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O que dá à luz observável suas cores?

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Eu sei que a diferença entre as diferentes cores de luz é a diferença entre seus comprimentos de onda, mas não sei o que dá belas cores (como as cores do arco-íris) a diferentes comprimentos de onda de luz observável.

O que faz nossos olhos verem diferentes comprimentos de onda de luz como cores diferentes?


Observação: Eu conheci alguém que era daltônico, ele não era capaz de ver as cores do arco-íris. Portanto, o processo que dá cor à luz deve estar nos olhos e no cérebro.


Três tipos diferentes de cones no olho são sensíveis a três diferentes, contíguos e levemente sobreposição, seções do espectro visível. Os sinais nervosos desses três tipos diferentes de cones são interpretados por diferentes seções do cérebro como ciano, magenta e amarelo, dos quais todas as cores discerníveis são compostas. Isso forma o familiar Triângulo de Cores.

Os lados do Triângulo de Cores ficam ligeiramente salientes (eu acredito) por causa da ligeira sobreposição nas faixas de sensibilidade dos três tipos de cone.

O daltonismo ocorre quando alguém nasce com apenas dois (ou raramente um ou nenhum) tipos diferentes de cones, em vez dos três habituais. Isso causa uma incapacidade de detectar um dos três subespectros.


Pigmento biológico

Pigmentos biológicos, também conhecido simplesmente como pigmentos ou biocromos, [1] são substâncias produzidas por organismos vivos que possuem uma cor resultante da absorção seletiva de cores. Pigmentos biológicos incluem pigmentos de plantas e pigmentos de flores. Muitas estruturas biológicas, como pele, olhos, penas, pelos e cabelos, contêm pigmentos como a melanina em células especializadas chamadas cromatóforos. Em algumas espécies, os pigmentos se acumulam em períodos muito longos durante a vida de um indivíduo. [2]

A cor do pigmento difere da cor estrutural por ser a mesma para todos os ângulos de visão, enquanto a cor estrutural é o resultado de reflexão seletiva ou iridescência, geralmente por causa de estruturas multicamadas. Por exemplo, asas de borboleta normalmente contêm cor estrutural, embora muitas borboletas tenham células que também contêm pigmento. [3]


Exemplos de Indicadores

  • Um indicador de pH muda de cor em uma faixa estreita de valores de pH em solução. Existem muitos indicadores de pH diferentes, que exibem cores diferentes e atuam entre certos limites de pH. Um exemplo clássico é o papel de tornassol. O papel de tornassol azul fica vermelho quando exposto a condições ácidas, enquanto o papel de tornassol vermelho fica azul em condições básicas.
  • A fluoresceína é um tipo de indicador de adsorção. O corante é usado para detectar a reação completa do íon prata com o cloreto. Uma vez que prata suficiente é adicionada para precipitar o cloreto como cloreto de prata, o excesso de prata é adsorvido na superfície. A fluoresceína combina-se com a prata adsorvida para produzir uma mudança de cor de amarelo esverdeado para vermelho.
  • Outros tipos de indicadores fluorescentes são projetados para se ligarem a moléculas selecionadas. A fluorescência sinaliza a presença da espécie alvo. Uma técnica semelhante é usada para marcar moléculas com radioisótopos.
  • Um indicador pode ser usado para identificar o ponto final de uma titulação. Isso pode envolver o aparecimento ou desaparecimento de uma cor.
  • Os indicadores podem indicar a presença ou ausência de uma molécula de interesse. Por exemplo, testes de chumbo, testes de gravidez e testes de nitrato, todos empregam indicadores.

Efeito da cor da luz na taxa de fotossíntese: laboratório explicado

Fotossíntese é o processo pelo qual as plantas passam para produzir energia na forma de glicose necessária para sobreviver. É uma reação química que envolve o uso de dióxido de carbono, água e luz. Este processo de fotossíntese ocorre nos cloroplastos que se encontram nas folhas da planta.

Os cloroplastos são pequenas estruturas que contêm um pigmento verde chamado clorofila. De acordo com BBCbitesize.com, o processo envolve o dióxido de carbono que entra na folha através dos estômatos, localizados em sua parte inferior. A água é absorvida pelas células da raiz da planta e transportada para o resto da planta através do uso de vasos de xilema.

Além desses dois componentes, uma planta precisa da luz solar para passar pelo processo de fotossíntese. Com esses três ingredientes, ocorre a fotossíntese, liberando oxigênio como um produto residual e criando a glicose necessária para a planta se alimentar.

Estaremos conduzindo um experimento para determinar como a mudança na frequência da luz que uma planta usa afeta a taxa de sua fotossíntese, colocando discos da planta em uma solução de sabão de bicarbonato sob luzes de diferentes frequências e registrando o número de discos que flutuam. depois de um certo tempo.

Os discos de folhas irão flutuar por causa do oxigênio emitido por eles como um produto residual da fotossíntese, e isso nos ajudará a concluir a taxa de fotossíntese com base em quanto oxigênio é liberado pelos discos e quanto tempo leva para flutuar até o superfície.

Questão de pesquisa:

Como definir uma fonte de luz de 100 watts para frequências diferentes (430–480 THz, 510–540 THz, 540–580THz, 610–670 THz, luz clara) afeta o número de discos de folhas flutuantes de 12 em uma solução de bicarbonato de sódio quando a quantidade de tempo de 10 minutos é mantida a mesma?

Minha hipótese é que se uma fonte de luz de 100 watts acima dos discos da planta for alterada para as diferentes frequências de luz vermelha (430-480 THz), luz azul (610-670 THz), luz amarela (510-540 THz), verde Light (540–580THz) e Clear Light, o número de discos de folhas de 12 flutuando na solução de bicarbonato ao longo do tempo será diferente.

Eu prevejo que, uma vez que, de acordo com Edriaan Koening em sciencing.com, os pigmentos em uma planta [1] e # 8211 clorofila uma, clorofila b, e β-caroteno & # 8211 absorvem mais comprimentos de onda da cor azul e vermelho, a taxa de fotossíntese aumentará nos discos das plantas sob as luzes vermelha e azul, fazendo com que mais deles flutuem após o período de 10 minutos em comparação com outras cores de luz. Presumo que sim, definir a fonte de luz para uma frequência de luz diferente afetará o número de discos flutuando após um período de tempo.

Variável independente (IV):

A variável independente neste experimento é a frequência da luz que será usada nos discos das plantas. Alcançaremos diferentes frequências (Hz) de luz usando diferentes filtros de luz em uma fonte de luz de 100 watts acima da planta. Estaremos usando luz vermelha (430–480 THz), luz azul (610–670 THz), luz verde (540–580 THz), luz amarela (510–540 THz) e luz clara. Criaremos essas frequências colocando filtros de celofane de cada uma das cores contra a fonte de luz.

Variável dependente (DV):

Ao alterar a variável independente, neste caso, é a frequência da luz vermelha (430–480 THz), luz azul (610–670 THz), luz verde (540–580 THz), luz amarela (510–540 THz) e Clear Light, o número de discos que flutuam de 12 mudará em um período de 10 minutos. Isso será medido contando o número de discos flutuantes sob luzes de cores diferentes após um determinado período de tempo, que será medido com o uso de um cronômetro. Estaremos conduzindo 2 testes para observar a flutuação dos discos da planta para cada um dos filtros de celofane coloridos e calcularemos a média dos dados registrados para o tempo que os discos da planta levaram para flutuar até a superfície.


O que dá à borboleta Morpho seu magnífico azul?

Existem mais de 140.000 espécies de borboletas e mariposas no mundo, voando em todos os continentes, exceto na Antártica. Suas asas contêm incontáveis ​​padrões e cores, fornecendo ferramentas essenciais para camuflar, encontrar parceiros e espantar predadores.

Um professor da Bay Area está tentando aprender mais sobre como essas cores se desenvolvem e evoluem & ndash indo muito, muito pequeno.

Nipam Patel, professor do Departamento de Biologia Molecular e Celular da Universidade da Califórnia, Berkeley, estuda as milhares de células minúsculas, conhecidas como escamas, em borboletas e asas de rsquo.

À distância, as fileiras e mais fileiras de escamas parecem padrões vívidos que decoram as asas de uma borboleta. Mas, de perto, cada escala é como um toque de tinta em uma pintura pontilhista ou um ladrilho em um mosaico - elas representam uma unidade individual de cor.

Lepidoptera, o nome da ordem que engloba borboletas e mariposas, se traduz como "asas escamosas" - como pode ser visto aqui na asa de Morpho peleides. (Nipam Patel / UC Berkeley)

"Cada escala é. Uma única célula e, no que diz respeito às células, elas são enormes, muito maiores do que as células típicas de nossos corpos", diz Patel, que também trabalha no Departamento de Biologia Integrativa de Berkeley & rsquos. "Uma célula sanguínea humana tem cerca de 10 mícrons de tamanho - um tamanho bastante típico para uma célula em nossos corpos. Uma escala de borboleta é. Enorme, com cerca de 50 mícrons de diâmetro e 200-250 mícrons de comprimento."

Imagem à escala de Morpho peleides (15kx) obtida com microscópio eletrônico de varredura. (Ryan Null / UC Berkeley)

Algumas escamas de borboletas são coloridas por pigmentos. Mas outros confiam em algo chamado & ldquostructural color & rdquo - & ndash a produção de cor por formas elaboradas de tamanho nanométrico que refletem e dobram a luz. A cor estrutural é a razão pela qual percebemos a borboleta Morpho, um tipo deslumbrante de borboleta azul encontrada na América do Sul, México e América Central, como um azul brilhante, junto com penas de pavão, besouros iridescentes e olhos azuis.

“O azul é uma das cores mais raras feitas como pigmento”, observa Ryan Null, um estudante de pós-graduação no laboratório de Patel. "A maioria dos animais não consegue produzir pigmentos azuis."

Várias espécies de borboletas Morpho. (Jenny Oh / KQED)

Uma área de pesquisa em andamento no laboratório centra-se na cor estrutural das borboletas no que se refere à biologia evolutiva do desenvolvimento. Os pesquisadores estão trabalhando para entender como as nanoestruturas nas asas das borboletas e rsquo são construídas durante o terceiro estágio de seu ciclo de vida, conhecido como desenvolvimento pupal. Patel e Null queriam observar como a cor estrutural toma forma nas asas.

Como isso normalmente ocorre dentro da pupa opaca de um Morpho e não é visível, eles removem as asas das pupas, as cultivam em uma placa de Petri e estudam o processo. Como revelar uma fotografia ou pintar em uma tela em branco, cores e padrões lentamente aparecem nas asas brancas fantasmagóricas ao longo do tempo e ndash como mostrado em curtos filmes de lapso de tempo que eles filmaram de várias espécies diferentes de borboletas.

http://www.youtube.com/watch?v=ZJEw79Eafck
Cumes na superfície das escalas são um componente chave que afeta a forma como a asa refrata a luz. (Vídeo cortesia de Nipam Patel / UC Berkeley)

Os cientistas, que usam microscópios de alta potência para estudar seus objetos, esperam que, ao focar no muito pequeno, suas pesquisas possam ser aplicadas de maneiras inovadoras no futuro.

"O que é legal nesse trabalho é que, em contraste com a maneira como as pessoas atualmente imitam cores estruturais naturais - usando processos industriais, camadas de depósito de metais pesados ​​por eletricidade cara e que consome muita energia - borboletas e mariposas desenvolveram uma maneira de criar essas cores impressionantes com uma cadeia de moléculas de açúcar ", diz Null.

“Eles parecem ser os componentes básicos de todas as células animais. O programa genético que controla a criação das nanoestruturas é elegante, robusto e feito de uma forma que não é perigosa para a vida do animal. Se pudermos descobrir como as borboletas fazer o que eles fazem, temos o potencial de aplicar o que aprendemos a uma vasta gama de problemas, como a criação de carros que tenham sua "pintura" crescida da superfície de suas chapas de metal, cosméticos vívidos que são inerentemente seguros para uso com testes mínimos, e até mesmo tornando as células solares mais eficientes. "

Morpho rhetenor da coleção de espécimes de Nipam Patel. (Jenny Oh / KQED)


O que dá à luz observável suas cores? - Biologia

Existem basicamente dois tipos de carne: escura e branca.

Carne vermelha ou escura é feito de músculos com fibras que são chamadas contração lenta. Esses músculos são usados ​​por longos períodos de atividade, como ficar em pé ou caminhar, e precisam de uma fonte de energia consistente. A proteína mioglobina armazena oxigênio nas células musculares, que usam oxigênio para extrair a energia necessária para uma atividade constante. A mioglobina é uma proteína ricamente pigmentada. Quanto mais mioglobina houver nas células, mais vermelha ou mais escura será a carne.

Quando a carne escura é cozida, a cor da mioglobina muda dependendo da temperatura interna da carne. A carne rara é cozida a 140 graus F, e a cor vermelha da mioglobina permanece inalterada. Acima de 140 ° F, a mioglobina perde sua capacidade de ligar oxigênio e o átomo de ferro no centro de sua estrutura molecular perde um elétron. Este processo forma um composto de cor castanha chamado hemicromo, o que dá cor à carne cozida ao meio. Quando o interior da carne atinge 170 graus F, os níveis de hemicromo aumentam e a mioglobina torna-se metamioglobina, o que confere à carne bem passada sua tonalidade marrom-acinzentada.

carne branca é feito de músculos com fibras que são chamadas contração rápida. Os músculos de contração rápida são usados ​​para explosões rápidas de atividade, como fugir do perigo. Esses músculos obtêm energia do glicogênio, que também é armazenado nos músculos.

A carne branca tem uma qualidade "vítrea" translúcida quando crua. Quando é cozido, as proteínas desnaturam e se recombinam, ou coagular, e a carne torna-se opaca e esbranquiçada.

Vacas e porcos são fontes de carne escura, embora os porcos sejam freqüentemente chamados de "a outra carne branca". Os músculos dos porcos contêm mioglobina, mas a concentração não é tão pesada quanto na carne bovina. As galinhas têm uma mistura de carne escura e branca, e o peixe é principalmente carne branca.

Diferentes tipos de carne requerem diferentes tempos de cozimento. A melhor maneira de determinar se a carne está pronta é usar um termômetro de carne para verificar a temperatura interna. A carne pode ser cozida em uma variedade de temperaturas: mal passada (140 e deg F), média (160 e deg F) e bem passada (170 e deg F). Carne de porco, frango e peixe têm menos margem de manobra. Recomenda-se que a carne de porco seja cozida a 170 graus F, frango a 180 graus F e peixe a 165 graus F.


Menos algas dão ao Lago Tahoe sua cor azul

O azul icônico do Lago Tahoe está mais fortemente relacionado às algas, não à clareza, de acordo com uma pesquisa divulgada hoje pelo Centro de Pesquisa Ambiental UC Davis Tahoe, ou TERC. No “Tahoe: Relatório sobre o estado do lago 2015”, os pesquisadores descobriram que quanto mais baixa a concentração de algas, mais azul é o lago.

O relatório também inclui atualizações relacionadas à clareza, mudança climática, seca e novas pesquisas no Lago Tahoe.

Claro e azul

A suposição de que a clareza do lago está ligada ao azul tem impulsionado os esforços de defesa e gestão na Bacia do Lago Tahoe por décadas. Mas as descobertas do relatório mostram que nas épocas do ano, quando a clareza aumenta, o azulado diminui e vice-versa. Isso se deve à interação sazonal de sedimentos, nutrientes e produção de algas à medida que o lago se mistura.

A clareza é controlada por sedimentos. O azulado é controlado pela concentração de algas, que por sua vez é impulsionada pelo nível de nutrientes disponíveis para as algas.

“Esta é uma boa notícia”, disse Geoffrey Schladow, diretor do Centro de Pesquisa Ambiental da UC Davis Tahoe e professor de engenharia civil. “Mostra que entendemos melhor como funciona o Lago Tahoe e reforça a importância de controlar a entrada de nutrientes no lago, seja da floresta, dos gramados ao redor ou mesmo do ar. É particularmente encorajador que o azulado tenha aumentado nos últimos três anos. ”

A baixa precipitação ajudou a manter o escoamento de nutrientes e sedimentos baixo em 2014.

Índice de Blueness

Shohei Watanabe, um pesquisador de pós-doutorado na UC Davis TERC, liderou o estudo do azul em colaboração com o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e a Universidade Laval. Ele produziu um Índice de Azulidade, quantificando a cor do Lago Tahoe pela primeira vez usando dados de uma bóia de pesquisa da NASA-JPL no lago e radiômetros hiperespectrais que medem a quantidade de luz que sai do lago em cada banda de onda - em outras palavras, sua cor.

Watanabe combinou o Índice de Azulidade com medições TERC da profundidade de Secchi - a profundidade na qual um disco branco permanece visível quando mergulhado na água. Ele ficou surpreso ao ver que o azul e a clareza não correspondiam. Na verdade, eles variaram em direções opostas.

“Isso não significa que a clareza deve ser descartada”, disse Watanabe. “Em vez disso, mostra que as concentrações de algas e a entrada de nutrientes devem ser gerenciadas mais de perto para realmente manter o Tahoe azul e claro.”

A bóia JPL usada no estudo é uma das quatro estabelecidas pela NASA com o apoio do TERC para calibrar e validar medições feitas por satélites voando sobre suas cabeças.

“Esta bóia em particular tem instrumentos sob a água olhando para cima e um instrumento na bóia olhando para baixo”, disse Simon Hook do JPL & # 8217, que colaborou com Watanabe. “A combinação de instrumentos dentro e acima da água são usados ​​neste estudo para ver como a luz está sendo espalhada e atenuada. Isso diz a você algo sobre a cor e a clareza do lago. ”

Um ano recorde

Outros destaques do Relatório do Estado do Lago incluem:

  • Clareza: a clareza média anual da água foi a melhor em mais de uma década, melhorando de 70,2 pés em 2013 para 77,8 pés em 2014. As melhorias foram influenciadas, em parte, pela seca:
  • Com pouca chuva, menos contaminantes foram levados para o lago.
  • Mudanças climáticas: As condições quentes e secas continuaram pelo terceiro ano consecutivo em 2014. As temperaturas médias anuais mínimas e máximas do ar em Tahoe City foram as mais altas registradas desde 1910. A precipitação foi de apenas 61 por cento da média, com apenas 18 por cento caindo como neve, bem abaixo do normal. A camada de neve de abril na Bacia Tahoe foi a mais baixa registrada em 100 anos de manutenção de registros.
  • Evaporação: a maior perda de água do Lago Tahoe é por evaporação. Em 2014, 52 polegadas de água evaporaram do lago. Uma polegada de evaporação equivale a 3,5 bilhões de galões de água.
  • O nível do lago caiu abaixo da borda natural em 16 de outubro de 2014, interrompendo o escoamento da água do Lago Tahoe para o rio Truckee. No final de 2014, o nível final do lago estava meio pé abaixo da borda.
  • Temperatura do lago: as temperaturas superficiais médias anuais atingiram o máximo histórico de 53 F, e o inverno experimentou a temperatura da água de superfície mais quente daquela temporada na história registrada do lago.
  • Misturando. O Lago Tahoe não se misturou em toda a sua profundidade pelo terceiro ano consecutivo, devido às águas mais quentes e aos níveis recordes de estabilidade do lago (resistência à mistura). Essa falta de mistura profunda também levou aos níveis mais altos de nitrato-nitrogênio já registrados, 20 microgramas por litro.
  • Biologia: As algas presas ao redor das margens do lago estavam em valores recordes, em grande parte devido ao nível muito baixo do lago.

O relatório State of the Lake informa os não cientistas sobre os fatores mais importantes que afetam a saúde do lago e ajuda a influenciar as decisões sobre a restauração e gestão do ecossistema na Bacia do Lago Tahoe.

O relatório State of the Lake de 2015 foi financiado pela California Tahoe Conservancy, IVGID Waste Not Program, League to Save Lake Tahoe, Parasol Tahoe Community Foundation, Tahoe Area Sierra Club, Tahoe Fund, Tahoe Lakefront Owners Association, Tahoe Regional Planning Agency, Tahoe Associação de Fornecedores de Água, Capítulo Toiyabe do Sierra Club e a generosidade de apoiadores que valorizam o papel da ciência para salvar o lago. TERC tem parceria com outras instituições de pesquisa e agências de recursos na Bacia de Tahoe para lidar com os desafios atuais que o Lago Tahoe enfrenta.


Gerando outro portador de energia: NADPH

A função restante da reação dependente da luz é gerar a outra molécula transportadora de energia, NADPH. Conforme o elétron da cadeia de transporte de elétrons chega ao fotossistema I, ele é reenergizado com outro fóton capturado pela clorofila. A energia deste elétron impulsiona a formação de NADPH a partir de NADP + e um íon de hidrogênio (H +). Agora que a energia solar é armazenada em transportadores de energia, ela pode ser usada para fazer uma molécula de açúcar.


Usos de luz negra

Luzes negras têm muitos usos. A luz ultravioleta é usada para observar corantes fluorescentes, melhorar o brilho de materiais fosforescentes, curar plásticos, atrair insetos, promover a produção de melanina (bronzeamento) na pele e iluminar obras de arte. Existem várias aplicações médicas de luzes negras. A luz ultravioleta é usada para desinfecção, diagnóstico de infecções fúngicas, infecções bacterianas, acne, melanoma, envenenamento por etilenoglicol e no tratamento da icterícia neonatal.


Pigmentos

O que foi discutido até agora é a cor que vem da emissão de luz, as porções visíveis do espectro eletromagnético. No entanto, os pigmentos não funcionam adicionando luz, em vez disso, os pigmentos funcionam capturando algumas frequências de luz e apenas deixando certos comprimentos de onda de luz refletirem no objeto. Os pigmentos operam removendo certas frequências de luz da luz branca, e as cores que você vê quando olha para um pigmento são simplesmente as cores que refletiram no objeto e entraram em seu olho. Isso é conhecido como cor subtrativa, e cor subtrativa é o que é usado para criar tintas e corantes. A tinta ou tinta absorve certas frequências e reflete as outras frequências, com o cérebro interpretando essa frequência refletida como uma determinada cor. Quando os pigmentos vermelhos e azuis são misturados, o resultado é roxo.

Um dos pigmentos mais conhecidos é a clorofila, o pigmento encontrado nas plantas verdes. Este pigmento atua absorvendo as partes azuis e vermelhas do espectro visível, com a luz verde sendo refletida. Como resultado de terem clorofila dentro de suas células, as plantas apresentam coloração verde.

Existem também outros exemplos de pigmentos biológicos, como: hemoglobina, melanina, carotenóides, antocianinas e enolatos de polieno.

A hemoglobina é uma substância química responsável por fornecer a coloração vermelha que as células sanguíneas possuem. A melanina é um tipo de pigmento encontrado na maioria dos organismos e é responsável por bloquear a radiação ultravioleta e proteger as células dessa radiação prejudicial. Os carotenóides são criados por diferentes tipos de bactérias, e um exemplo de carotenóide é o caroteno, que dá aos flamingos a coloração rosa e às cenouras, a laranja. As antocianinas são um pigmento vermelho ou azul encontrado nos tecidos das plantas superiores. As antocianinas são solúveis em água. Enolatos de polieno são um tipo de pigmento encontrado apenas em certos tipos de papagaios.

As cores que um objeto absorve são determinadas pela estrutura desse objeto. A frequência de vibração do objeto (a frequência em que o elétron está vibrando) deve estar próxima ou na frequência das ondas de luz para que ele absorva essa cor. Quando a frequência da vibração coincide com as ondas de luz, os elétrons no objeto absorvem a luz que entra e vibram devido à energia. Quando os átomos do material se prendem firmemente aos seus elétrons, as vibrações são passadas para os núcleos do átomo. Isso faz com que os átomos se acelerem e colidam com outros átomos como resultado. Quando os átomos colidem, eles liberam a energia adquirida anteriormente durante o processo de vibração, liberando-a na forma de calor.


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