Contenido
1. La luz ... 2 2. ¿Qué es la luz? ... 2 A. Velocidad de la luz ... 4 B. El espectro visible ... 5 C. El espectro no visible ... 5D. Las ondas luminosas ... 6
3. Propiedades de la luz ... 7 4. Percepción visual ... 10 5. Sistema visual... 10 Células fotosensibles ... 11 6. El color ... 12 A. Síntesis aditiva... 13 B. Síntesis sustractiva ... 13 7. Recursos ... 14
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Todo ser vivo debe adaptarse a las condiciones de vida planteadas por su medio natural, si es que quiere sobrevivir, y es la percepción visual la que permite a los seres vivos conocer o comprender el medio ambiente en el que se encuentran. Así le ocurre al ser humano, que la información que le aporta la visión es el 80% de la que recogen todos los sentidos. Pero los sentidos no son infalibles, así estudiaremos las propiedades de la luz y de los colores.
En esta unidad estudiaremos las características físicas de la luz, la historia del estudio de este elemento físico y la biología humana que permite su percepción.
Es una unidad muy teórica, pero básica para el conocimiento de uno de los elementos básicos de esta asignatura audio-visual
1.
La luz
La luz es una forma de radiación electromagnética similar al calor radiante, las ondas de radio o los rayos X. La luz corresponde a oscilaciones extremadamente rápidas de un campo electromagnético, en un rango determinado de frecuencias que pueden ser detectadas por el ojo humano. Las diferentes sensaciones de color que percibimos corresponden a luz que vibra entre la longitud de onda más pequeña, en el violeta y la máxima en el rojo.
La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones.
2.
¿Qué es la luz?
En la Antigüedad, ya los griegos observaron algunos fenómenos asociados con la luz como la propagación rectilínea, la reflexión (a través de los espejos) y la refracción (por su observación de la transmisión lumínica en el agua).
Una idea para explicar la naturaleza de la luz que proponían es que la luz era "algo emitido por el ojo", que chocaba contra los objetos y permitía verlos.
Más adelante se propuso que la luz debía proceder de los objetos que se veían y que al llegar al ojo producía el efecto de la visión.
Ninguna de las dos hipótesis explicaba por qué no se emiten rayos en la oscuridad, así que se planteó una nueva hipótesis que identificaba la luz como algo procedente del Sol y de los cuerpos incandescentes.
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En el siglo XVIII, Newton planteó la teoría corpuscularde la luz. A través de ella, explicaba que la luz está compuesta por partículas luminosas, de distinto tamaño según el color, que son emitidas por los cuerpos luminosos y que producen la visión al llegar a nuestros ojos.
Huygens, en la misma época, propuso que la luz era una onda (teoría ondulatoria).
La teoría corpuscular de Newton fue aceptada durante todo el siglo XVIII, posiblemente por la gran fama y autoridad de éste.
Fresnel y Young observaron que los fenómenos de interferencia y difracción para la luz no se podían explicar con la hipótesis deNewton.
Foucault midió la velocidad de la luz en diferentes medios y observó que al pasar del aire al agua disminuía su velocidad, tal como había propuesto Huygens.
Estos descubrimientos permitieron que se consolidaran las ideas de Huygens sobre la naturaleza ondulatoria de la luz, aunque todavía quedaban algunas cuestiones sin resolver relacionadas con la propia naturaleza de la luz y con su propagación en el vacío, ya que la luz sí puede viajar por el vacío, y este hecho no ha resultado fácil de explicar. En un principio los físicos suponían que debía haber "algo" en el vacío, al que llamaron éter, y por el que creían que viajaba la luz. La idea del éter se mantuvo viva hasta que a principios del siglo XX. Einstein justificó que determinados tipos de ondas, como la luz, podían desplazarse en el vacío.
De acuerdo con la física clásica existen diferencias entre onda y partícula. Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.
Isaac Newton
Christian Huygens
Augustin Fresnel
Albert Einstein Thomas Young
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Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un "concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa
En 1860, Maxwell publicó su teoría matemática sobre el electromagnetismo que predecía la existencia de ondas electromagnéticas que se propagaban a la misma velocidad que la luz. Por ello argumentó que la luz y otras ondas que se conocían como las de radio consistían en un mismo fenómeno: eran ondas electromagnéticas que se diferenciaban sólo en su frecuencia.
A. Velocidad de la luz
La velocidad de la luz es de aproximadamente 300.000 km/s. Se ha demostrado teórica y experimentalmente que la luz tiene una velocidad finita. La primera medición con éxito fue hecha por el astrónomo danés Ole Roemer en 1676 y desde entonces numerosos experimentos han mejorado la precisión con la que se conoce el dato. Actualmente el valor exacto aceptado para la velocidad de la luz en el vacío es de 299.792.458 m/s
Los distintos colores de luz tienen en común el ser radiaciones electromagnéticas que se desplazan con la misma velocidad.
Para calcular la velocidad de la luz (c) tan solo utilizamos la siguiente fórmula:
Hoy consideramos que una onda electromagnética es única, aunque se compone de dos
perturbaciones: un campo eléctrico vibrando perpendicularmente a un campo magnético.
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c
=
λ · ν
Donde λ (lambda) es la longitud de onda (en metros) y ν (nu) es la frecuencia de oscilación de la onda electromagnética, es decir, el número de
ondas que se originan cada segundo.
B. El espectro visible
Es la zona del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz.
La conforman la serie de colores semejante a un arco iris -por este orden: violeta, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo- que se produce al dividir una luz compuesta como la luz blanca en sus colores constituyentes. Puede lograrse un efecto similar haciendo pasar luz solar a través de un prisma de vidrio.
C. El espectro no visible
Es la zona del espectro electromagnético que el ojo humano no es capaz de percibir. Comprende la zona de longitudes de onda que hay por encima del violeta (ultravioleta) y también la zona que hay por debajo del rojo (infrarrojo).
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D. Las ondas luminosas
La onda luminosa es lo mismo que luz. Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas y tienen la misma naturaleza de las de la radio, de las cuales se diferencian por tener una mucho más alta frecuencia y un mucho más corto el largo de onda.
Si recordamos conceptos:
La longitud de onda (λ) es la distancia que existe entre dos crestas o dos valles consecutivos, como se muestra en la figura.
La frecuencia (V) es el número de oscilaciones en un segundo.
Estas dos cantidades están relacionadas entre sí por la velocidad v, con la que se propaga la luz. Cuanto más grande sea la longitud de onda, menor es la frecuencia, y viceversa.
La longitud de onda tiene diferentes valores según el color de la luz, como se ve en el cuadro anterior, que van desde aproximadamente 350 nm para el violeta hasta 650 nm para el rojo.
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3.
Propiedades de la luz
La transmisión es la propiedad de algunos materiales y medios de dejar pasar la luz (medios transparentes: vidrio, agua, aire,...) la luz se transmite a través de ellos sin una gran pérdida de intensidad, aunque modificando su velocidad de transmisión según el medio del que se trate (por ejemplo en el vacío la velocidad es de 300.000 Km/s. Mientras que en el vidrio es de 200.000 Km/s.
La reflexión es la propiedad por la cual un rayo luminoso es desviado de su trayectoria inicial en otra dirección cuando en su camino se encuentra un objeto opaco. La luz se refleja sobre los objetos despidiendo luz en una o varias direcciones, según sea la naturaleza del objeto. Las superficies lisas, pulidas y brillantes sólo reflejan la luz en una sola dirección (reflexión especular), mientras que las superficies rugosas lo hacen en todas las direcciones (reflexión difusa), que en la práctica cotidiana de ver, la mayoría de los objetos suelen tener superficies rugosas o difusas.
La dispersión se produce cuando la luz atraviesa sustancias que reducen su velocidad y varía para cada una de las distintas longitudes de onda del espectro, aunque en el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible. Gracias a este
Reflexión especular.
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fenómeno podemos ver los colores del arcoíris. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera.
La refracción es el efecto que se produce cuando un rayo luminoso que se está transmitiendo a través de un medio, encuentra en su trayectoria otro medio de transmisión distinto, en el momento en el que el rayo luminoso entra en contacto con otro medio sufre un desvío en su trayectoria, este efecto de la refracción se debe al cambio de velocidad que experimenta la luz cuando pasa de un medio a otro de distinta naturaleza.
La ambigüedad en la información visual goza de la propiedad, a veces no del todo conveniente; es decir, requiere de ciertas interpretaciones antes de tomar la decisión de lo que vemos. Uno de los casos más típicos de ambigüedad en la información visual que recibimos es el que atañe a la visión en tres dimensiones. Nos pasa con imágenes en línea como los ejemplos o en obras como las del artista M.C.Escher.
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Obra de M.C. Escher10
4.
Percepción visual
La percepción visual es la acción de percibir la luz de los objetos mediante la vista (órganos visuales), el elemento desencadenante es la luz y el órgano procesador es la vista. Los órganos de la vista perciben sólo la parte visible del espectro electromagnético, el resto del espectro puede ser captado por otros instrumentos y técnicas. Los órganos de la vista efectúan una selección informativa y la procesan según un sistema de imágenes configurado en la retina que posteriormente son conducidas al cerebro por una conversión en corrientes aptas para ser trasladadas por el sistema nervioso. El ojo humano capta entonces sólo la luz visible.
La percepción de una imagen está en estrecha relación con la manera de cada individuo de captar la realidad y al mismo tiempo está vinculada con la historia personal, los intereses, el aprendizaje y la motivación. A través de la percepción se selecciona la información del mundo exterior, pero aunque la representación de un objeto sea única no hay correspondencia total entre el mundo físico y el perceptivo.
También está determinada por factores físicos como deficiencias en el sistema de visión.
5.
Sistema visual
El sentido de la vista permite que el cerebro (primera parte del sistema visual) se encargue de formar la imagen óptica del estímulo visual en la retina (sistema óptico). Esta es la función que cumplen la córnea y el cristalino del ojo.
Las células de la retina forman el sistema sensorial del ojo. Las primeras en intervenir son los fotorreceptores, los cuales capturan la luz que incide sobre ellos. Sus dos tipos son los conos y los bastones. Otras células de la retina se encargan de transformar dicha luz en impulsos electroquímicos y en transportarlos hasta el nervio óptico. Desde allí, se proyectan a importantes regiones como el núcleo geniculado lateral y la corteza visual del cerebro.
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En el cerebro comienza el proceso de reconstruir las distancias, colores,movimientos y formas de los objetos que nos rodean.
Células fotosensibles
La retina se compone en su capa más profunda de células fotosensibles de dos tipos: conos y bastones, repartidos de forma desigual por su superficie. Forman un verdadero mosaico de seis millones de conos, (que tiene cada uno de ellos conexión directa e individualizada con la parte posterior del cerebro), y unos ciento veinte millones de bastones en cada ojo, (que se conectan en grupos varios).
Los conos alcanzan mayor precisión y detalles, también son aptos para la más intensa iluminación, y, por un pigmento especial llamado rosina, permiten la visión cromática.
Los bastones captan mejor el movimiento, son más sensibles al gris tonal y a la escasa iluminación. No están igualmente repartidos por la retina, abundando la concentración de conos en la zona central, donde hay un punto minúsculo, llamado fóvea, situado en el eje visual del ojo, que tiene la máxima concentración. Es aquí donde quedan enfocadas las imágenes que desean verse con mayor nitidez y detalle.
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En contraste con la eficacia de la fóvea está el punto ciego, se encuentra en el fondo del ojo junto al nudo de salida o conexión de estas células con el nervio óptico. Es el encargado de transmitir las sensaciones al cerebro: ese punto es insensible a la luz.
6.
El color
El color es una percepción visual que se genera en el cerebro al interpretar las señales nerviosas que le envían los fotorreceptores de la retina del ojo y que a su vez interpretan y distinguen las distintas longitudes de onda que captan de la parte visible del espectro electromagnético.
Cuando vemos un objeto de un color es porque absorbe todas las longitudes de onda del espectro excepto las correspondientes al color que vemos (ver vídeo de la Historia del color).
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A. Síntesis aditiva La síntesis aditiva o color de la luz resulta de la adición de componentes de la luz. Los componentes de la luz se agregan directamente a la emisión; éste es el caso de los monitores o los televisores a color. Cuando se agregan los tres componentes, rojo, verde, azul (RGB), se obtiene blanco. La ausencia de componentes produce negro. Los colores secundarios son cian, magenta y amarillo porque:
verde combinado con azul produce cian
azul combinado con rojo produce magenta
verde combinado con rojo produce amarillo
B. Síntesis sustractiva
La síntesis sustractiva es la denominada de colores pigmento y la utilizaremos en el proceso de reproducción del color. La síntesis sustractiva se le denomina así porque sustrae color, de tal manera que la suma de los tres primarios nos da el negro que es la ausencia de color. Aunque esta síntesis también denominada de colores reflejados para existir requiere de la luz blanca para poder absorber o reflejar colores.
Los colores primarios en la síntesis sustractiva son: CIAN, MAGENTA y AMARILLO.
La suma de dos primarios a partes iguales nos origina un color secundario que se convertirá en color primario en síntesis aditiva:
Cian + Magenta = Azul
Cian + Amarillo = Verde
Magenta + Amarillo = Rojo
La suma de los tres primarios origina el NEGRO (al utilizar tintas de impresión el resultado es un marrón y es debido a la contaminación de las tintas):
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7.
Recursos
Percepción visual:
http://contenidos.educarex.es/mci/2002/24/menu_principal.html
Historia del color: http://www.dailymotion.com/video/x9ox6o_historia-del-color_school
La luz a través de la Historia I. De los griegos a Newton:
