Principios básicos de la luzPreviousNext

En esta sección de sobrefotografía.com, hablaremos de la parte técnica de la fotografía, entenderemos cómo se forma la imagen desde la parte física, cómo funciona la

cámara fotográfica, etc. Para ello, haré mención al autor Michael Langford y su libro “Fotografía básica“.

 

¿QUÉ ES LA LUZ?

Como fotógrafos, la luz es nuestra “materia prima” básica de comunicación. Nos transmite información sobre objetos que quedan fuera del alcance de otros sentidos: tacto, olfato y

oído. Canaliza información sobre objetos, a través del objetivo de la cámara, hacia el sensor. Después del revelado, nuestra impresiónfotográfica sería inútil si la luz no

comunicara su contenido a la vista.   ¿Qué es exactamente la luz? Para los físicos, la luz no es más que una forma de “energía electromagnética”. Como si fuera miembro de

una enorme familia de “transmisores de energía”, la luz está relacionada con la radio, el radar, los rayos X y los rayos cósmicos. Todas estas formas de energía electromagnética

poseen las siguientes propiedades en común:

1) Son “irradiadas” a partir de una fuente energética (lámpara de filamento, antena transmisora, el Sol, etc.). De ahí que reciban a menudo,

colectivamente, el nombre de energía radiante.

2) Son capaces de salvar un vacío tal como el espacio o pasar a través de cualquier sustancia que sea “transparente” a su energía. (Al contrario del sonido, que debe ser

transmitido por vibración dentro de una sustancia portadora, tal como aire, agua, etc.)

3) Todas ellas se desplazan a una velocidad colosal. En el vacío, esta velocidad llega a ser unos 300.000 kilómetros por segundo (igual a una

vuelta alrededor de la Tierra en 1/7 de segundo). En otras materias transparentes —agua, vidrio, etc.— la velocidad disminuye a medida que

aumenta la densidad del material.

4) Son irradiadas en líneas rectilíneas. En el caso de la luz lo podemos comprobar visualmente por ejemplo con la dirección de las sombras.

5) Se desplaza en forma de ondas.

 

LONGITUD DE ONDA

La distancia que hay entre cresta y cresta de las ondas se llama longitud de onda. Cada tipo de radiación tiene su propia longitud de onda. Estas diferencias en longitud de

onda son grandes, y dan a cada forma deradiación electromagnética sus peculiares propiedades, muy diferentes de todas las demás. Por ejemplo, algunas ondas pueden medir

más de un kilómetro y medio de cresta a cresta, y son muy conocidas como ondas largas en radiotelefonía. Otras pueden tener menos de una diez mil millonésima de milímetro

(rayos gamma). Podemos relacionar la posición de las radiaciones luminosas dentro de la familia de las radiaciones electromagnéticas dibujando una sencilla escala

de longitudes de onda, o espectro electromagnético. Uno de los problemas que plantea hacerlo es escoger la adecuada unidad de medición. Si, por ejemplo, escogiéramos

centímetros, nuestras ondas de radio se calibrarían en millones, y los rayos gamma en centenares de millonésimas. Por consiguiente, las escalas de medición cambian a lo largo

del espectro, a fin de mantener los números dentro de proporciones manejables.

Las radiaciones electromagnéticas que tienen longitudes de onda comprendidas entre 1 y 100 unidades X (diez mil millonésimas de milímetro) poseen propiedades entre las cuales

figura la posibilidad de penetrar metales densos o destruir los tejidos humanos. A medida que aumentan las longitudes de onda en millares de unidades X, las radiaciones

cambian, pasando de rayos gamma y rayos X “duros” hasta la radiación X “suave”, rayos que poseen potencia menos penetrante y de reducidos efectos mortales, por lo cual se

utilizan en medicina. Las longitudes de onda más largas suelen calibrarse en unidades Angström o milimicras. 1Unidad Angström (1 Å) = 1/10 millonésima de milímetro = 10-8

cm. 1 milimicra (1 mμ) = 1 millonésima de milímetro = 10-7 cm.

La radiación con longitudes de onda superiores a unos 50 Å hasta 4.000 Å tiene poca capacidad de penetración, y, en cambio, posee la posibilidad de blanquear colorantes y

producir “fluorescencia” en algunas sustancias. Esta radiación electromagnética se conoce con el nombre de ultravioleta. El cuerpo humano no puede sentir la presencia de los

rayos gamma, X, o ultravioleta, si bien todos ellos pueden ser nocivos para los tejidos humanos. Afortunadamente, la mayoría de estas radiaciones procedentes de focos

“naturales”, situados en el espacio exterior, ven interceptado su camino hasta nosotros por las capas ionizadoras que se encuentran en la atmósfera superior de la Tierra. Los focos

hechos por la mano del hombre se utilizan en circunstancias rigurosamente controladas, para fines médicos o industrales.

La radiación electromagnética dentro de la estrecha faja comprendida entre 4.000 y 7.000 Å tiene la capacidad de estimular la retina que hay en el fondo de nuestros ojos,

dándonos la sensación de luz. De ahí que tal radiación se conozca con el nombre de luz visible.

A partir de 7.000 Å y hasta una longitud de onda de 1/10 mm, la radiación ya no estimula al ojo, sino que se hace cada vez más sensible a la piel en forma de sensación de calor.

Se conoce con el nombre de radiación infrarroja y de calor radiante.

Más allá de 1 cm de longitud de onda, la radiación va cambiando gradualmente de naturaleza hasta adquirir la forma que se utiliza en el radar. Esta radiación sólo puede

percibirse mediante equipo electrónico, si bien algunas de las radiaciones de radar de mayor longitud de onda pueden ser perjudiciales para los tejidos humanos. Es peligroso

acercarse a un potente disco transmisor de radar. La radiación de longitudes de onda superioes a 10 m se emplea progresivamente como ondas de radio cortas, medias y largas.

Parece extraño que no podamos percibir biológicamente una cantidad tan importante del espectro electromagnético. Sin embargo, a pesar de existir en la naturaleza longitudes de

onda de radio, infrarrojas, ultravioletas, rayos X y rayos gamma, procedentes del espacio exterior, el hombre ha evolucionado sin necesidad de dispositivos de detección (o de

defensas biológicas) para estos tipos de radiación. Pudiera darse el caso de que seres existentes en otro planeta, con un medio ambiente diferente, disfrutaran de órganos capaces

de sentir, por ejemplo, las ondas de radio, pero ser completamente “ciegos” a la luz visible, tal como la conocemos nosotros.

 

EL ESPECTRO VISIBLE

La luz, tal como la conocen nuestros ojos, es una faja relativamente estrecha de energía electromagnéticairradiada, con longitudes de onda que van desde unos 4.000 Å hasta

7.000 Å. Pero dentro de este “espectro visible” cada longitud de onda produce un estímulo ligeramente diferente en la parte posterior de nuestros ojos. Cada tipo de estímulo es

reconocido por el cerebro como un “color”. Una mezcla de todas las longitudes de onda, o de las más visibles, es considerada la luz  blanca.

El espectro visible da una “mezcla” continua de impresiones de color, tal como lo vemos nosotros, sin que presente divisiones abruptas en longitudes de onda determinadas. Sin

embargo, por razones de comodidad, solemos dar por supuesto que el “violeta” es una faja de longitudes de onda comprendida entre unos 4.000 Å y 4.500 Å; el “azul”, de 4.500 a

5.000 Å; el “verde”, de 5.000 a 5.800 Å; el “amarillo”, de 5.800 a 6.100 Å; y el “rojo”, de 6.100 a 7.000 Å. Es importante recordar estos colores y sus longitudes de onda

aproximada.

DISTRIBUCIÓN DE LA LUZ

Dado que la luz se desplaza en línea recta, los rayos procedentes de un manantial puntiforme se difunden cada vez más separadas entre sí, a medida que aumenta la distancia

respecto al manantial luminoso. Dicho con otras palabras, divergen. Debido a esta constante divergencia, una pequeña superficie sostenida cerca del manantial de luz recibirá la

misma cantidad de energía luminosa que otra superficie mayor, sostenida a

mayor distancia. Cuanto más cerca está la superficie pequeña del manantial luminoso, más rayos intercepta.

Esta proporción en que se reduce la intensidad de la luz a medida que aumenta la distancia tiene importantes aplicaciones prácticas. Nos permite calcular cambios

de exposición cuando desplazamos las luces del estudio o preparamos nuestro flash. Ello significa que (considerando al objetivo como un foco de luz puntiforme dentro de

la cámara) debemos dar exposición extra cuando fotografiamos objetos cercanos, por

cuanto el objetivo se ha apartado más de lo corriente del sensor o película.

Su efecto general se resume en la ley del cuadrado inverso, que dice: “Cuando una superficie está iluminada por un manantial puntiforme de luz, la intensidad de la iluminación de

la superficie es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia respecto al foco luminoso”. Sería absurdo aprenderse esta ley física simplemente como una cotorra, sin

comprender lo que quiere decir. Al efecto, vamos a analizarla punto por punto:

“Cuando una superficie está iluminada por un manantial de luz puntiforme…” La ley se aplica a manantiales pequeños a partir de los

cuales divergen rápidamente los rayos luminosos como si procedieran de un punto. No tiene estrictamente aplicación a las lámparas situadas en reflectores. El sol es un caso de

manantial luminoso situado a una distancia tan grande que la diferencia que puede haber entre dos superficies terrestres cualesquiera iluminadas por él no tiene importancia en

comparación con la distancia que las separa del Sol.

“…la intensidad de la iluminación es inversamente proporcional…” Cuanto mayor es la distancia, menor es la iluminación que recibe una superficie de un mismo tamaño.

“…al cuadrado de su distancia respecto al foco de luz…” Si se dobla la distancia, la iluminación original se reducirá no a la mitad, sino a (1/22…) o sea a una cuarta parte.

CAMBIOS CUANDO LA LUZ INCIDE EN UNA SUPERFICIE

¿Qué ocurre cuando la luz llega finalmente a la superficie de una materia?

ABSORCIÓN. Puesto que la energía no puede ser destruida, la aparente absorción de la luz por una materia opaca, es en realidad una conversión de la longitud de onda. La

luz absorbida suele convertirse en calor. Así, un coche negro se calienta más rápidamente al ser expuesto a los rayos del sol que un coche blanco; en un proyector, las

transparencias oscuras se calientan más que las

claras. La energía luminosa absorbida puede provocar también cambios químicos. Nuestros materiales fotográficos experimentan una transformación química; los colorantes

cambian de color, o lo pierden; losexposímetros de célula “fotoeléctrica” producen electricidad.

REFLEXIÓN. La luz puede ser reflejada “especularmente” cuando incide en sustancias lisas, tales como agua, vidrio, cromados pulimentados, etc. Cada rayo que llega hasta la

superficie es reflejado en una dirección determinada por su “ángulo de incidencia”.

Si se traza una línea imaginaria perpendicular a la superficie donde incide un rayo luminoso, el ángulo comprendido entre esta línea “normal” y el rayo de luz recibe el nombre

de ángulo de incidencia. El rayo que parte de la superficie, después de reflejado especularmente, forma un ángulo de reflexión con el normal, igual al ángulo de incidencia. El

conocimiento de esta sencilla ley es fotográficamente útil en la iluminación y la selección del punto de mira. Las lámparas o el flash pueden ser situados instintivamente en puntos

donde las ventanas y vitrinas no puedan proyectar la luz que reflejan de modo que llegue hasta el objetivo. De noche, los escaparates pueden fotografiarse desde un ángulo

predeterminado en el cual las luces de la calle no puedan reflejarse en la cámara.  La reflexión “difusa” tiene lugar a partir de superficies irregulares o “mates”. Esto dispersa o

interrumpe el haz luminoso original, reflejándolo uniformemente en todas direcciones. La luz que incide en la superficie de esta página, en un papel fotográfico blanco mate, o bien

en una superficie de nubes iluminadas por el sol, suele ser reflejada de un modo difuso. La propiedad que tienen los reflectores difusores en orden a la dispersión de la luz incidente

es particularmente útil para atenuar las sombras violentas que proyectan las lámparas puntiformes o los rayos solares. Una gran hoja de papel blanco mate colocada de modo que

refleje esta violenta iluminación direccional, la dispersa sobre las zonas oscuras del sujeto, sin que llegue a producir sombras complementarias propias.  Muchas superficies tienen

la propiedad de reflejar únicamente ciertas longitudes de onda, y absorber las restantes. De ahí que aparezcan coloreadas. Por ejemplo, una tela de un color rojo intenso absorbe

los colores violeta, azul, verde y amarillo de la luz blanca, y refleja las longitudes de onda restantes. Es un reflector “selectivo”. El aspecto de dicha tela variará según la longitud

de onda de la luz incidente: si dicha tela es iluminada tan sólo por longitudes de onda azules, no puede reflejar ninguna radiación, y por lo tanto parece negra.

TRANSMISIÓN. La transmisión de la luz, o paso de la misma a través de una sustancia no opaca, dícese que es difusa cuando los rayos se dispersan en muchas direcciones.

Esto ocurre con los materiales translúcidos, tales como el vidrio deslustrado, el vidrio opal y muchos plásticos. Por razón de esta dispersión, los rayos luminosos directos

procedentes de un pequeño manantial pueden ser dispersados por un

material translúcido, de modo que la luz producida pueda ser vista por observadores que pueden encontrarse fuera de la trayectoria directa de la luz original. De ahí que se empleen

pantallas translúcidas detrás de las transparencias en color, cuando se las mira en visionadoras manuales. Como fondo iluminado por debajo, ofrecen una superficie uniforme y sin

sombras para fotografías de bodegones. Las ampliadoras provistas de

placas difusoras entre la lámpara y el negativo proporcionan una iluminación uniforme, sin necesidad de que la columna de la linterna tenga demasiada altura para separar el foco

de luz y el negativo. Dícese que la luz es “transmitida directamente” cuando puede desplazarse a través de un material transparente sin dispersarse. Constituyen ejemplos muy

sabidos el vidrio corriente, el aire, el agua, etcétera. La luz es “transmitida selectivamente” (difusa o directamente) por materiales de color que absorben ciertas longitudes de

onda. Un filtro de color verde intenso absorbe las longitudes de onda rojas y azules de la luz blanca, transmitiendo en su mayoría las verdes. Como en el caso de los reflectores de

color, los materiales transmisores de color cambian de aspecto según el contenido de la luz incidente en longitud de onda. Así, un vidrio teñido de azul, por ejemplo, parece negro

cuando se mira contra el anaranjado del sol en un ocaso.

REFRACCIÓN. Una propiedad de la luz que es de primera importancia en fotografía puede apreciarse cuando un rayo luminoso atraviesa oblicuamente un material transparente

para penetrar en otro. El cambio de dirección que se produce entonces se conoce con el nombre de “refracción”. Cada rayo luminoso, si bien se desplaza en línea recta, tiene

también un movimiento ondulante (de ondas). Su “frente de onda” puede dibujarse en forma de una línea perpendicular a la dirección general de desplazamiento, algo parecido a

una hilera de crestas de olas que avance sobre las aguas del mar. Cuanto más denso es el material, más lenta es la velocidad de la luz. Cuando la luz pasa desde el aire en

ángulo recto y penetra en un bloque de vidrio transparente, disminuye también la velocidad de todo su frente de ondas. No se produce ningún cambio de dirección. Sólo disminuye

imperceptiblemente la velocidad. Pero obsérvese lo que ocurre cuando un rayo luminoso pasa oblicuamente del aire al interior de un vidrio transparente. Un lado del frente de ondas

llega al material denso primeramente y disminuye su velocidad. El extremo opuesto del frente de ondas sigue a su velocidad originaria un poquitín más, lo suficiente para “pisar los

talones” del frente de ondas, y, por lo tanto, “doblegar” la dirección del rayo luminoso, alejándolo del punto limítrofe. Viene a ser como una fila de bañistas que penetren corriendo

diagonalmente en el mar: los que llegan primero al agua disminuyen de velocidad, alterando con ello la dirección de desplazamiento de toda la hilera.

La refracción de la luz es la clave de la óptica fotográfica, porque sin ella los objetivos no podrían desviar la luz para formar imágenes fotográficas. ¿Cómo podemos medir la

magnitud de desviación de la luz? Suponiendo que proyectamos un estrecho haz de luz oblicuamente para hacerlo penetrar en un bloque de vidrio, las posicions de la superficie

aire/vidrio y la dirección de la luz incidente y la

refractada pueden registrarse en una hoja de papel. Se traza una línea “normal”, perpendicular a la superficie del vidrio, en el punto de contacto. Como en el caso de la reflexión, el

ángulo descrito por el rayo de luz incidente con esta normal recibe el nombre de “ángulo de incidencia”. El ángulo formado por el rayo refractado con la normal dentro del vidrio se

conoce con el nombre de “ángulo de refracción”, el cual es (por razón de ser el vidrio más denso que el aire) menor que el ángulo de incidencia. La cantidad en que este vidrio

ha desviado la luz hacia la normal depende de su “índice de refracción”. Éste es la relación del seno del ángulo de refracción con el seno del águlo de incidencia. (Seno =

opuesto / hipotenusa.) El índice de refracción puede calcularse señalando dos puntos de la trayectoria del rayo, a distancias iguales de ambos lados del límite aire/cristal. La

relación de las distancias desde estos puntos hasta la parte más próxima de la línea normalrepresenta el índice de refracción. El índice de refracción de un material debe

calcularse a base de mediciones efectuadas cuando la luz pasa desde un vacío y penetra en el material. La velocidad de la luz en el aire es tan poco diferente de su velocidad en

un vacío, que las cifras del índice de refracción son virtualmente las mismas. Por consiguiente, puede decirse que el “poder de desviación de la luz” de un material transparente

viene indicado por su índice de refracción. Los valores típicos de los cristales ópticos modernos son entre 1,5 y 2. Sin embargo, la cantidad en que la luz es refractada en su punto

límite depende también de su ángulo de incidencia. La luz que incide en la superficie del nuevo material y formando ángulo recto (o sea, desplazándose a lo largo de la normal) no

se refracta nada, por cuanto resulta afectado uniformemente el frente de ondas. Cuando aumenta el ángulo de incidencia con la normal, aumenta también el cambio en dirección por

refracción.

La luz blanca es una banda de longitudes de onda, cada una de las cuales es refractada por una cantidad ligeramente diferente. Por lo tanto, suelen usarse los valores del índice

de refracción de las longitudes de onda situadas hacia la mitad del espectro visible (verde). Las longitudes de onda azules son refractadas un poco más y las rojas un poco menos.

Todas las características de la refracción pueden resumirse del modo siguiente: “Refracción” es la desviación de la luz que pasa oblicuamente desde un medio transparente a otro

de densidad distinta. La luz se desvía hacia la normal en el medio más denso.

El cambio general en la dirección de la trayectoria de la luz depende de lo siguiente:

1) El tipo del material (su índice de refracción).

2) La dirección desde la cual la luz incide en el material (ángulo de incidencia).

3) La longitud de onda de la luz.

DISPERSIÓN. El tratamiento separado de las longitudes de onda por la refracción, aunque ligero, “dispersa” la luz blanca en sus colores componentes del espectro. El arco

iris es un ejemplo clásico de dispersión. La luz solar que atraviesa la lluvia es refractada por este medio más denso, y su contenido azul sigue un curso más alterado que las

longitudes de onda rojas. Desde el punto de vista del diseñador de objetivos, la dispersión es un desgraciado efecto secundario de la refracción. Provoca el que la luz azul se

desplace a un foco diferente del de la luz roja. Este efecto puede ser neutralizado utilizando elementos ópticos construidos con vidrios diferentes. La dispersión es una de las

principales razones por las cuales no podemos emplear un sencillo objetivo de una sola lente para hacer fotografía en serio.