¿Intensidad de la luz frente a visibilidad/brillo en patrones de rendija doble/simple?

Tengo curiosidad por algo que no parece ser señalado mucho.

Este es el patrón de intensidad de doble rendija como un gráfico:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es lo que se supone que debes ver en la vida real:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Si miras el gráfico, el sobre azul tiene el máximo del medio 24 veces más alto que el segundo máximo a los lados. Sin embargo, en la imagen vemos que el "segundo grupo de flecos" a los lados es tan visible como el grupo del medio.

En algún momento tuve en mis manos una configuración real de una sola rendija y medí la luz en cada punto del patrón con un fotodetector y un osciloscopio. No pude completar todas mis medidas, pero medí a fondo la intensidad en una parte del patrón y se ajustaba a la sincronizar ( X ) curva bastante bien, así que estoy convencido de que el gráfico de arriba da la distribución de intensidad correcta.

Sin embargo, todavía estoy tratando de entender por qué una luz de intensidad tan pequeña se vería tan brillante como algo muchas veces más intenso. ¿Hay alguna explicación que explique esto? ¿Cómo se relaciona la intensidad con la visibilidad?


Editar: Aparentemente, algunas personas dicen que es probable que la imagen de arriba se haya entrometido para mostrar cada grupo de franjas igualmente brillantes. Esto me hizo decidir obtener algunas de mis propias imágenes del patrón de una sola rendija.

Esto es durante la noche:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es durante el día:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es durante el día, con más luz solar en la habitación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es durante el día, pero con un flash:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La imagen con flash eliminó por completo todas las demás franjas de la imagen, por lo que parece respaldar una de las respuestas relacionadas con las consideraciones de exposición de las cámaras.

Podría ser de ayuda, además de la respuesta no lineal de cualquier medio que registró la imagen en la parte inferior en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law
Sí, tampoco estoy seguro de si la imagen es una representación precisa del patrón de intensidad. Sentado aquí en mi Mac y usando una pequeña utilidad para medir la intensidad de la imagen en tres puntos, obtengo (R, G, B) = (232,114,55) para la intensidad más alta en el centro y (236,64,58) para la intensidad más alta en el "segundo máximo", y (15,19,23) para el fondo negro. Entonces, curiosamente, la intensidad del rojo es mayor en el máximo secundario que en el centro. Sin embargo, el centro registra más "verde" que el máximo secundario. Claramente, esta imagen no se puede utilizar para medir directamente el perfil de intensidad.
@SamuelWeir Tomé algunas fotos y definitivamente se ven diferentes en comparación con la original que publiqué.
@SpiralRain: sí, sus imágenes se ven mejor, pero aun así todas estas imágenes tienen puntos centrales que están saturados (es decir, "sobreexpuestos :)". El sensor de imagen se agotó al máximo en el punto central porque hay mucha luz allí. Para obtener una imagen que represente con precisión la intensidad de la imagen, tendría que jugar manualmente con la configuración de exposición de la cámara para que el punto central no esté sobreexpuesto. Además, necesitaría una buena lente para que no haya destello de lente o lente. neblina proyectada por el punto central brillante que afecta las mediciones de los puntos adyacentes.

Respuestas (2)

Si alguna vez ha tratado de tomar una fotografía de un patrón de interferencia, pronto se dará cuenta de la dificultad de obtener una imagen del patrón tan "buena" como la que puede ver con sus ojos.

Descubrirá que si obtiene la exposición de la parte central del patrón correctamente, no podrá ver las franjas de orden superior.
Ajuste las cosas para que obtenga flecos de orden superior agradables y la parte central del patrón quede sobreexpuesta.

Entonces puede tener un problema similar al mostrar la imagen en la pantalla de una computadora.

Aquí hay dos imágenes que ilustran el problema.

ingrese la descripción de la imagen aquí

ingrese la descripción de la imagen aquí

La imagen superior muestra el Sol correctamente expuesto, pero el edificio está subexpuesto, mientras que la imagen inferior muestra el edificio correctamente expuesto, mientras que el Sol y el cielo circundante están sobreexpuestos.

El rango dinámico (capacidad de procesar un rango de intensidades de luz) de una cámara y la pantalla de una computadora es muy inferior al del ojo.
Entonces, su imagen de un patrón de interferencia no es una reproducción fiel de las intensidades reales de la vida real.
Lo más probable es que haya sido generado por computadora o procesado para mostrar las características más destacadas a expensas de equivocarse en las intensidades.

Las imágenes de alto rango dinámico se han facilitado con la llegada de las cámaras digitales y las computadoras, donde se utilizan técnicas para mejorar la calidad de la imagen final.

Un ejemplo del artículo de Wikipedia muestra cómo se pueden combinar varias imágenes para producir la imagen "deseada", aunque debe recordar que la imagen que ve puede verse degradada por el bajo rango dinámico de la pantalla de su computadora.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Sin ningún procesamiento de imagen, podría obtener algo como esto:

ingrese la descripción de la imagen aquí.

Así que ahora toma otra foto con las franjas centrales correctamente expuestas y combina el centro de esta imagen con las partes exteriores de la imagen de arriba y tendrás una buena representación del patrón de interferencia que puedes ver con tus ojos.

Tomé fotografías de patrones de una sola rendija previamente, y ahora que lo pienso, en realidad noté que el punto medio era blanco brillante en lugar de rojo. Voy a publicar algunos de ellos.

Estrictamente hablando, la visibilidad/brillo es una construcción de percepción, es decir, es subjetivo a la percepción de la luz por parte del ojo. Es análogo a la sonoridad en el caso del sonido. Si bien la intensidad permanece constante a cierta distancia y muestra una tendencia a variar inversamente con el cuadrado de la distancia entre la fuente y el observador, es posible que la visibilidad/brillo no necesariamente haga lo mismo. Eso es porque no es una construcción física. No puede reducirlo numéricamente a menos que observe los sesgos de percepción en los humanos. Incluso entonces, lo máximo que podrías hacer, por pura practicidad, es reducirlo cualitativamente.

Un sesgo notable en el caso del sonido es la curva psicoacústica. Esta curva pondera cómo percibimos el volumen. Ciertas frecuencias son más predominantes que otras, incluso si la amplitud en todas las frecuencias audibles se distribuye uniformemente.

Nivel de presión sonora (SPL) frente a frecuencia

El nivel de presión o Decibelio te da intensidad, NO volumen. El volumen se puede encontrar después de pesar la intensidad encontrada con una curva (en su mayoría) derivada experimentalmente. Por lo tanto, sonoridad ≠ intensidad.

Puede leer más sobre el contorno de igual volumen en Wikipedia.

Mi consejo para usted: confíe en su instrumento, lo más probable es que siempre sea correcto. Use los sentidos solo como una copia de seguridad para encontrar errores obvios.