo entre los espejos da el número de imágenes menos una. A 60º por ejemplo 360/60 = 6 veríamos cinco imágenes del objeto.
EXPERIMENTO : Espejos cilíndricos
Un espejo plano siempre refleja una imagen que es derecha e invertida de derecha a izquierda. Un espejo cilíndrico puede producir imágenes que están boca abajo e imágenes que no lo están. La imagen que vemos en un espejo cilíndrico depende de la orientación del espejo y de la distancia entre tu y el espejo.
Materiales
- Una hoja de espejo aluminizado, un protector de espejos transparente, papel rígido
Ensamblaje
- Pon el papel rígido detrás de la hoja espejo y deslízalos en un protector de páginas transparente. Dobla la hoja espejo para formar la porción de un cilindro. Cuando lo dobles asegúrate que el lado más largo está paralelo al eje del cilindro
Hacer y observar
Sujeta el espejo cilíndrico de manera que su eje más largo se mantenga horizontal. Curva la hoja ligeramente y mira al espejo. Colócate de manera que veas claramente la reflexión de tu cara. Observa como la imagen cambia cuando te mueves lejos o cerca del espejo. Cuando te mueves lo bastante lejos del espejo la imagen se invertirá.
Guiña el ojo derecho. ¿Qué ojo guiña la imagen?. La imagen puede guiñar su ojo izquierdo o su ojo derecho dependiendo de lo lejos que la cara esté del espejo. Cuando estamos próximos al espejo y la imagen está derecha, la imagen guiña el ojo izquierdo. Cuando estamos invertidos la imagen guiña el ojo derecho.
Orienta el espejo cilíndrico de manera que su eje más largo esté horizontal. Observa como cambia la imagen cuando nos acercamos o alejamos del espejo. Guiña el ojo derecho y observa como responde la imagen en el espejo. Cuando estás próximo, la imagen guiña su ojo izquierdo. Cuando estás lejos guiña su ojo derecho.
¿Qué sucede?
Vemos el mundo porque la luz entra en nuestros ojos. Vemos las palabras escritas sobre el papel porque la luz que se refleja en la página entra en tus ojos y forma una imagen en la retina.
Cuando te formas una imagen visual del mundo, supones que la luz que entra en los ojos ha viajado en línea recta hasta alcanzarte. Pero los espejos y otros objetos brillantes cambian el camino de la luz, rebotando de manera organizada. Cuando miras en un espejo, ves tu imagen porque la luz que se refleja en tu cara rebota en el espejo y vuelve a tus ojos. Tus ojos y el cerebro suponen que la luz ha viajado en línea recta hasta alcanzar tus ojos, así ves una imagen de tu cara frente o detrás del espejo.
Lo que ves en el espejo depende de cómo la luz rebota en el espejo rebota en el espejo y va hacia tus ojos. Cuando la luz incide en un espejo, rebota de la misma manera que una pelota rebotaría en el espejo. Si lanzas una pelota perpendicular sobre un espejo plano rebotará también en línea recta. Si el espejo es esférico y la bola llega con un cierto ángulo también rebotará con un ángulo.
Cuando miramos un espejo ordinario plano, la imagen de tu cara es derecha: El pelo está encima de la cabeza y la barbilla debajo. Para alcanzar tus ojos, la luz que procede de tu pelo incide en el espejo con ángulo ligero y a continuación rebota hacia tus ojos desde arriba – es por lo que ves tu pelo en la parte de arriba de la imagen que es derecha.
Cuando miras en un espejo cilíndrico con el eje del espejo horizontal y con tu cara a unos 30 centímetros o más del espejo, tu imagen es invertida. Esto es porque la luz desde el pelo rebota en el espejo curvo y llega a tus ojos desde abajo. Tus ojos y cerebro deben ver la imagen de tu cara como invertida y un poco frente al espejo.
Un espejo plano invierte tu lado derecho y tu lado izquierdo. ¿Cómo lo hace?. Supongamos que estamos frente a frente a otra persona. Si tu oreja derecha apunta hacia el este, tu oreja izquierda apuntará hacia el este. Ahora, si en vez de estar frente a una persona estás frente a un espejo plano con la oreja derecha apuntando hacia el este. La luz de tu oreja derecha rebotará en el espejo plano y entra en tus ojos desde el este. Incluso aunque tu oreja este es la oreja este de la imagen, tu oreja derecha se convierte en la oreja izquierda de la imagen.
Ahora mira en el espejo cilíndrico con su eje vertical. Colócate al menos 30 centímetros del espejo. Colócate de manera que tu oreja derecha apunte hacia el este. La luz de la oreja derecha rebota en el espejo esférico y entra en tus ojos hacia el oeste. La luz de tu oreja derecha parece proceder de la oreja derecha de la imagen. En este espejo cilíndrico, tu te ves como los otros te ven a ti.
EXPERIMENTO : Parábolas
Haz y observa
Se ve la imagen formada por dos espejos cóncavos uno frente a otro. El objeto se coloca en el centro del espejo de abajo. La curvatura de los espejos es tal que el objeto está en el punto focal del espejo de arriba.
¿Qué sucede?
Cuando la desde un punto sobre el objeto incide en el espejo de arriba se refleja siguiendo rayos paralelos. Estos rayos paralelos inciden en el espejo de abajo y se reflejan de manera que parecen formar un punto situado a una longitud focal del espejo. Los espejos están colocados de tal manera que el foco del espejo de abajo está situado en el hueco el dispositivo. El resultado final es que la luz de cada punto del objeto se une formando una imagen en el hueco. El diagramo de rayos puede ayudar a explicar este efecto.
OTROS EFECTOS VISUALES
EXPERIMENTO: Punto ciego
La retina de los ojos recibe y reacciona a la luz entrante y envía señales al cerebro, permitiendo ver. Existe, sin embargo, una parte de la retina que no da información visual. Es el punto ciego.
Materiales
- Una tarjeta de 8x13 centímetros, un medidor de longitudes
Ensamblaje
Marca un punto y una cruz sobre la tarjeta como muestra la figura
Hacer y observar
Sujeta la tarjeta al nivel del ojo a aproximadamente la longitud de un brazo. Asegúrate que la cruz está a la derecha. Cierra el ojo derecho y mira directamente a la cruz con el ojo izquierdo. Observa que también ves el punto. Enfoca la cruz pero fíjate del punto cuando lentamente acercas la tarjeta hacia la cara. El punto desaparecerá, y a continuación reaparecerá, cuando acercas la tarjeta hacia la cara. Ahora cierra el ojo izquierdo y mira directamente al punto con el ojo derecho. Esta vez la cruz desaparecerá y reaparecerá cuando acercas lentamente la tarjeta hacia la cara.
Repite esta actividad de nuevo, esta vez girando la tarjeta de manera que el punto y la cruz no están en la dirección transversal. ¿Son los resultados los mismos?.
¿Qué sucede?
El nervio óptico transporta mensajes desde tu ojo al cerebro. Este haz de fibras nerviosas pasa a través de un punto sobre la retina del ojo. En este punto de la retina del ojo no tiene receptores de luz. Cuando sujetas la tarjeta de manera que la luz del punto cae en este punto no ves el punto.
Como una variante de esta actividad, traza una línea recta a través de la tarjeta, desde un punto al otro, a través del centro de la cruz y el punto. Observa que cuando el punto desaparece, la línea parece ser continua, sin un hueco donde está el punto. El cerebro automáticamente rellena el lugar del punto con una simple extrapolación de la imagen que rodea al punto.
EXPERIMENTO: Espiral
Los detectores de movimiento de los ojos se fatigan cuando ven una espiral que gira. Cuando miras fuera, el ojo parece moverse alejando o acercándose de ti.
Materiales
- Cartón, pegamento, disco con espiral, motor que gira (un taladrador)
Ensamblaje
- Haz una copia del patrón en espiral, córtalo y móntalo en un círculo de cartón y pégalo. Une el disco al motor rotatorio.
Haz y observa
Haz girar la espiral rotatoria y observa su centro aproximadamente 15 segundos. Mira fuera del disco hacia una pared o una persona cercana. Observamos que la pared parece expandirse o contraerse, como si se acercara o alejara de ti.
¿Qué sucede?
El sistema visual es sensible al movimiento hacia dentro y hacia fuera. Existen células nerviosas en el cortex visual que se activan más cuando los objetos se mueven hacia fuera del centro de tu campo de visión y otros que se activan más cuando los objetos se mueven hacia dentro. Cuando miras algo que se mantiene estacionario, los canales hacia dentro y hacia fuera están equilibrados; envían señales igualmente fuertes al cerebro. Cuando te fijas en el patrón en movimiento, sin embargo, un canal de detectores se cansa. Cuando miras a la pared, el detector que no está trabajando envía una señal al cerebro que el que está cansado.
EXPERIMENTO: Disco de Benham
Cuando haces girar un patrón a la velocidad correcta, el patrón parece contener anillos de color. El color se ve porque los diferentes receptores de color de tus ojos responden a velocidades diferentes.
Materiales
- Cartón, pegamento, disco con un patrón, un dispositivo que gire (un taladrador de velocidad variable, una batidora portátil .... )
Ensamblaje
- Pega el disco patrón en un cartón en forma de disco. Une el disco al dispositivo giratorio.
Hacer y observar
Hacer girar el disco bajo una luz incandescente brillante (la luz fluorescente no es demasiado buena). Observa la banda coloreada que aparece sobre el disco. Observa el orden en el que aparecen los colores. ¿Qué color se ve en el centro? ¿Cuáles en las bandas próximas?. Invierte la dirección de giro y compara el orden de los colores de nuevo desde el centro del disco al borde.
Trata de variar la velocidad de rotación y el tamaño del patrón, y compara los resultados con las observaciones iniciales.
¿Qué sucede?
Las diferentes personas ven diferentes intensidades de color en el disco que gira. Cómo la gente ve los colores todavía no se entiende perfectamente pero esta ilusión afecta a las células de la visión en color en nuestros ojos que se llaman conos.
Hay tres tipos de conos. Uno es más sensible a la luz roja, otro a la luz verde y otro a la azul. Cada tipo de cono tiene un tiempo diferente de latencia, el tiempo que tarda en responder a un color determinado, y una diferente persistencia del tiempo de respuesta, el tiempo que mantiene para responder después que el estímulo se ha quitado. Los conos azules, por ejemplo, son los más lentos en responder igualmente (el mayor tiempo de latencia) y se mantienen respondiendo más tiempo (el mayor tiempo de persistencia.
Cuando miras una parte del disco giratorio, ves flashes alternantes de negro y blanco. Cuando se produce un flash blanco responden los tres tipos de conos. Pero los ojos y cerebro ven el color blanco sólo cuando los tres tipos de conos responden de manera igual. El hecho de que algunos tipos de cono respondan más rápidamente que otros lleva aun desequilibrio que explica parcialmente por qué vemos colores.
Los colores varían a través del disco porque en diferentes posiciones radiales sobre el disco los arcos negros tienen longitudes diferentes, por lo que la velocidad para producir flashes sobre la retina es también diferente.
La explicación de los colores producidos por el disco de Benham es más complicada que la simple explicación esbozada antes. Por ejemplo, los arcos negros cortos que aparecen sobre el disco de Benham deben ser delgados, o no aparecen colores.
