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Escola LA GINESTA

Curso 2017- 2018

LAS ILUSIONES ÓPTICAS

Autor: Gerard Giraldós Rubio

Tutor: Santiago Díaz Carreras

ÍNDICE

• 1. Hipótesis – pág.
• 2. Luz y percepción visual – pág. 4-
     • 2.1 ¿Qué es la luz? – pág.
     • 2.2 Propiedades físicas de la luz – pág. 4-
     • 2.3 ¿Qué es la percepción visual? – pág.
• 3. Visión, ojos y conexiones cerebrales – pág. 7-
• 4. ¿Qué es una ilusión óptica? – pág.
• 5. Historia de la óptica y relación con las ilusiones – pág. 13-
• 6. Propiedades diferenciales de las ilusiones ópticas – pág. 15-
• 7. Tipos de ilusiones ópticas – pág. 19-
• 8. Enfermedades, drogas e ilusiones ópticas – pág.25-
• 9. Curiosidades – pág. 27-
  • 9.1. Hologramas – pág.
  • 9.2. Estereogramas – pág.
  • 9.3. Pinturas Callejeras – pág.
• 10. Trabajo práctico – pág.
• 11. Conclusiones – pág. 31-
• 12. Bibliografía – pág.

2. LUZ Y PERCEPCIÓN VISUAL

2.1. ¿Qué es la luz? Si atendemos a lo que la física nos dice, la luz es la forma de energía que nos permite ver lo que nos rodea. Esta abarca un amplio espectro de ondas electromagnéticas, de las cuales apenas una pequeña parte pueden ser vistas por el ojo humano. Esta pequeña fracción del espectro electromagnético que podemos detectar con nuestros ojos es lo que se conoce como luz visible. Comúnmente al referimos a la luz hablamos de luz visible y por tanto la podemos definir como el agente físico que permite que los objetos sean visibles. El término también se utiliza para hacer mención a la claridad que irradian los cuerpos, y a veces por extensión a la corriente eléctrica y al utensilio que sirve para alumbrar. 2.2. Propiedades físicas de la luz Figura 1: Espectro electromagnético, longitudes de onda y frecuencias. La luz está compuesta por un espectro de ondas electromagnéticas las cuales debemos saber diferenciar. Existen tres parámetros fundamentales que podemos utilizar para determinar las características de un rayo de luz: su velocidad de propagación, su frecuencia de vibración y su longitud de onda. Estos tres parámetros se encuentran íntimamente relacionados de manera que son interdependientes según la siguiente relación: Velocidad de propagación = longitud de onda · frecuencia

Dado que la velocidad de propagación depende del medio por el cual se propaga la luz y no de esta en sí misma, este parámetro no nos permite diferenciar de que parte del espectro electromagnético está compuesta dicha onda. Asimismo, esto hará que la relación entre longitud de onda y frecuencia quede fijada de manera que el descenso de una deba ser compensado por el incremento de la otra. Por tanto, en un medio concreto la luz se propagará siempre a una misma velocidad y, en consecuencia, los valores de la longitud de onda y la frecuencia de cada onda o haz de luz mantendrán una relación inversamente proporcional. La percepción de un color o de otro se logra debido a la longitud de onda de la luz percibida. De este modo, en función de la longitud de onda de los rayos de luz que lleguen a nuestros ojos, veremos un color u otro. Figura 2: Refracción de un haz de luz. Cuando hablamos de luz visible, por tanto, nos estamos refiriendo a un conjunto de radiaciones electromagnéticas que se encuentran dentro de un espectro reducido y continuo de longitudes de onda. Dichas longitudes de onda se corresponden con las que el ojo humano es capaz de captar y percibir ( 400 - 700 nanómetros de longitud de onda). Cuando se capta un haz de luz con una única longitud de onda visible, lo que se percibe es un color determinado, sin embargo, cuando se capta un conjunto de haces de diferentes longitudes de onda se van percibiendo los diferentes colores y tonalidades mediante un proceso de adición de la luz para generar color. Así, cuando sumamos todas las longitudes de onda que forman parte del espectro visible obtenemos luz blanca. Y por eso, tal y como

3. VISIÓN, OJOS Y CONEXIONES CEREBRALES

La vista es uno de los cinco sentidos que nos permiten tomar contacto con el mundo externo. La visión aprovecha la radiación electromagnética para obtener información del entorno desde la distancia; es por lo tanto un sentido telerreceptor. Como ya ha sido comentado antes, la luz visible es una pequeña parte de la radiación electromagnética cuya longitud de onda para que sea percibida por el ser humano debe ser de entre 400 a 700 nm. Otros animales, como por ejemplo los insectos, poseen otros espectros de visión y son capaces de percibir luz de espectro ultravioleta. El principal factor que determina el espectro de visión es la sensibilidad de los pigmentos oculares. El ojo humano dispone de múltiples mecanismos que posibilitan diferentes rangos de exposición a la luz. Uno de estos mecanismos lo realiza la pupila, la cual se dilata o se contrae dejando así entrar una cantidad de luz adecuada dentro del globo ocular. Esta regulación del diámetro de la pupila depende de un reflejo sensitivo autónomo, donde la detección de la cantidad de luz que llega a nuestro ojo depende de la fototransducción de la retina. Esta información es procesada por el cerebro que regula la musculatura lisa del iris provocando así la dilatación de la pupila por activación simpática y la contracción por activación parasimpática. Figura 4: Anatomía del ojo.

El humor acuoso es el líquido que hay entre el cristalino y la córnea. Este tiene una función nutritiva de ambos, que no tienen vasos sanguíneos. El humor acuoso se produce y se drena de manera continua. Las alteraciones patológicas del equilibrio y del drenaje tienen una gran importancia clínica, porque la acumulación de humor provoca un aumento de la presión intraocular. Este aumento se conoce como glaucoma y acaba provocando lesiones irreversibles de la retina. La acomodación se produce gracias a la actividad del musculo ciliar, que controla el grado de curvatura del cristalino. El grado de actividad del musculo ciliar viene determinado por un sistema de control cerebral que determina si la imagen que está procesando la retina está enfocada o no. El enfoque a distancias cortas requiere la contradicción del musculo ciliar, con una relajación del cristalino. Por eso el enfoque sostenido a corta distancia causa cansancio o incluso dolor de cabeza (por ejemplo, cuando estamos con el teléfono mucho rato, o tan solo el hecho de leer). Cuando nos acercamos a un objeto a los ojos hay un punto a partir del cual ya no somos capaces de enfocar. En este punto corresponde a la máxima curvatura posible del cristalino, y la máxima por lo tanto del posible musculo ciliar. Con la edad el cristalino pierde flexibilidad y este punto es cada vez más lejano. Es la presbicia, conocido popularmente como “vista cansada”. La agudeza visual es la fineza de la visión. Depende del poder de resolución del sistema, es decir, de la capacidad del sistema para distinguir dos puntos que se encuentran cerca entre ellos. La miopía, la hipermetropía y el astigmatismo son alteraciones de la agudeza visual que se pueden compensar con el uso de lentes correctoras. La retina es la capa de tejido ocular que realiza la fototransducción y el procesado inicial de la información visual. Hay una transmisión vertical de la información, de los fotoreceptores a las células bipolares y de las bipolares a las ganglionares, y son dos sistemas de modulación lateral/horizontal de la información, el de las células horizontales y el de las células amacrinas. La densidad de conos (fotoreceptores) es muy elevada a la fóvea, zona central del ojo, hacia donde enfocamos la imagen del objeto que centra nuestra atención.

cuando se ilumina el centro de su campo visual y se inhibe cuando la periferia del campo, mientras que hay células ganglionares que funcionen a la inversa. Este funcionamiento es el resultado de un sistema de inhibición lateral basado en las conexiones de la retina, incluyendo las células horizontales y las células amacrinas y, de esta manera, resalta el contorno de los objetos. Parte de la información visual se utiliza para el control oculomotor, sistema de reflejos que tienen a los cólicos en el centro de integración. Esta vía es independiente de la vía tálamo-cortical de la percepción visual (ceguera) pero se pueden mostrar reflejos visuales, como el seguimiento con los ojos de un objeto en movimiento. Todas estas funciones son llevadas a cabo gracias al cerebro, a través de los pares craneales II, III, IV y VI. Dichos pares o nervios son parte fundamental de la integración visual y se hallan en la base del cerebro. El par número II abastece la retina y transmite señales de los fotoreceptores, que se perciben como la visión. El par número III controla los movimientos del ojo y el parpado y cambia la forma de la pupila y el cristalino. El VI controla los movimientos del globo ocular, juntamente con el número VI. Hay una conexión directa de la retina con el núcleo supraquismático del hipotálamo, centro del reloj biológico de nuestro organismo. La exposición a la luz nos despierta, la oscuridad provoca sueño. Tenemos un ritmo circadiano, pero cada día se reajusta.

Figura 6: Pares craneales. Figura 7: Lóbulo occipital y áreas visuales del SNC (sistema nervioso central).

5. HISTÓRIA DE LA ÓPTICA Y RELACIÓN CON LAS ILUSIONES

La mayoría de las ilusiones clásicas se descubrieron en los años 1830 y1880. Durante la segunda mitad del siglo XIX, los pioneros de la psicología experimental, como Delboeuf, Hering, Müller-Lyer y otros, descubrieron una gran variedad de las llamadas ilusiones ópticas geométricas a las que dieron su nombre. Se conocieron un total de 200 ilusiones ópticas, las cuales se consideraba que una ilusión geométrica tenía dos elementos:

• un elemento inductor que causa la deformación
• un elemento de "prueba" que lo sufre. Se dice, que posteriormente a este suceso, muchos siglos antes, Aristóteles conoció la primera ilusión óptica, que expresaba dicha ilusión como algo que se interpreta en movimiento, pero en realidad está quieto. Aristóteles notó que después de mirar por cierto tempo una corriente de agua, cuando pasaba la vista a las rocas inmóviles que se encontraban cerca, parecía que estas seguían el curso del río. También debemos hablar de los principios de la óptica, que hacen referencia a muchas de las ilusiones y nos ayudan a entenderlas de una manera más exacta y, por lo tanto, diferente a eso que observamos a través de los colores. La historia de la Óptica geométrica e instrumental está relacionada con la historia de las lentes, el descubrimiento de las leyes de la reflexión y de la refracción y de la formación de las imágenes. Resulta interesante conocer cómo se inventaron y desarrollaron los primeros instrumentos ópticos, como el telescopio, el microscopio y el espectroscopio, ya que la mayoría de los instrumentos ópticos posteriores son modificaciones de éstos.

En el siglo V a. C. los griegos, romanos, árabes... conocían las propiedades de los espejos, cauterizaban las heridas con lentes positivas y para encender usaban unas esferas de vidrio llenas de agua llamadas "cristales encendedores". Otros, idearon teorías sobre la naturaleza de la luz, como por ejemplo un filósofo griego cuyo nombre era Epicuro, que manifestaba el hecho de “ los objetos brotan partículas que hieren los ojos e impresionan la vista”. Epicuro conocía la ley de la reflexión de la luz, quien dijo claramente que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

• Curvatura de los arcos en circulo La curvatura de los arcos del círculo varía según su longitud, es decir los arcos cortos se ven más planos que los arcos largos. Figura 9: Grados de apertura de una curva de misma longitud.
• Efectos de los ángulos Tendemos a sobreestimar los ángulos agudos y subestimar los ángulos obtusos. En la imagen de la derecha, podemos observar un grupo de líneas paralelas cruzadas por líneas oblicuas en diferentes ángulos. Parece que las líneas divergen, pero son paralelas. Lo curioso es que el efecto lo descubrió un astrofísico alemán llamado Solear al contemplar la tela de una prenda de ropa. Figura 10: Principios de los efectos angulares.

• Verticalidad Este hecho aparece cuando una línea vertical aparece más larga que una horizontal de la misma longitud. Sucede ya que el movimiento de los ojos, que está relacionado con las líneas horizontales es más fácil de realizar que un movimiento vertical. Figura 11: Líneas perpendiculares formando ilusión (misma longitud).
• Perspectiva En el mismo tamaño físico, una forma que aparezca más distante que otra se verá más grande y viceversa. Podemos expresar este suceso con dos ejemplos diferentes, y que se obtienen diferentes perspectivas: De arriba hacia abajo: Figura 12: Perspectiva vista desde arriba o desde abajo.

7. TIPOS DE ILUSIONES ÓPTICAS

Para entender qué tipos de ilusiones ópticas tenemos, debemos diferenciarlas primero des del punto de vista del procesamiento de la información, y que en el caso de las ilusiones ópticas puede darse fallos debido a tres causas:

• Porque algo en los órganos sensitivos de la vista no funciona correctamente: causa patológica o de drogadicción (trastornos perceptivos, de los que hablaremos en el apartado de “ 8. Enfermedades, drogas e ilusiones ópticas ”).
• Porque el procesado de la información se lleva a cabo de manera inadecuada: ilusiones visuales.
• Porque la información disponible en el estímulo nos induce a errores, debido a fenómenos físicos (por ejemplo, la refracción de la luz que nos hace ver una varilla semi-introducida en el agua como si estuviese torcida): a estos fenómenos se les denomina ilusiones ópticas verdaderas. Una vez hemos comprendido que las ilusiones ópticas se deben a diferentes factores del procesado de la información visual, vamos a pasar a describir algunos de los ejemplos más típicos tanto de ilusiones visuales como de las ilusiones ópticas verdaderas. (Dejamos a parte los trastornos perceptivos ya que serán comentados en el siguiente apartado.)
  • Ilusiones de colores Las ilusiones de colores son muy numerosas e impresionantes. Son los colores de fondo los que influirán en la ilusión, de hecho, la luz depende no solo de la intensidad luminosa del objeto en sí, sino también de su entorno. Cómo bien podemos observar en estas dos imágenes, distinguimos entre el tamaño de uno y el tamaño del otro. Son exactamente iguales, en cambio, nuestro cerebro representa la imagen de los bordes de color blanco como más pequeña que la otra, ya que esta está situada en un fondo del mismo color.

Figura 15: Figuras con colores invertidos, que parecen tener diferente tamaño.

• Ilusiones de fondo Este fenómeno consiste en percibir figuras que se destacan en su fondo, aunque no se dibuje una línea para delimitarlas. Estas figuras también nos parecen más claras o más oscuras que sus fondos. El cerebro imagina que las líneas se cruzan, pero un objeto colocado en la intersección oculta el último. Sin embargo, cuando los segmentos están inclinados, esta operación mental está menos fundada y la ilusión desaparece. Figuras 16 y 17: Dos ejemplos de ilusiones subjetivas.