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
