CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LA LUZ - REFRACCION DE LA LUZ

Como es sabido, la luz visible no es más que una pequeña porción del espectro electromagnético. Aunque, según la Teoría Corpuscular, la luz posee una naturaleza dual (es decir puede comportarse como onda o como partícula) es conveniente estudiar cada una naturaleza por separado.

La luz, como energía electromagnética, posee una serie de propiedades características que el fotógrafo debe recordar:

1. Es irradiada a partir de una fuente (sol, lámpara, flash, etc.)
2. Puede desplazarse en el vacío a altísimas velocidades (casi 300.000 km/s), y atravesar sustancias transparentes, descendiendo entonces su velocidad en función de la densidad del medio.
3. Se propaga en línea recta en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento.

En fotografía, para cuantificar y cualificar la luz, hemos de considerar tres importantes parámetros:

1. La altura de las crestas de las ondas, que determinan el brillo o INTENSIDAD de la luz.
2. La distancia entre dos crestas contiguas o LONGITUD DE ONDA, que determina tanto el color de la luz, como la capacidad de afectar o no al material fotosensible.

3. El ÁNGULO DE POLARIZACIÓN, u orientación de las crestas respecto a la dirección de propagación. El uso fotográfico de la luz polarizada lo veremos más adelante.


2.- ESPECTRO Y LONGITUDES DE ONDA ÚTILES

Aunque todos los tipos de Energía Electromagnética poseen las mismas características, sus diferencias en cuanto a longitud de onda pueden ser enormes; así por ejemplo, la separación entre dos crestas de onda larga de radio llega a los 10 kilómetros, mientras que en los rayos gamma, desciende hasta milésimas de Angstrom.

El ojo humano solo es capaz de distinguir radiaciones entre 400 y 700 nm., por debajo de los 400 nm. Entramos en la franja de las radiaciones ultravioletas, y por encima de los 700 nm., en la región del infrarrojo.

Una mezcla proporcionada de todas las longitudes de onda entre 400 y 500 nm., constituye la luz blanca. De igual forma, si interponemos un prisma en un haz de luz blanca, volvemos a descomponer ésta en varias bandas continuas de colores o longitudes de onda diferentes, cuyo orden será siempre el mismo.

Una fuente como el sol, emite radiación de todas las longitudes de onda, pero afortunadamente la atmósfera, absorbe la mayor parte de las de onda corta y sólo parte de las radiaciones ultravioleta nos llegan a la Tierra.

Las películas fotográficas ordinarias, tanto en B/N como en color, son sensibles a la luz visible y a todas las longitudes de onda inferiores. Algunas películas especiales, están sensibilizadas además a hasta el infrarrojo (Kodak High Speed Infrared hasta los 900 nm.), y han supuesto hasta hace poco, el límite superior de la fotografía convencional.

Es muy importante que el fotógrafo recuerde que por debajo del espectro visible, la película sigue siendo impresionable.

El ojo humano, incapacitado para detectar emisiones por debajo de los 4.000 x, no aprecia por ejemplo los excesos de ultravioleta del ambiente y así, fotografiando por encima de los 1.800 m. de altitud suelen aparecer colores azulados dominando las fotografías, que podrían haber sido eliminados interponiendo un filtro apropiado; de igual forma, las radiaciones ionizantes: R-X, rayos gamma, etc., producidas por radioisótopos y emisores artificiales impresionan todos los tipos de película;

(Esto conviene recordarlo cuando se lleven carretes de alta sensibilidad en el equipaje de mano en aeropuertos, sobre todo de los países del Este cuya emisión es más intensa, para evitar el velado parcial de la película).

Las radiografías, autoradiografías y otros métodos de visualización con radioisótopos, se basan en estas propiedades, pero descartan el uso de cámaras y objetivos por la opacidad del vidrio a las longitudes de onda corta inferiores a 350 nm *.

*(Por debajo de los 350 y hasta los 180 nm., habría que utilizar objetivos de cuarzo. La gelatina, además, es opaca por debajo de los 210 nm., por lo que se usan emulsiones especiales. Para fotografiar por debajo de los 190 nm. Hay que eliminar además todo rastro de vapor de agua).

En teoría, hoy puede "fotografiarse" indirectamente a cualquier longitud de onda, siempre que exista un detector electrónico adecuado, enviando la señal a una pantalla de fósforo y fotografiando ésta, pero ni la calidad sería comparable, ni podría considerarse esto fotografía en sentido estricto.


3.- PROPIEDADES ÓPTICAS DE LA LUZ

Cuando la luz incide sobre un cuerpo, su comportamiento varía según sea la superficie y constitución de dicho cuerpo, y la inclinación de los rayos incidentes, dando lugar a los siguientes fenómenos físicos:

                                                                          

a) ABSORCIÓN:

Al incidir un rayo de luz visible sobre una superficie negra, mate y opaca, es absorbido prácticamente en su totalidad, transformándose en calor.

b) REFLEXIÓN:

Cuando la luz incide sobre una superficie lisa y brillante, se refleja totalmente en un ángulo igual al de incidencia (REFLEXIÓN ESPECULAR).
Si la superficie no es del todo lisa, y brillante, refleja sólo parte de la luz que le llega y además lo hace en todas direcciones, como en el caso de los reflectores fotográficos de poliespán.
A este fenómeno se le conoce con el nombre de REFLEXIÓN DIFUSA, y es la base de la Teoría del Color, que dice que:
al incidir sobre un objeto un haz de ondas de distinta longitud, absorbe unas y refleja otras, siendo estas últimas las que en conjunto determinan el color del objeto.

c) TRANSMISIÓN:

Es el fenómeno por el cual la luz puede atravesar objetos no opacos. La transmisión es DIRECTA cuando el haz de luz se desplaza en el nuevo medio íntegramente y de forma lineal. A estos medios se les conoce como TRANSPARENTES.

La transmisión es DIFUSA, si en el interior del cuerpo el rayo se dispersa en varias direcciones, tal como ocurre en el vidrio opal, ciertos plásticos, papel vegetal, etc. A estos materiales se les denomina TRANSLUCIENTES.

Existe un tercer tipo de transmisión, la SELECTIVA que ocurre cuando ciertos materiales, vidrios, plásticos o gelatinas coloreadas dejan pasar sólo ciertas longitudes de onda y absorben otras, como es el caso de los filtros fotográficos.

d) REFRACCIÓN:

Es un fenómeno que ocurre dentro del de transmisión.

Cuando los rayos luminosos inciden oblicuamente sobre un medio transparente, o pasan de un medio a otro de distinta densidad, experimentan un cambio de dirección que está en función del ángulo de incidencia (a mayor ángulo mayor refracción), de la longitud de onda incidente (a menor longitud de onda mayor refracción), y del índice de refracción de un medio respecto al otro.

Este fenómeno tiene mucha importancia en fotografía, ya que la luz antes de formar la imagen fotográfica ha de cambiar frecuentemente de medio: aire - filtros - vidrios de los objetivos - soporte de la película.

Ya dijimos que la luz disminuye su velocidad en función de la densidad del medio que atraviesa. En el caso de los vidrios ópticos, viene a ser aproximadamente de unos 195.000 Km/seg.

Si un rayo de luz incide perpendicularmente sobre la superficie del vidrio, sufre una disminución de su velocidad pero no se desvía. Por el contrario, si lo hace oblicuamente, la parte del rayo que llegue primero sufrirá un frenazo y continuará avanzando a inferior velocidad, mientras que el resto del rayo continúa todavía unos instantes a mayor velocidad.

Esta diferencia de velocidades en la parte frontal del rayo luminoso es la que produce la desviación de su trayectoria.

Quizá se comprenda mejor si imaginamos un coche que circulando por autopista penetre en una zona embarrada: si entra de frente, sufrirá una disminución de su velocidad pero continuará recto. Pero si penetra oblicuamente, una rueda se verá frenada antes que la otra con el consiguiente cambio de trayectoria.

e) DISPERSIÓN:

Como acabamos de ver, uno de los factores que afectaban a la refracción, era la longitud de onda de la luz incidente. Como la luz blanca es un conjunto de diversas longitudes de onda, si un rayo cambia oblicuamente de medio, cada una de las radiaciones se refractará de forma desigual, produciéndose un separación de las mismas, desviándose menos las de onda larga como el rojo y más las cercanas al violeta.

Un prisma produce mayor difracción porque además, al no ser sus caras paralelas, los rayos refractados han de recorrer un camino aún mayor que provoca, al salir el rayo, una refracción más exagerada.

En la práctica la dispersión determina el color del cielo y por tanto la iluminación natural, así como las aberraciones cromáticas y el diseño de las lentes que veremos más adelante.

A primera vista, el estudio de la luz puede parecernos más de física que de fotografía, pero en realidad su perfecto conocimiento resulta imprescindible para dominar el proceso fotográfico y utilizar adecuadamente los objetivos, filtros, iluminación, etc.

f) DIFRACCIÓN:

Es la desviación de los rayos luminosos cuando inciden sobre el borde de un objeto opaco. El fenómeno es más intenso cuando el borde es afilado.

Aunque la luz se propaga en línea recta, sigue teniendo naturaleza ondulatoria y, al chocar con un borde afilado, se produce un segundo tren de ondas circular, al igual que en un estanque. Esto da lugar a una zona de penumbra que destruye la nitidez entre las zonas de luz y sombra.

Este fenómeno ocurre, como veremos más adelante, al incidir la luz sobre los afilados bordes del diafragma. 

4.- DISTRIBUCIÓN DE LA LUZ

Dado que la luz se desplaza en línea recta, los rayos procedentes de un manantial puntiforme tenderán a separarse al aumentar la distancia. Debido a ello, una superficie pequeña cercana a un manantial luminoso, recibirá igual cantidad de luz que otra más grande a mayor distancia; es decir la intensidad luminosa decrece al separarnos del foco luminoso.

La variación de la intensidad de la luz con la distancia se rige por la LEY DEL CUADRADO INVERSO, y es fundamental conocerla pues es la causa de muchos errores fotográficos.

Intuitivamente suele pensarse que al doblar la distancia de un objeto a un punto de luz, por ejemplo un flash, la luz disminuiría a la mitad, pero en realidad lo hace a la cuarta parte.

Según dicha ley:

"Cuando una superficie está iluminada por un manantial de luz puntiforme, la intensidad de la iluminación es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia respecto al foco de luz."

Es decir, si la distancia se dobla, la iluminación disminuye a 1/2 al cuadrado, es decir a 1/4.

Esto resulta fácil de comprobar si en una habitación oscura colocamos una cartulina blanca a una distancia dada de una bombilla y tomamos la medida de la luz sobre ella con un fotómetro; si ahora separamos la cartulina al doble de distancia respecto a la bombilla veremos como la lectura del fotómetro se reduce no a la mitad, sino a la cuarta parte.

REFRACION DE LA LUZ

Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.

El fenómeno de la refracción va, en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características.

Las leyes de la refracción

Al igual que las leyes de la reflexión, las de la refracción poseen un fundamento experimental. Junto con los conceptos de rayo incidente, normal y ángulo de incidencia, es necesario considerar ahora el rayo refractado y el ángulo de refracción o ángulo que forma la normal y el rayo refractado.

Sean 1 y 2 dos medios transparentes en contacto que son atravesados por un rayo luminoso en el sentido de 1 a 2 y e1 y e2 los ángulos de incidencia y refracción respectivamente. Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción pueden, entonces, expresarse en la forma:

1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.

2.ª Ley. (ley de Snell) Los senos de los ángulos de incidencia e1 y de refracción e2 son directamente proporcionales a las velocidades de propagación v1 y v2 de la luz en los respectivos medios.

  

Recordando que índice de refracción y velocidad son inversamente proporcionales la segunda ley de la refracción se puede escribir en función de los índices de refracción en la forma:

o en otros términos:

n1 · sen e1 = n2 · sen e2 = cte 

Esto indica que el producto del seno del ángulo e por el índice de refracción del medio correspondiente es una cantidad constante y, por tanto, los valores de n y sen e para un mismo medio son inversamente proporcionales.

Debido a que la función trigonométrica seno es creciente para ángulos menores de 90º, de la última ecuación se deduce que si el índice de refracción ni del primer medio es mayor que el del segundo n2, el ángulo de refracción e2 es mayor que el de incidencia e1 y, por tanto, el rayo refractado se aleja de la normal.

Por el contrario, si el índice de refracción n1 del primer medio es menor que el del segundo n2, el ángulo de refracción e2 es menor que el de incidencia el y el rayo refractado se acerca a la normal.

Estas reglas prácticas que se deducen de la ecuación son de mucha utilidad en la representación de la marcha de los rayos, operación imprescindible en el estudio de cualquier fenómeno óptico desde la perspectiva de la óptica geométrica.

La refringencia de un medio transparente viene medida por su índice de refracción. Los medios más refringentes son aquellos en los que la luz se propaga a menor velocidad; se dice también que tienen una mayor densidad óptica. Por regla general, la refringencia de un medio va ligada a su densidad de materia, pues la luz encontrará más dificultades para propagarse cuanta mayor cantidad de materia haya de atravesar para una misma distancia. Así pues, a mayor densidad, menor velocidad y mayor índice de refracción o grado de refringencia.

CARLOS EMMANUEL GARCIA PEREZ

bibliografia:

http://iluminacionfoto.fullblog.com.ar/caracteristicas-y-propiedades-de-la-luz.html

http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/39/refraccion.htm