U.T.3) LA LUZ 1. Naturaleza de la luz. La imagen que percibimos de un objeto no es más que el conjunto de los rayos de luz que él refleja. Por eso, cuando desaparece la fuente de luz luminosa (cuando se va la luz) desaparecen las imágenes de los objetos, sin que por ello se haya perdido la visión. Así pues, las imágenes de los objetos no son algo propio del objeto en cuestión. La luz es la fuente de energía más universal. Esa manifestación energética se da en forma de radiaciones electromagnéticas que se emiten por medio de ondas desde una fuente emisora. Esas ondas electromagnéticas son captadas por el ojo humano, que las transforma en energía nerviosa, a su vez conducida a través del nervio óptico hasta el cerebro. La luz se propaga en línea recta en forma de ondas. A diferencia de las ondas sonoras, que para propagarse requieren el aire u otro medio material, las ondas de luz se propagan libremente en el vacío. En él, la luz se propaga a 300.000 km/seg. En el aire esta velocidad es un poco más lenta y aún se ralentiza más en el agua y en el vidrio. Además de la luz, otras formas de onda se propagan en el espacio a la misma velocidad que la luz: la familia de ondas electromagnéticas. Se llama longitud de onda a la distancia que existe entre la cresta de una onda y la cresta de la siguiente.

La distancia que puede haber entre cresta y cresta es muy variable, según el tipo de onda electromagnética de que se trate: desde diez millonésimas de milímetro hasta millares de metros. Las que a nosotros nos interesan, de todos modos, y que apenas son la octava parte de la totalidad de dichas ondas, se miden mediante las siguientes unidades: - Micrómetro: una millonésima de metro = 0,000001 m. - Nanómetro: una milmillonésima de metro = 0,000000001 m.

El ojo humano sólo puede percibir las vibraciones de una longitud de onda que mida de 400 a 700 nanómetros. Estas son precisamente las vibraciones que conocemos con el nombre de luz, situadas entre el rojo y el violeta. Por encima y por debajo de estas vibraciones visibles se encuentran las invisibles, que contribuyen a la formación de la luz blanca y que conocemos como ultravioletas e infrarrojas.

Hay muchos tipos de luz, de los cuales solo percibimos una mínima parte, pues los rayos X, los rayos cósmicos, los catódicos, las ondas de radio, etc, son tipos de luz que sólo percibimos con aparatos. A efectos fotográficos solo nos interesa la luz visible, que se sitúa entre los rayos ultravioleta y los infrarrojos. 2. Propiedades de la luz. Cuando la energía luminosa incide en la superficie de un material pueden darse varios efectos o resultados: transmisión, absorción, reflexión, refracción y dispersión. 2.1. Transmisión. Es el paso de la luz a través de sustancias no opacas. Puede ser directa, difusa o selectiva. La transmisión directa tiene lugar a través de materiales transparentes (vidrio, agua, aire, etc). Un rayo de luz que incide perpendicularmente a la superficie de esos materiales prosigue su trayectoria con igual intensidad. La transmisión difusa tiene lugar, en cambio, a través de materiales traslúcidos (papel, plásticos y metacrilatos, cristal esmerilado, etc). Un rayo de luz incidente es dispersado en muchas direcciones, con la consiguiente pérdida de intensidad. La transmisión selectiva –que a su vez puede ser directa o difusa- permite el paso de ciertas longitudes de onda de ese eventual rayo de luz que incide. Es el caso de los filtros (de color, polarizadores, etc.). Una ventana de color rojo absorbería las radiaciones azules y sería sólo atravesada por las radiaciones rojas. 2.2. Absorción. Es la luz absorbida por los cuerpos opacos. Entonces la energía luminosa se convierte habitualmente en calor, aunque también podría provocar una transformación química –es el caso de las reacciones en los materiales fotográficos- o producir electricidad –como en el caso de las células fotoeléctricas-. 2.3. Reflexión. La luz es reflejada cuando rebota en un cuerpo. La reflexión puede ser especular o difusa. La reflexión especular aparece al impactar el rayo de luz sobre superficies lisas y pulidas, de materiales como metales, cristales, líquidos, etc. Cada rayo que incide en esa superficie es devuelto en una dirección determinada precisamente por el ángulo de incidencia. El ángulo de incidencia se define como el formado por la dirección del rayo de luz con la normal –o línea perpendicular- a la superficie de reflexión. Se cumple entonces una ley: el ángulo de incidencia equivale al ángulo de reflexión.

La reflexión difusa viene producida por superficies irregulares, rugosas o mates. Supone la correspondencia no de un rayo incidente a un rayo reflejado –como sucede con la reflexión especular-, sino de un rayo incidente con infinitos rayos reflejados dispersos, con la consiguiente pérdida de intensidad direccional. 2.4. Refracción. Cuando un rayo luminoso atraviesa oblicuamente un material transparente para penetrar en otro, sufre un cambio de dirección que se conoce como refracción. Esta desviación, ocasionada por el cambio de densidad de un material a otro –por ejemplo, cuando se pasa del aire al agua- puede darse con una mayor o menor dificultad al atravesarlo. Cuando los rayos de luz pasan perpendicularmente de una densidad a otra se produce sólo un cambio en la velocidad de propagación. Pero un rayo oblicuo no es frenado por igual a lo largo de toda su amplitud o frente de onda y ello origina el cambio de dirección. El grado de desviación se establece comparando el ángulo de incidencia con el ángulo de refracción y en la práctica se utiliza el llamado índice de refracción. La refracción, pues, depende del tipo de material y también de la longitud de onda de la luz. Como efecto secundario de la refracción aparece la dispersión: el hecho de que la luz blanca se disgregue en los colores componentes del espectro. El ejemplo clásico lo aporta el arco iris; las gotas de lluvia actúan como prismas que dispersan la luz. 3. Comportamiento de los cuerpos ante la luz. Los objetos se comportan de muchas maneras cuando reciben la luz. Según sea su comportamiento distinguimos los siguientes tipos de cuerpos: -

-

-

Opacos: un cuerpo es opaco cuando al recibir un rayo luminoso, éste queda bloqueado y en buena parte absorbido por él. Otra parte de luz es devuelta por el cuerpo y es la que determina su color. Un cuerpo es oscuro si absorbe la luz que recibe, y es claro si la refleja. Un cuerpo es rojo si refleja las radiaciones rojas de la luz, y absorbe las demás. Reflectantes o reflectores: si los rayos de luz rebotan en él (reflexión). Todos los cuerpos son algo reflectores, sobre todo los cristales y los espejos. Traslúcidos: son los cuerpos que se dejan atravesar por los rayos de luz en mayor o menor cantidad. El caso extremo lo constituye el cuerpo transparente, como el cristal. Algunos cuerpos traslúcidos desvían la trayectoria de los rayos, como ocurre con el agua o las lentes. Las lentes son cristales tallados de manera especial, de forma que concentran los rayos luminosos (lentes convergentes) o los dispersan (lentes divergentes). Las lentes convergentes son las llamadas lentes de aumento. Difusores: estos cuerpos se sitúan entre los opacos y los traslúcidos, y son parcialmente atravesados por la luz, pero ésta se dispersa en todas direcciones (se difunde). Ejemplos: cristales mates (de aspecto algo lechoso), las telas blancas muy finas, los papeles muy finos, el papel de calco o de cebolla, etc. Las nubes son un buen ejemplo de difusor para el sol que, sin absorber sus rayos, los dispersan.

4. La luz y el color. Sabemos que lo que llamamos luz blanca no es otra cosa que un objeto de distintos colores que se hallan en el espectro. De toda la gama de colores que conforman el espectro visible, sólo tres son suficientes para formar la luz blanca si se mezclan en cantidades iguales. Por esta razón reciben el nombre de primarios, y son el azul, el verde y el rojo (RGB). Sus longitudes de onda son las siguientes: Azul Verde Rojo

de 450 a 500 nm. de 500 a 560 nm. de 640 a 720 nm.

Por encima del azul se halla el violeta (de 400 a 450 nm); por debajo del verde, el amarillo (de 560 a 590 nm), y por encima del rojo, el anaranjado (de 590 a 640 nm). Si cambiamos las proporciones de los colores primarios, la luz emitida poseerá forzosamente una dominante del color que se halle presente en mayor cantidad, según se hayan sustraido en mayor o menor cantidad los otros dos. Y al revés: si una fuente de luz posee un color de manera dominante, se puede convertir en luz blanca proporcionándole la cantidad exacta de color que se halle en menor proporción. Lo que conocemos como luz blanca no es otra cosa que la suma de las diversas longitudes de onda que construyen la luz visible más la ultravioleta y la infrarroja. La retina del ojo posee alrededor de 150 millones de células fotosensibles divididas en dos grupos: conos y bastones. Los conos reaccionan ante el color, mientras que los bastones son sensibles únicamente a la intensidad de la luz percibida, dentro de una gama que va del blanco al negro a través de una amplia escala de grises. De la misma manera, la película fotográfica reacciona también al color – cromaticidad- y ante la intensidad de la luz recibida –luminosidad-, aunque con una respuesta más limitada que la del ojo humano. 5. Temperatura de color. Aquello que identificamos como luz no es más que una pequeña parte de una inmensa gama de radiaciones electromagnéticas. El ojo es sensible a una pequeña banda entre una longitud de onda de 400 nm y 700 nm aproximadamente. Este espacio limitado de longitud de onda es conocido con el nombre de espectro visible. Cuando se produce una mezcla relativa de todas las longitudes de onda visibles, originada por una fuente de luz, la iluminación es blanca e incolora. La luz blanca es en realidad la suma de una serie de radiaciones con distinta longitud de onda, cada una de las cuales tiene un color distinto, formando una serie ininterrumpida desde el azul hasta el rojo (espectro visible), y que el sentido de la vista humano interpreta como una luz única de color blanco. Es decir, si todos los colores aparecen juntos, la luz que vemos es blanca. Pero si sólo aparecen algunas longitudes de onda la luz adquiere color. Los colores del espectro siempre están presentes en los diferentes tipos de luz blanca, ya provenga del sol, de un flash o de unos focos de estudio.

El ojo humano parece contar con unos receptores de luz de tres tipos que responden a tres bandas de longitud de onda que se superponen: azul, verde y rojo. Cuando los tres receptores se estimulan a la vez, se neutralizan y se tiende a verlas blancas. Si hay un desequilibrio de longitudes de onda, la luz pude aparecer, por ej., anaranjada (salida y puesta de sol). La temperatura de color es un indicativo del contenido cromático de una fuente luminosa, es decir, qué colores del espectro se encuentran en mayor proporción en la iluminación.

Dependiendo de los contenidos porcentuales de sus componentes espectrales, podemos encontrar diferentes calidades de luz blanca. El sistema que mide esas distintas calidades se basa en la medición de los contenidos relativos de las distintas radiaciones que componen una determinada luz blanca. Para ello se utiliza una escala calibrada en grados Kelvin en la que, cuanto mayor es su valor, la luz es cada vez más azulada, en tanto que a medida que disminuye su valor, la iluminación se hace cada vez más rojiza. Definida físicamente, la temperatura de color es aquella a la que habría que calentar un cuerpo negro perfecto para que éste emitiese una luz de un determinado colorido. Así, si el cuerpo negro es calentado a 5500º K, la luz que emite se denomina blanca (similar a la luz del sol a mediodía). Si la temperatura de color es inferior, por ejemplo 3400º K, la dominante de la luz es rojiza (los colores rojo, naranja y amarillo están en mayor proporción), en tanto que si la temperatura de color es superior, por ejemplo 9000º K, la dominante es azulada (los colores violeta, azul, cian y verde están en mayor proporción). Aunque la calidad cromática venga expresada en grados no debe asociarse al concepto de temperatura térmica del calor que genera cualquier fuente de luz. Por

ejemplo, un tubo fluorescente puede tener una temperatura de color alrededor de 5000º K y generar mucho menos calor que una bombilla doméstica, cuya temperatura de color se sitúa en torno a los 2000º K. Llevando esta medida física al terreno psicológico, decimos que una iluminación de alta temperatura de color es fría (azulada), en tanto que si es de baja temperatura de color, es cálida (rojiza). Para poder realizar una medición precisa de la temperatura de color existe un instrumento, denominado termocolorímetro. Aunque existen muchas fuentes capaces de producir luz, vamos a enumerar aquellas que se utilizan más comúnmente: Luz de vela Luz solar a la salida y a la puesta Luz de sol directa Luz día nublado Luz día despejado y a la sombra Luz incandescente halógena Luz incandescente doméstica Luz fluorescente blanco cálido Flash electrónico

1500 ºK 2400-4000 ºK 5500º K 6000-7000º K 8000-10000º K 3200º K 2000º K 3000º K 5500º K

6. Equilibrio de color. Al realizar fotografía en color, es preciso que la película reproduzca los colores reales con la mayor fidelidad posible. Pero, según hemos visto, la iluminación empleada en fotografía puede producir dominantes de color. Por este motivo existen tres tipos de película para fotografía en color, dependiendo de que estén equilibradas para uno u otro tipo de iluminación. Las películas equilibradas para luz día reproducen de forma correcta los colores iluminados con una fuente de luz de 5500º K de temperatura de color. No obstante, si cualquiera de las películas de color citadas ha de ser utilizada con una iluminación a la cual no están equilibradas, se pueden emplear en la cámara filtros de conversión de color, que elevan la temperatura de color de la luz o la disminuyen.

7. Sistemas de obtención de colores. Existen dos técnicas básicas para obtener luces de cualquier color: el sistema aditivo y el sustractivo.

El sistema aditivo consiste en la obtención de luces de color a partir de sumas (adiciones) de colores primarios. Recordemos que suma de colores significa proyectar luces de color sobre una pantalla. Los colores protagonistas de este sistema son el rojo, el verde y el azul. El ojo humano actúa de forma similar, ya que analiza el cromatismo de las escenas en términos de rojo, verde y azul. También la televisión en color hace uso del procedimiento aditivo al analizar y reproducir los colores tomando como base el rojo, verde y azul, obteniendo el resto de colores por la yuxtaposición de elementos de imagen, que el ojo humano percibe desde la distancia como la gama completa de colores (por ej. Situando elementos rojos junto a verdes, en mayor o menor cantidad, se obtiene el amarillo, aunque éste no exista realmente, y sólo sea percibido desde cierta distancia, al mezclar el ojo los colores que está, colocados juntos sin huecos intermedios). El sistema sustractivo consiste en la obtención de luces de cualquier color por el procedimiento de restar (sustraer) componentes cromáticos a la luz blanca –que está compuesta por RGB-. Este sistema utiliza filtros que se interfieren al paso de la luz blanca y se emplean, exclusivamente, los colores secundarios o compuestos: amarillo, magenta y cian. El uso de filtros de colores secundarios posibilita la superposición de filtros. Al superponer un filtro amarillo y uno magenta puros sólo pasa a su través el rojo. El color verde pasa a través de un filtro cian y un filtro amarillo superpuestos y el azul atraviesa la superposición de un filtro magenta y uno cian. Cualquier color puede ser obtenido interfiriendo el paso de la luz blanca con filtros de colores secundarios de diferentes gradaciones de densidad.