A visão é o sentido responsável pela maior parte das percepções humanas empíricas. A extensão da visão, reconhecendo objetos localizados desde muito próximos até muito distantes, caracteriza uma percepção panorâmica do mundo. Para compreender o sentido da visão, entretanto, necessita-se recorrer a conceitos como luz (energia luminosa), lentes, retina, reações químicas.
           

 
À medida que forem ampliadas as relações da luz com a visão, novos entendimentos serão possíveis, entre eles: ao olho chega energia luminosa (luz); para enxergar os objetos estes precisam ser luminosos ou estar iluminados. Esta é a primeira condição para a visão.
Enxergamos porque o olho é um sistema capaz de interagir com a luz que chega dos objetos até ele. Para tanto, possui três componentes essenciais: um orifício por onde penetra a luz; um “sistema de lentes” para focalizá-la numa região bem definida e limitada, de modo a formar uma imagem nítida; e um conjunto de células capazes de absorvê-la e transformá-la em impulsos elétricos. O cérebro não funciona com energia luminosa, mas com energia elétrica. 
A energia luminosa solar, das lâmpadas fluorescentes e incandescentes é denominada de luz branca. Se, no entanto, dispusermos de um instrumento capaz de decompô-la em seus componentes, percebemos várias tonalidades de cores. Além disso, há outras radiações que estão fora da faixa do visível, não sendo detectadas pelo olho humano. Dessa forma, é possível afirmar que a luz é muito mais do que aquilo que as pessoas percebem dela.
Além disso, é importante compreender que a luz é percebida somente quando interage com a matéria.

Objetos luminosos e iluminados

Atribui-se ao filósofo grego Platão uma das primeiras tentativas de responder à indagação sobre o que torna possível a visão de um objeto. Esse filósofo, bem como alguns de seus discípulos, pensavam que os olhos emitiam pequenas partículas que tornavam os objetos visíveis ao atingi-los, no entanto diante de novas evidências experimentais esta hipótese acabou perdendo credibilidade e foi substituída. Nos tempos atuais é aceito, sem maiores questionamentos, que a visão de um objeto é possível se a luz emitida ou refletida por ele for capaz de atingir os olhos.
De fato, se você pensar em vários objetos que se encontram ao seu redor, poderá verificar que é possível separá-los em duas grandes classes:
- objetos luminosos ou fontes de luz – aqueles que emitem luz que é gerada por eles próprios, como o sol, uma lâmpada acesa, a chama de uma vela, etc...
- objetos iluminados – aqueles que não produzem luz, mas a recebem de outros objetos e são capazes de refleti-la. Por exemplo: um móvel, uma pessoa, um livro. A Lua e os planetas também são exemplos de corpos iluminados, pois não têm luz própria e o brilho que apresentam é devido à luz solar que são capazes de refletir.
Deve-se destacar que esta idéia é oposta à hipótese de Platão. Assim, mesmo que um objeto emita ou reflita luz em todas as direções, se esta não atingir os olhos, não é possível vê-lo.

Não é difícil perceber que os objetos estão situados em diferentes posições (próximas, distantes, agrupadas, separadas...) e, no entanto, as pessoas têm a capacidade de enxergá-los nitidamente. Para enxergar é necessário que a luz proveniente dos objetos entre adequadamente no interior do olho, seja absorvida e transformada. Como isso acontece?

 Ondas Eletromagnéticas

A interação com o ambiente pelo sentido da visão somente é possível quando a energia luminosa proveniente dos objetos, situados nas proximidades ou mesmo distantes, chega até o olho.
Diante disso, uma indagação que merece maior atenção é sobre como a energia luminosa se propaga pelo espaço, como ela é capaz de percorrer grandes distâncias, a exemplo da energia proveniente do Sol que consegue chegar até a Terra, percorrendo grande distância. Além disso, ela deve ter algo de especial e diferenciado, pois contribui para a iluminação, para a visão colorida, para o aquecimento e muito mais.
A geração e a propagação da “luz” vêm intrigando as pessoas há muito tempo. Mesmo com os avanços nos conhecimentos sobre a propagação do som no espaço, ainda no século XIX permaneciam muitas interrogações, inclusive dos cientistas. Por exemplo, a dependência de um meio material para a propagação das ondas mecânicas levou muitas pessoas (que consideravam a luz como onda) a pensarem que a propagação da luz solar no espaço também dependia de uma espécie de matéria (o éter).  
Para compreender esses fatores considera-se necessário um estudo sistemático sobre a geração e propagação de ondas (e radiações) eletromagnéticas.
A primeira previsão da existência de ondas eletromagnéticas foi feita em 1864 pelo físico escocês James Maxwell. Ele conseguiu provar teoricamente que uma perturbação eletromagnética devia se propagar no vácuo com uma velocidade igual à da luz.
As ondas eletromagnéticas, diferentemente das ondas sonoras (que são vibrações mecânicas do ar), não necessitam da existência de um meio material para a sua propagação. Tanto é que a radiação solar para chegar até a Terra passa por regiões onde não existe matéria. As ondas eletromagnéticas, no entanto, também podem se propagar através da matéria, como a água, a atmosfera que envolve o planeta Terra, mesmo sendo afetadas por ela (de acordo com a sua organização).  A composição diferenciada da atmosfera ao longo de sua extensão, por substâncias e diversos elementos químicos, faz com que ocorram interferências na radiação solar.
A primeira verificação experimental das ondas eletromagnéticas foi feita por Henrich Hertz, em 1887. Hertz produziu ondas eletromagnéticas por meio de circuitos oscilantes e detectou-as por intermédio de outros circuitos sintonizados na mesma freqüência. Em homenagem ao trabalho realizado, seu sobrenome, Hertz, passou a ser a unidade de freqüência de uma onda.
Embora as radiações sejam de freqüências bem distintas e estejam relacionadas a diferentes situações, elas possuem algumas características comuns.
 

Espectro Eletromagnético

Obs: Na ilustração do espectro eletromagnético constam intervalos bem nítidos para identificar certas diferenciações entre ondas e radiações eletromagnéticas, embora fisicamente essa precisão não exista.

Distinção do espectro em radiações de baixa e de alta freqüência 

A faixa da radiação anterior à luz vermelha, denominada de infravermelha, corresponde à radiação térmica com freqüência menor que a da luz visível, mas com comprimento de onda maior, na faixa de mil vezes.
Existem ainda radiações eletromagnéticas de mais baixa energia e freqüência, como as usadas no funcionamento do aparelho de microondas. Os comprimentos de onda destas são da ordem de mil a cem mil (100.000) vezes maiores do que os da luz visível. As radiações usadas em comunicação por rádio e televisão possuem freqüências ainda menores. Seus comprimentos de onda são da ordem de dez mil a um milhão de vezes maior que os da luz visível.
Ocupando a extremidade de baixa freqüência estão as radiações produzidas pelas redes de distribuição elétrica de corrente alternada, cuja freqüência é de 50 ou 60 Hz, valores que são da ordem de cem bilhões de vezes menores que a freqüência da luz visível.
No outro extremo estão situadas as radiações de alta freqüência, como ultravioleta (com freqüência 100 vezes maior que a da luz visível), raios X e radiação gama (com freqüência da ordem de dez mil a um milhão de vezes maior que a da luz visível).

 Aspectos morfofisiológicos do olho

         
O olho humano é um órgão basicamente esférico, com aproximadamente 24 mm de diâmetro, que se localiza dentro de uma cavidade óssea (o crânio) e é apoiado em uma camada de gordura para amortecer eventuais impactos. Os ossos da face, as pálpebras, os cílios e as sobrancelhas também contribuem para a proteção do olho.
Com a atividade que segue objetiva-se que os alunos tenham noções sobre o tamanho dos olhos e saibam realizar medidas em instrumentos que possibilitam maior precisão do que a régua.

Morfofisiologia interna
            Internamente o olho apresenta três membranas concêntricas: esclera, coróide e retina e três corpos transparentes: cristalino, humor aquoso e humor vítreo, descritos a seguir:
a) Esclera
Consiste de uma membrana formada por tecido conjuntivo fibroso. É conhecida como “branco do olho”, por ser essa a sua cor. Em sua parte anterior encontra-se a córnea, uma lente convergente e de absoluta transparência, cujas principais funções são proteger o olho e permitir a entrada de luz, direcionando seus “raios luminosos”. A superfície da córnea é lubrificada pela lágrima, secretada pelas glândulas lacrimais. Depois de banhar a superfície ocular, a lágrima é coletada por um orifício existente no canto interno do olho e é drenada para a cavidade nasal. Outra parte de sua extensão é a conjuntiva, uma camada transparente que cobre a parte frontal da esclerótica relativa à córnea. 
b) Coróide
Membrana intermediária, de cor escura, situada abaixo da esclera. É a camada vascular do olho, por conter os vasos sanguíneos que atuam na sua nutrição. Na parte frontal da coróide localiza-se a íris, uma estrutura muscular em forma de disco colorido, responsável pela cor do olho. A íris possui um orifício central denominado pupila (também conhecida como “menina dos olhos”). A pupila tem a capacidade de controlar a quantidade de luz que entra no olho: ela se contrai quando a intensidade luminosa do ambiente é maior e se dilata quando é menor.
A coróide também possui células com pigmento negro que absorve a luz em excesso no interior do olho. A absorção pelo pigmento inibe a reflexão interna da luz e impede a perda de definição, de nitidez da imagem.

c) Retina
Membrana mais interna do olho, constituída, basicamente, de dois tipos de células nervosas fotossensíveis: os cones e os bastonetes. A região onde se concentram os cones é denominada de mácula lútea(ou mancha amarela), a qual possui uma depressão denominada fóvea centralis. Esta apresenta duas características favoráveis à formação nítida de imagens: está situada no eixo óptico do olho e possui uma concentração de fotocélulas: os cones (mais centrais) e os bastonetes (mais periféricos).
No fundo do olho está o ponto cego, do qual emergem o nervo óptico e os vasos sangüíneos da retina. Por não possuir cones nem bastonetes é insensível à luz, portanto não forma imagem.
Os cones e os bastonetes são especializados em absorver a energia luminosa e a transformar em impulsos elétricos, que se propagam pelo nervo óptico até o cérebro. Nos bastonetes existe uma substância sensível à luz chamada rodopsina, a qual é produzida a partir da vitamina A. A deficiência alimentar dessa vitamina leva à cegueira noturna e à xeroftalmia (diminuição na produção de lágrimas, o que provoca ressecamento da córnea, deixando-a opaca e espessa).

d) Lente (Cristalino )
O cristalino tem o formato de uma lente biconvexa, transparente, cujo índice de refração varia entre 1,38 e 1,41, situa-se atrás da pupila e orienta a focalização da luz na retina. Por estar preso ao músculo ciliar, pode tornar-se mais delgado ou mais curvo. Essas mudanças de forma ocorrem para direcionar os “raios luminosos” na direção da mancha amarela. O cristalino fica mais espesso para proporcionar a visão de objetos próximos, e fica mais delgado para a visão de objetos distantes. A essa propriedade do cristalino dá-se o nome de acomodação visual.  

e) Humor aquoso
Líquido incolor existente entre a córnea e o cristalino, fornece nutrientes, mantém a pressão interna e permite a passagem de luz ao interior do olho.  Seu índice de refração é 1,33.

f) Humor vítreo
Material gelatinoso transparente que preenche todo o espaço interno do globo ocular entre a retina e o cristalino. Além de contribui para manter a forma esférica do olho, fornece nutrientes, mantém a pressão interna e permite a passagem da luz (por isso é transparente). Seu índice de refração é 1,33.

Anexos do olho

            Os olhos apresentam estruturas que desempenham funções de proteção e de lubrificação, que são:

1. Pálpebras – Constituem-se de dobras (superior e inferior), que abrem ou fecham possibilitando a exposição ou nãodo olho ao ambiente, espalham lágrimas e protegem os olhos.
2. Cílios – São pêlos curtos e finos que protegem os olhos, retendo poeira e outros materiais provenientes do ar.
3. Conjuntiva – É uma membrana fibrovascular elástica que recobre a esclera na porção visível do olho e a área interna das pálpebras. Sua elasticidade possibilita a movimentação dos olhos para os lados.
4. Sobrancelhas – São pêlos curtos localizados na parte superior do globo ocular. Também tem a função de proteção.         
5. Sistema lacrimal – formado por glândulas lacrimais e pelo conduto por onde escoa a lágrima.
6. Lágrima – É um líquido produzido pelas glândulas lacrimais, cuja função é de lubrificação, nutrição e proteção da córnea e da conjuntiva, evitando o atrito e ressecamento.

Musculatura do olho

            A movimentação do globo ocular realiza-se por meio de seis músculos existentes em cada olho. O paralelismo do olho é mantido graças à ação sincronizada dos seis músculos de cada olho. Todos os músculos têm a função de girar o globo ocular:
O reto superior: para cima;
O reto inferior: para baixo;
O reto lateral: para os lados;
O oblíquo superior: para baixo;
O oblíquo inferior: para cima;
O reto medial: faz a convergência dos globos oculares, o que facilita a visão em profundidade.

Além desses músculos, há um conjunto composto por três nervos cranianos que controlam o seu funcionamento.

Dissecação do olho
            Cada espécie de ser vivo apresenta características próprias no seu órgão da visão. Entre os mamíferos, no entanto, são muitas as semelhanças. Diante disso, a dissecação do olho de bovino ou suíno, com a identificação das principais partes, constitui uma atividade didática que contribui para compreender o olho humano.

Atividade: dissecação de olho bovino Em pequenos grupos, de posse dos materiais (olho de boi ou de suíno, tesoura, pinça, luvas, lupa, bisturis ou faca, seringa e placa de Petri) realizar as atividades que seguem: a) Observar externamente o olho bovino e identifique suas partes. Qual o aspecto da membrana externa do olho? ........................................................................ b) Escrever a função de cada parte externa do olho (cílios, pálpebras, membrana ...); c) Utilizando luvas, segurar o olho sobre a placa ou bandeja e introduzir, cuidadosamente, uma agulha de seringa na membrana externa (córnea) para retirar o humor aquoso localizado logo abaixo da córnea. d) Colocar o líquido numa placa de Petri, observá-lo e apontar a principal função que possui no olho; e) Com auxílio de um bisturi retirar a córnea, examina-la e o espaço entre ela e a íris; f) Ainda utilizando o bisturi, fazer um corte (horizontal) no globo ocular. g) Separar a parte anterior da parte posterior do olho e recolher o humor vítreo e o cristalino numa placa de Petri ou pires; h) Segurando o cristalino observar: - um objeto que se encontra a certa distância;                                                          - as letras escritas num jornal ou revista; i) Virar a parte de trás do globo ocular (a esclerótica) pelo avesso e observar bem a região azul-esverdeada (a qual é preta nos seres humanos). Que região é essa? Como é denominada? Qual a sua principal função? Identificar, também, nessa área, o ponto cego e o nervo óptico; j) Retomando o bisturi, raspar a parte preta da retina e identificar a coróide. Observá-la e caracterizá-la; k) Representar o olho e suas principais estruturas por meio de desenhos; l) Elaborar um relatório da atividade (pode ser a produção de um texto).

Exercícios:
1. Que componentes foram encontrados dentro do olho?
2. Com base no que foi observado, é possível identificar, e compreender, a função da córnea, do humor vítreo e do cristalino?
3. Você conseguiu observar que o cristalino está preso a um conjunto de músculos? Qual a razão disso?

Componentes do olho e energia luminosa

            Compreender a interação com o ambiente por intermédio da visão requer um estudo sistemático sobre as características especiais de alguns dos componentes do olho em relação à energia luminosa e suas implicações na formação de imagens.
 

É sempre bom lembrar que todas as partes do olho são essenciais para que a visão seja eficaz. A começar pela córnea, uma membrana curva e transparente, com espessura de aproximadamente 0,5 mm, que provoca o primeiro desvio na trajetória da luz que penetra no olho, correspondente a dois terços (2/3) do desvio necessário para sua focalização na retina.
Daí, a luz atinge a íris, uma camada pigmentada e suficientemente opaca, que funciona como diafragma e tem a função de limitar a quantidade de luz que atinge a parte central do cristalino. A íris contém músculos circulares e radiais que, ao serem estimulados, provocam a diminuição ou aumento de sua abertura - a pupila -, cujo diâmetro pode variar de 1,5 mm a 8,0 mm. Seu funcionamento, porém, não é instantâneo, pois leva cerca de 5 segundos para se fechar ao máximo e em torno de 300 segundos (5 min.) para se abrir totalmente.
A qualidade na visão também depende do “caminho da luz” no interior dos olhos. O terço (1/3) restante fica a cargo do cristalino. A córnea e o cristalino são responsáveis pela focalização adequada da energia luminosa sobre a retina.
Outro componente essencial do olho é a coróide, uma camada pigmentada, rica em vasos sanguíneos e células pigmentares. A coróide tem a função de absorver a luz excedente, evitando possíveis reflexões que poderiam prejudicar a qualidade da imagem projetada na retina. Para evitar distúrbios na visão não pode ter sobras de energia luminosa no interior do olho.
A retina, por sua vez, contém as fotocélulas (os cones e os bastonetes) que absorvem energia luminosa e a transformam em elétrica (impulsos elétricos).

O cristalino: dupla função
a) Desvio na trajetória da luz
Após ter sido quantitativamente controlada pela íris, a luz atinge o cristalino, que atua como lente convergente, produzindo praticamente o terço restante do desvio responsável pela focalização na retina. Em sua trajetória no olho, após atravessar o cristalino (com índice de refração n entre 1,39 e 1,41), a luz passa pelo humor vítreo (n = 1,33), uma substância clara e gelatinosa que preenche todo espaço entre o cristalino e a retina.

b) Acomodação visual
Ao olhar para um objeto, a luz oriunda do mesmo é direcionada pelo cristalino de modo a atingir a retina em condições de formar uma imagem nítida, real e invertida deste objeto. Embora a imagem formada na retina seja invertida, a mensagem levada ao cérebro faz com que a imagem do objeto seja percebida na sua posição direita (não invertida).
Em uma lente normal, quando se varia a distância de um objeto a imagem fica desfocada. É necessário mudar a distância da lente em relação ao objeto para obter imagens nítidas. Você já imaginou se fosse assim com a visão humana, diante das variadas distâncias dos objetos em relação aos olhos? Felizmente os seres humanos possuem uma lente (o cristalino) com capacidade de flexão. Ao mudar sua curvatura, forçada pelo sistema de músculos, ele consegue acomodar-se para focalizar a energia luminosa na região da retina mais sensível à luz, possibilitando uma boa nitidez na formação das imagens.
Enxerga-se nitidamente um objeto se a imagem do mesmo se formar sobre a retina do olho, qualquer que seja a distância do objeto ao olho. Para que isto ocorra, a distância focal do cristalino deve ser diferente para cada posição do objeto. Este efeito é produzido pela ação de músculos que atuam sobre o cristalino, provocando alterações em sua curvatura. Esta propriedade do olho é denominada acomodação visual.

Atividade: acomodação visual e nitidez na formação de imagens             Com esta atividade busca-se compreender como ocorre a formação e a nitidez de imagens. Materiais: Lente convergente, anteparo, vela e fósforo. Procedimento: a) Posicionar o anteparo sobre uma das extremidades da mesa (para montar um anteparo, prender um pedaço de isopor – daqueles de embalagem de bolo ou doces - a um taco de madeira, utilizando dois percevejos); b) Posicionar a vela na outra extremidade da mesa, distante 1,20 metro do anteparo, e acendê-la; c) Colocar a lente distante 10 a 20 cm do anteparo. Vagarosamente, deslocar a lente para um lado ou outro até que se forme uma imagem bem nítida no anteparo; d) Deslocar a vela (o objeto) alguns centímetros (5 a 10 cm) para a frente e observar a imagem formada. Descrever o observado/entendido: ................... e) Em seguida, deslocar a vela para trás (5 a 10 cm) e observar a imagem formada. Descrever  ....... f) Com base nas observações anteriores, explicar a nitidez das imagens na visão humana. É possível apontar semelhanças e diferenças?

            Ao refletir sobre a formação de imagens vistas nessa atividade experimental, surge outra questão crucial. Sabendo que a distância entre o sistema de lentes do olho e a retina, onde se forma a imagem, se mantém praticamente constante, como é possível enxergar objetos próximos e distantes com nitidez?
- como é possível, para uma distância da imagem (di) constante, ao variar a distância do objeto (do) o olho ser capaz de continuar conjugando imagens nítidas?
- como explicar essa capacidade de enxergar nitidamente objetos altos/grandes e baixos/pequenos (o) e o tamanho (altura) da imagem (i) destes objetos sobre a retina do olho ser praticamente o mesmo?
Obs: Em relação a este estudo é possível fazer um trabalho interdisciplinar com a Matemática.[1]

Uma vez que é imprescindível a imagem se formar exatamente sobre a retina para que se possa ter uma boa visão (com nitidez), não resta dúvida de que o olho deve ter um mecanismo de ajuste. Isso é possível devido à capacidade do cristalino de alterar sua curvatura - acomodação visual – pela ação dos músculos do olho e, assim, provocar desvios diferenciados na trajetória da luz, de modo a projetá-la sempre sobre a retina. A boa flexibilidade do cristalino do olho possibilita a projeção adequada da imagem sobre a retina para diferentes posições de objetos.
Mesmo assim, devido a disfunções na visão, algumas pessoas não conseguem ter uma imagem nítida dos objetos que se encontram a certas distâncias dos mesmos.

Visão normal – Visão nítida de objetos próximos e distantes. A formação da imagem sobre a retina é bem nítida. Fatores: convergência normal do cristalino e formação normal do globo ocular. Como as fotocélulas da retina estão situadas nessa região elas recebem adequadamente a energia luminosa.

 Disfunções na visão

Muitas pessoas não conseguem enxergar nitidamente os objetos que estão situados em diferentes posições. Destas, algumas têm dificuldades para enxergar objetos bem próximos, enquanto outras para objetos mais distantes. O estudo dos defeitos de visão pode explicitar melhor o problema, particularmente a projeção da luz em relação à retida para diferentes posições dos objetos.

Miopia – Dificuldade de enxergar objetos distantes. A formação da imagem sobre a retina não é nítida. Fatores: excessiva convergência do cristalino ou deformação do globo ocular. A imagem tende a se formar antes (à frente) da retina. Como as fotocélulas da retina estão mais distantes, elas recebem a energia relativa a uma imagem desfocada, distorcida. Correção: lentes divergentes (bicôncavas).

Hipermetropia: dificuldade de enxergar objetos próximos. A formação da imagem sobre a retina não é nítida. Fatores: pequena curvatura do cristalino ou a deformação do globo ocular. Com isso, uma imagem nítida se formaria atrás da retina, conforme figura ao lado. Correção: lentes convergentes (biconvexas).

            Para entender como acontece a correção da miopia e da hipermetropia sugere-se a realização da seguinte atividade.

Outros tipos de disfunções visuais

a) Astigmatismo – dificuldade de visão devido a pequenos desvios no eixo óptico, com perda de focalização em determinadas direções. A superposição de algumas imagens torna a visão pouco nítida. Sua correção é feita por lentes cilíndricas.
b) Daltonismo: causado pela falta ou pelo funcionamento precário de um dos tipos de cones anteriormente citados. Isso cria certa cegueira quanto à visão colorida. Algumas pessoas não conseguem distinguir entre o vermelho e o verde, enquanto outras não distinguem a coloração azul.
c) Glaucoma: Corresponde ao aumento da pressão intra-ocular, de até 70 mmHg, que passa a comprimir a artéria retiniana, causando a visão tunelada ou até mesmo a cegueira. Isso é motivado pela dificuldade de drenagem do humor aquoso, que é produzido a uma taxa média de 5 ml por dia.
d) Estrabismo: convergência ou divergência dos globos oculares pela complacência dos músculos reto lateral e reto medial.

A retina: formação de imagens e transformações de energia

Após atravessar os meios transparentes do olho, a luz atinge a retina, uma superfície sobre a qual se forma a imagem. A retina é uma camada rosada, fina - com espessura de aproximadamente 0,5 mm -, e constituída de fibras e células nervosas interligadas. São de dois tipos suas células nervosas sensíveis à luz: os cones e os bastonetes, cujos nomes estão relacionados à forma que apresentam.
Os cones e os bastonetes são células fotossensíveis responsáveis pela transformação da energia luminosa em elétrica. A energia luminosa é responsável pela ação química e elétrica que se desencadeia nas células fotossensíveis. A energia elétrica, na forma de impulsos elétricos, é transmitida ao cérebro pelo nervo óptico.
Os cones, em torno de sete milhões na retina de cada olho, são responsáveis pela visão central e colorida. Eles possuem a capacidade de tornar as imagens mais nítidas e mais ricas de detalhes. Acredita-se que a visão em cores tem algo a ver com certa diferenciação existente entre os cones. São considerados três tipos de cones: um deles apresenta maior sensibilidade aos fótons de luz vermelha, outro aos fótons de luz verde e um terceiro aos fótons de luz azul. Dessa forma, os cones são células capazes de distinguir diferenças nas características da energia luminosa, possibilitando, assim, a visão colorida.

A visão das outras cores é explicada pela estimulação simultânea e em graus distintos dessas células fotossensíveis.
Já os bastonetes, em torno de 125 milhões, são mais sensíveis à luz - cerca de 100 vezes mais que os cones-, possibilitam ver à noite. Por funcionarem com pouca luz seu poder de resolução visual é bem menor que o dos cones, isto é, percebem os tons em cinza; é a chamada visão noturna ou visão de penumbra. Em situações de pouca luminosidade, a visão passa a depender exclusivamente dos bastonetes, uma vez que estes reagem à claridade quatro vezes mais rápido que os cones.  
Assim, a energia luminosa que chega à retina, na forma de ondas eletromagnéticas, portadora das informações que chegam dos objetos ao interior dos olhos, necessita ser transformada em energia elétrica. É por meio de impulsos elétricos que as informações são conduzidas, pelo nervo óptico, até o cérebro, o qual as reconhece e interpreta como imagens do que os olhos vêem, inclusive as cores dos objetos.

A luz: forma de energia e portadora de informações

Freqüência da luz e energia
 O espectro eletromagnético é representado por uma ampla faixa de ondas e radiações eletromagnéticas. Uma pequena parcela dessa faixa corresponde à radiação visível. As diferenças nas freqüências das ondas e radiações eletromagnéticas correspondem a diferenças na energia que cada onda ou fóton é capaz de “transportar” pelo espaço (na atmosfera ou no vácuo).
No estudo sobre a visão é importante compreender que na faixa do visível (do espectro eletromagnético) também podem ser expressas várias faixas de freqüências. A freqüência é uma grandeza própria dos movimentos oscilatórios e corresponde ao número de oscilações realizadas por segundo, ou por outra unidade de tempo. Assim como o som é uma vibração mecânica do ar e a sua freqüência distingue sons graves e agudos, a luz é também uma forma de vibração eletromagnética cuja freqüência distingue uma cor da outra.

 Cada cor possui sua freqüência, que é seu número de identificação. Usualmente, em relação à faixa do visível, são consideradas seis cores diferentes: vermelha, laranja, amarela, verde, azul e violeta. Veja na tabela o espectro da luz visível, que também relaciona as cores da luz com a sua faixa de freqüência.
Essas diferentes cores, quando associadas a faixas de freqüências, também permitem explicitar diferenças na energia luminosa.
Isto corresponde a considerar diferenças na energia dos fótons, ou seja, cada faixa de radiações possui sua energia definida de acordo com a freqüência média dos fótons.

Então, na faixa do visível, o fóton de luz vermelha, com a menor freqüência, tem a menor energia, e o fóton de luz violeta, com a maior freqüência, tem a maior energia.
A tabela anterior também explicita os comprimentos de onda l : outra grandeza usada para identificar o tipo de radiação (ou de onda, se considerar as distâncias entre dois vales ou dois picos de uma onda).
Comparando os valores da coluna das freqüências com a dos comprimentos de onda observa-se uma relação inversa entre essas grandezas: quanto menor o comprimento de onda da radiação, maior a sua freqüência. A luz vermelha, por exemplo, tem um comprimento de onda maior do que o da luz azul, o que significa que a freqüência daquela luz é menor.

Refração da luz

            A significação desse conceito torna-se importante para compreender alguns fenômenos físicos que ocorrem em nosso meio, a exemplo de imagens distorcidas (a imagem de um lápis inserido num copo) e a decomposição das cores da luz (na formação da imagem do arco-íris).

Quando a luz passa de um meio transparente para outro ela sobre desvios em sua trajetória. Isso pode causar impressões variadas, como:

a) Distorções em relação à imagem
Quando a luz passa da água para o ar sua direção muda. É por causa desse desvio, chamado de refração, que se enxerga uma colher dentro de um copo com água como se estivesse “quebrada”.
Essa mudança de direção deve-se ao fato de a luz ter velocidades diferentes na água e no ar. A velocidade da luz em cada meio é constante, mas ao passar de um meio para outro seu valor se modifica. No vácuo ou no ar esta velocidade é de aproximadamente 300.000 km/s e em outros meios é sempre menor.

Atividade Utilizando um copo de vidro, bem transparente, colocar água até próximo da borda e inserir nele um lápis (ou outro objeto alongado, de formato similar). Observar o mesmo olhando: a) no plano horizontal; b) no plano vertical (de cima para baixo) c) É possível perceber diferenças entre uma e outra situação? Comentar.

Atividade a) Providenciar um copo opaco e fazer uma marca com tinta colorida no centro do mesmo. b) Fixar um dos olhos na marca colorida e então se afastar até não enxergar mais a marca. Ficar imóvel por uns instantes, enquanto um dos colegas vai colocando água no copo até enchê-lo. Comentar com os colegas e anotar o entendimento obtido. c) Relacionar esta atividade com a visão que se tem ao olhar um peixe dentro da água.

b) Revelar um conjunto de cores (decomposição da luz)

A luz branca é composta por um conjunto de cores, mas quando todas estiverem se propagando juntas elas não são reveladas.  No entanto quando a luz passa num prisma ou em gotas de água (como da chuva), o feixe de energia percorre distâncias diferentes. Como o material do prisma ou das gotas é diferente, constituindo índices de refrações diferentes do índice de refração do ar, o feixe de luz sai do prisma ou da gota de água com partes dele tendo velocidades diferentes. Esse fenômeno provoca a decomposição da luz, possibilitando a visão das cores.
O reconhecimento das cores, no entanto, ocorre devido a cada fóton de cor diferente possuir freqüências e comprimentos de onda diferentes.
O desvio que a luz sofre ao passar de um meio para outro está relacionado ao seu índice de refração (n) nesse meio, comparado com o do meio precedente (usualmente o ar ou vácuo). O índice de refração é obtido dividindo-se a velocidade da luz no vácuo (c) pela velocidade da luz nesse meio (v).

O índice de refração do vidro (ou de outro meio transparente como a água, plásticos) é ligeiramente diferente para cada cor, aumentando do vermelho para o violeta.

A luz vermelha atravessa mais rapidamente o interior do vidro do que a luz violeta. Por isso, a luz branca, ao incidir sobre a superfície de um prisma de vidro, se refrata e produz um feixe colorido. Cada cor, chamada luz monocromática, sofre um desvio diferente. A luz violeta, de maior freqüência, se desvia mais do que as outras.

A percepção das cores está associada a três fatores: (a) a fonte de luz; (b) a capacidade do olho humano em reconhecer fótons com energia diferenciada; (c) a reflexão distinta das ondas eletromagnéticas na faixa do visível pelos materiais. Por exemplo, uma maçã parece vermelha porque reflete a luz vermelha. Um abacate parece verde porque reflete só o verde.
As cores atribuídas aos objetos correspondem às cores de luz que são preferencialmente refletidas por eles. Quando um objeto é iluminado com luz branca e ele parece vermelho, significa que ele está refletindo mais intensamente a componente vermelha do espectro e absorvendo as demais. Se parece amarelo, ele está refletindo mais as componentes verde e vermelha, que somadas resulta no amarelo. Quando parece branco, o corpo está refletindo todas as componentes, quase nada absorvendo. Se o objeto é visto negro, está absorvendo as partes da luz que nele incide.
As cores conhecidas estão associadas a um mesmo princípio: reflexão e absorção diferenciadas das cores de luz que correspondem a três regiões básicas do espectro da luz visível: vermelho, verde e azul, que são as cores primárias. Na adição de cores, a mistura proporcional dessas três cores forma o branco e as misturas aos pares formam as cores secundárias: o amarelo, o magenta e o ciano.
Misturando luz dessas três cores em diferentes proporções é possível obter qualquer cor de luz, inclusive a branca.
A luz branca é uma mistura equilibrada do vermelho com o verde e o azul. Na atividade com a "caixa de luz", o amarelo foi obtido pela combinação da luz vermelha com a verde; o vermelho-azulado (magenta) é obtido pela combinação da luz vermelha com a luz azul e o verde- azulado (ciano) é a combinação da luz verde com a luz azul.
O amarelo, o magenta e o ciano são as cores ditas secundárias. As outras nuances de cores são obtidas variando a quantidade de cada uma das cores primárias.
Diariamente a TV colorida nos mostra uma mistura de cores.
As múltiplas tonalidades de cores que vemos nos mais diferentes programas de televisão, são na realidade produzidas por uma combinação de apenas três cores, as chamadas cores primárias: o vermelho, o verde e o azul.
Pode-se observar que o logotipo de algumas marcas de televisores apresenta estas três cores. Este sistema, também utilizado no monitor (vídeo) de computadores, é conhecido como RGB (do inglês: red, green, blue).

Atividade 1: decomposição e recomposição das cores da luz a) Colocar água no interior do prisma de vidro; b) Segurando o prisma em frente ao seu rosto, procure olhar através dele a claridade oriunda de uma janela ou de uma lâmpada ligada, e/ou de outros objetos que estão em seu entorno. Descrever o observado.

Obs: A maioria dos materiais listados nesse tópico está disponível no Laboratório de Física da Unijuí.

 Tópicos complementares

Um mundo diferente: para além do que nossos olhos vêem
As variações de cores que os olhos captam é apenas uma minúscula fração do espectro eletromagnético. Por exemplo, os olhos não conseguem ver a radiação infravermelha, cujo comprimento de onda é superior ao da luz vermelha. As serpentes-cascavel, no entanto,  têm dois orifícios entre os olhos e as narinas que detectam a radiação infravermelha. Assim, mesmo no escuro elas podem atacar com precisão uma presa de sangue quente.
No espectro eletromagnético, acima da faixa visível, isto é, com freqüência maior que a luz violeta, vem a radiação ultravioleta (UV). Embora invisível aos olhos humanos, a radiação UV é visível a muitas criaturas, incluindo aves e insetos. As abelhas, por exemplo, orientam-se pelo Sol — mesmo com ele encoberto num dia parcialmente nublado — localizando uma parte de céu azul e observando o padrão formado pela luz UV polarizada.
Muitas plantas floríferas apresentam padrões visíveis apenas na faixa UV, e algumas flores têm até mesmo um “indicador de néctar” — uma seção com refletância de UV contrastante — que indica aos insetos a localização do néctar. Certas frutas e sementes “apresentam-se” aos pássaros de maneira similar.
Visto que os pássaros conseguem ver na faixa UV e o UV confere a sua plumagem uma radiância extra, é provável que eles percebem um colorido mais intenso de suas plumagens do que as pessoas enxergam.
Acredita-se que o grau visual diferenciado, como a capacidade de ver luz UV, auxilia a certos gaviões e falcões a localizar ratos-calunga, ou ratos silvestres. Como? O rato-calunga macho, conforme a revista BioScience, produz urina e fezes que contêm substâncias que absorvem a radiação UV. Além disso, como ele marca suas trilhas com urina, essas aves podem identificar áreas povoadas por ratos-calunga.

A visão dos gatos
Os gatos conseguem enxergar com boa nitidez em ambientes pouco iluminados, devido à capacidade de dilatação da pupila. Quando exposta à luz solar, a pupila se contrai, tornando-se quase uma listra vertical. Com pouca luminosidade a pupila se dilata completamente, formando um círculo, uma região maior de contato com o ambiente, de modo a entrar um número suficiente de fótons (de energia luminosa) para tornar possível a visão.
Essa capacidade de enxergar bem em ambientes com pouca intensidade luminosa (baixa concentração de fótons) é possível aos gatos por possuírem nos olhos uma estrutura chamada região tapetal (o tapetum lucidum), localizada na coróide e que reveste internamente quase toda a esfera ocular.
O tapetum lucidum é formado por 15 camadas de células especiais (localizadas atrás da retina) que provocam a dupla estimulação dos cones e bastonetes e são capazes de refletir a luz.
Essa região tapetal funciona como um espelho, de modo a refletir os fótons que não foram absorvidos num primeiro momento: boa parte desses fótons refletidos atinge as células receptoras da retina, reforçando a visão. Graças ao caminho de ida e volta percorrido pela luz, a visão noturna é aumentada, facilitando sua visão noturna, quando costumam caçar. Na ausência de luz, entretanto, os gatos não enxergam nada.
Como alguns dos fótons refletidos no interior dos olhos do gato retornam ao ambiente, os olhos brilham no escuro.
O campo de visão do gato é amplo, se comparado ao humano, e a visão estereoscópica lhe permite determinar a distância exata entre ele e sua presa.
Acredita-se que as fotocélulas dos gatos têm capacidade de absorver a energia de diferentes fótons, o que lhes daria a condição de ver em cores; no entanto seu cérebro não consegue processar essas diferenças, o que torna essa função sem sentido para os gatos.

Qualquer objeto posto em frente ao orifício da câmara escura reflete luz que chega até ele, em todas as direções, constituindo-se no que denominamos uma fonte secundária de luz. No caso de um ambiente externo, por exemplo, a fonte de luz primária pode ser o Sol, mas num ambiente interno a fonte de luz primária pode ser uma lâmpada.
A face do objeto que está voltada para o orifício da câmara terá uma imagem formada em seu interior. Essa face do objeto reflete luz em todas as direções e apenas parte dessa luz atingirá o orifício. Devido à propagação da luz em linha reta, a imagem se forma invertida dentro da câmara escura. 
Nos filmes das máquinas fotográficas, como também em nossos olhos, as imagens que se formam têm as mesmas características que a imagem obtida com a câmara escura: todas elas são de cabeça para baixo invertem o lado direito com o esquerdo, quando observado por trás do anteparo.    

. l é uma letra do alfabeto grego, chamada lâmbda, que corresponde à nossa letra l. É usada para representar o comprimento de onda e tem como unidade o metro.