La dispersió de Rayleigh: Per què el cel és blau i els núvols blancs?

La principal raó de que el cel sigui blau es deu a la anomenada dispersió de Rayleigh (en honor al físic Lord Rayleigh).

La dispersió de Rayleigh és la dispersió de la llum visible (o de qualsevol altre tipus de radiació electromagnètica) a causa de xoc amb partícules molt menors que la longitud d’ona dels fotons (partícules de llum) dispersats en aquest “xoc”.

Si la mida de les partícules és més gran que la longitud d’ona, la llum no se separa i les longituds d’ona no es dispersen. Això és el que succeeix quan la llum travessa un núvol, neu, grans de sal o de sucre.

La mida de les partícules dels gasos atmosfèrics és menor que la longitud d’ona de la llum blava (que és la que té més facilitat per a dispersar – se), això fa que els raigs de llum blava de la llum que ens arriba del nostre Sol es dispersin fent zig – zag per tota la atmosfera i que quan arribin als nostres ulls “ens sembli” que tot el cel és blau.

Quan el Sol es pon, els raigs de llum han de travessar més partícules (més volum de gas atmosfèric) per a arribar als nostres ulls, i per això el cel es veu vermellós.

S’ha observat que desprès d’una explosió volcànica les sortides i postes de Sol són més espectaculars i excepcionals a la regió de la erupció.

Per a entendre una miqueta més la dispersió: la dispersió de la llum és un fenomen fàcilment observable amb un prisma de vidre (Isaac Newton va deduir les bases de la Òptica experimentant amb un prisma). Quan la llum incideix sobre un prisma de vidre, la seva trajectòria es desvia una miqueta, i en sortir del prisma podem veure un curiós i petit arc de Sant Martí (com amb el clàssic dibuix de Pink Floyd). Aquest fenomen és el que anomenem dispersió de la llum.

Podem observar que el color blau es desvia més que el color vermell, la qual cosa coincideix amb el raonament explicat anteriorment de la dispersió de Rayleigh!

L'ull com a instrument òptic

Sense cap mena de dubte, l’aparell òptic més important per a nosaltres és l’ull.

La llum entra a l’ull per una obertura de mida variable (la pupil·la), que és controlada per l’iris, i, per efecte de la còrnia i del cristal·lí, convergeix fins a formar una imatge a sobre de la retina.

La retina té una fina capa de fibres nervioses  i unes estructures sensibles anomenades cons i bastons, que reben la imatge i en transmeten la informació al llarg del nervi òptic fins al cervell on es processa la informació i es forma la imatge de manera mental.

La forma de la lent cristal·lina (cristal·lí) es pot modificar lleugerament mitjançant l’acció del múscul ciliar. Quan l’objecte observat s’apropa a l’ull, el múscul ciliar es tensa i fa augmentar lleugerament la curvatura del cristal·lí, de manera que la distància focal d’aquest disminueix i la imatge es torna a enfocar a la retina. Aquest procés s’anomena acomodació.

Si l’objecte es troba massa a prop de l’ull, la lent no pot enfocar la llum a la retina i la imatge queda borrosa. El punt més proper al qual podem col·locar un objecte i enfocar – lo correctament és, evidentment, el punt proper. La distància de l’ull al punt proper varia molt d’una persona a una altra i amb l’edat. Als deu anys, el punt proper està situat només a 7 cm de distància de l’ull, mentre que als seixanta anys pot allunyar – se fins als 2 metres!!! De mitjana, el punt proper de l’ull humà es pren a uns 25 cm.

A vegades l’ull pateix un excés de divergència en el seu enfocament de la llum, es tracta de la hipermetropia: la imatge es forma més enllà de la retina i no queda ben definida. Es pot corregir mitjançant una lent convergent que compensi la divergència de l’ull hipermetrop.

La miopia és el cas contrari a la hipermetropia: la imatge es forma en un punt situat davant de la retina a causa d’un excés de convergència en la lent. Podem corregir la miopia emprant una lent divergent per a compensar aquest excés de convergència.

Un altre defecte habitual de la visió humana és l’astigmatisme, que es deu al fet que la còrnia no és perfectament esfèrica, sinó que presenta diferents tipus de curvatura. Es pot corregir emprant lents cilíndriques en comptes de les habituals lents esfèriques.

Finalment, la acromatòpsia és un defecte dels cons, que fa que la persona acromatòpsica només pugui veure en blanc i negre. No s’ha de confondre amb el daltonisme, en que la persona confon els colors.

A la part exterior de l’ull hi ha:

• Les parpelles: Són com unes portes de pell que s’obren i es tanquen. Serveixen per protegir els ulls de la llum i de la pols.

• Les pestanyes: són unes files de pèls que hi ha a l’extrem de les parpelles. Eviten que entri pols o sorra als ulls.

• La cella: esta formada pels pèls situats damunt de les parpelles. Eviten que les gotes de suor o aigua caiguin als ulls.

• El lacrimal: és la bosseta que produeix les llàgrimes, les llàgrimes serveixen per rentar l’ull.