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Aspectos Fsicos
Tema2
Laluz
1. Espectro electromagntico2. Propagacin de la luz
3. Fuentes lumnicas
Tema2.Laluz.AspectosFsicos
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Inters del tema
Importancia de la luz en el aspecto de lasgamas de color en:
las condiciones de trabajo del creativo
la aplicacin de la materia plstica el empleo de la luz en tcnicas de iluminacin
el tratamiento de tcnicas especficas de anlis isde obras de arte
Tema
2.
La
luz.
Aspectos
Fsicos
Colores luz,
sin luz no hay color
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Queslaluz?
Se atribuye a Euclides el descubrimiento de las leyes de la
reflexin de la luz h.300 a. C.), pero fue en el siglo XVII cuando el
matemtico gemetra holands Cristian Huygens y el cientfico
inglsIsaac Newtondesarrollaron dos teoras contrapuestas sobre
la naturaleza de la luz.
1678: Christian Huygens.
Esta teora describe y explica lo que hoy se
considera como leyes de reflexin y
refraccin. Define a la luz como un
movimiento ondulatorio semejante al que
se produce con el sonido.
TeoraOndulatoriadelaluz
En su Tratado de la luz plante una teora, conocida como
Teora Ondulatoria, segn la cual existe una especie de
medio invisible que llena todo el vaco, el cual puede ser
estimulado por los rayos luminosos. El estmulo provoca
una serie de ondas que avanzan hasta chocar con un
objeto. Si se trata del ojo humano, las ondas estimulan lavisin.
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1666: Isaac Newton.
Teora corpuscular de la luz
Realizado porIsaac Newtonen 1666.
La luz consiste en un flujo de partculas luminosas (corpsculos), queexplican su propagacin rectilnea, su reflexin en las superficies opacas yla refraccin al cambiar de medio.Se opone, al menos en apariencia, a la teora ondulatoria propuesta porHuygens, para la cual la luz se compone de ondas.
El efecto de composicin de laluz por diferentes colorespodemos apreciarlo sihacemos pasar un rayo de luzpor un prisma, ya queentonces se descompone enlas distintas longitudes de ondaque la forman.
Descubre que la perturbacin del campoelectromagntico puede propagarse en el espacio auna velocidad que coincide con la de la luz en elvaco, equiparando por tanto las ondaselectromagnticas con las ondas luminosas.
1865: James Clerk Maxwell .
Teora electromagntica de la luz
Cuando la vibracin tiene lavelocidad adecuada se crea laluz, pero dependiendo de lavelocidad de la vibracin, lasondas generadas pueden servisibles o invisibles (infrarrojaso ultravioletas), esto es, existeun espectro electromagnticoen el que la luz visible apenasocupa un pequeo sector.
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Produccin de un estmulomediante la luz.
Maxwell establece las primeras caractersticas de lasondas electromagnticas afirmando que la luz era unamanifestacin visible de unas oscilacioneselectromagnticas que se desplazaban alrededor deuna velocidad de 300.000 km/seg.
Unidades de Medida:
frecuencia(hertz) y longitud(metros)
Teora electromagntica de la luz
Heinrich Hertz comprueba que las ondashertzianas de origen electromagntico tienenlas mismas propiedades que las ondasluminosas, estableciendo definitivamente laidentidad de ambos fenmenos.
Teora ondas hertzianas
Consigui generar ondas electromagnticas con longitudes ms largas.Esas ondas hertzianasson las que se usan hoy en da para transmitirpor radio y televisin.
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Teora del Fotn
Albert Einstein seal que el efecto fotoelctricopoda explicarse fcilmente si se supona que la luzest formada por paquetes discretos a los que llamfotones. La energa de un fotn dependerainversamente de la longitud de onda de la luz.
Representacin de una onda
La luz es una forma de energa consistente en vibracioneselectromagnticas que se propagan en lnea recta y en formade ondas y que proviene de fuentes de energa especficas.
Definicin de la luz
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Llamamos luzo energa visiblea la energa radiante capazde causar directamente una sensacin visual.Llamamos luzo energa visiblea la energa radiante capazde causar directamente una sensacin visual.
Definicin de la luz
Las radiaciones electromagnticas pueden representarse enfuncin de su frecuencia y su longitud de onda.A esta representacin la denominamos espectroelectromagntico .
Elespectroelectromagntico
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frecuencia (hertz)
longitud de onda (metros)
1024 1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106 104 102 1
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108
rayos csmicos
rayos gammarayos X
ultravioletainfrarrojo
radar
microondas
FM
onda corta
AM telgrafo
telfonocorriente elctrica
TV
1cm 1km 1.000 km
su longitud , que puede equivaler a algunas millonsimas de milmetro (ej. unidad xen las radiaciones de origen csmico) o a varios millares de kilmetros (ej. ciertascorrientes elctricas de uso industrial).
espectro visible
La luz es el efectode las radiacionesvisibles que formanparte del espectroelectromagntico
Elespectroelectromagntico
Caractersticas ondas electromagnticas
Frecuencia y longitud de onda:
Para comprender mejor estosconceptos, se puede analizar una ondacompleta.
La distancia entre el principio y el finalde una onda, o entre dos crestascontiguas se denomina l ongitud deonda .
Al nmero de ondas u oscilaciones quese producen en un segundo se le llamafrecuencia , y es una caractersticadiferencial de las ondas. Se mide enhertzios o ciclos por segundo (1 hertzio= 1 ciclo/segundo).
Frecuencia y longitud de onda:
Para comprender mejor estosconceptos, se puede analizar una ondacompleta.
La distancia entre el principio y el finalde una onda, o entre dos crestascontiguas se denomina l ongitud deonda .
Al nmero de ondas u oscilaciones quese producen en un segundo se le llamafrecuencia , y es una caractersticadiferencial de las ondas. Se mide enhertzios o ciclos por segundo (1 hertzio= 1 ciclo/segundo).
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El espectro visibleDentro del espectro electromagntico, la longitud de onda de la luz visibleocupa un espacio que va desde aproximadamente los 4000 Amstrong (1Amstrong = 1 diezmillonsima de milmetro) que correspondera a uncolor violeta claro, hasta los 7600 Amstrong que corresponde un tonorojo oscuro.
Entre esta franja de longitudes de onda quedaran englobados el resto decolores que es capaz de percibir nuestro ojo. Resulta difcil establecerunos lmites claramente definidos a estos cambios de coloracin ya quese producen de manera gradual, pero aproximadamente podramosrepresentarlos as:
El espectro visible
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Espectros
Los espectros pueden ser de emisin o de absorcin y
cada uno de ellos, a su vez, puede ser continuo y
discontinuo (de rayos o bandas).
Fotos del espectro de luz solar (continuo) y luz
fluorescente (discontinuo) obtenidas con un
espectrofotmetro .
Espectros de emisin
Losespectros de emisinse obtienen a partir de la radiacin emitida directamente
sobre el cuerpo.
Los espectros de emisin continuos se obtienen al pasar la luz de un cuerpo
incandescente a travs de un prisma ptico (luz solar, bombilla de filamento).
Los espectros de emisin discontinuos los producen gases o vapores a elevada
temperatura.
En ambos casos la emisin de rayas o bandas se debe a la liberacin de exceso de
energa que poseen los tomos o molculas excitadas, en forma de radiacin
luminosa, cuya frecuencia caracteriza al tomo o molcula que la emite.
Elsiguientegrficomuestraelespectrodeemisindelsodio
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Espectros de emisinLos espectros de emisin son tan caractersticos de un tomocomo si se tratase de un cdigo de barras o de una huelladigital, con los que se pueden averiguar los elementosqumicos presentes en una fuente emisora de luz, como unaestrella.
Los espectros de absorcin se forman cuando una radiacin luminosa
compuesta pasa a travs de un cuerpo y este la absorbe total o
parcialmente.
Cuando la absorcin es total, se obtiene un espectro continuo porque
faltan todas las radiaciones absorbidas entre dos frecuencias distintas.
Espectros de absorcin
Elgrficosiguientemuestraelespectrodeabsorcindelsodio.
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Propagacin de la luz
Fuente de luz:emisor de energa radiante
Propagacinen lnea recta
La radiacinse modifica al atravesar un mediofsico (velocidad, difusin y direccin)
El enunciado original del principio de Fermat deca
"el camino entre dos puntos dados que recorre un
rayo de luz es tal que para ese camino el tiempo
que tarda la luz en recorrerlo es mnimo".
En trminos ms modernos este principio se
expresara diciendo que"la luz, al ir de un punto a
otro, sigue una trayectoria tal que el camino ptico
recorrido es mnimo".
Leonardo-Pierre de Fermat
Propagacin de luz
Intensidad
1. Inversamente proporcional a la distancia querecorre
2. Depende del ngulo de incidencia
3. Suma de intensidades
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Estas radiaciones de energaCHOCAN SOBRE OBJETOS YMATERIALES, los cuales en partelas absorben (tragan, calor), enparte las reflejan (devuelven) y en
parte lastransmiten (dejan pasar).
a
r t
Incidencia de la luz
Propagacin de luz
FUENTE DE LUZ emite radiacionesde energa en el campo visible
Comportamiento de la superficie delos cuerpos
Leyes de reflexin
1. Angulo = incidencia
2. Angulo incidente y reflejado en el mismo plano
3. Los ngulos en lados opuestos sonperpendiculares a la superficie reflectante y pasanpor el punto de incidencia.
Reflexinatiende al comportamiento de la superficiede los objetos (spera, lisa, polvorienta,)
Tipos de reflexin
Regular
Difusa
compuesta
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Reflexin RegularCuando la superficie reflectante es muy lisa ocurre una reflexin de
luz llamada especular o regular. Para este caso las leyes de la
reflexin son las siguientes: El rayo incidente, el rayo reflejado y la
recta normal, deben estar en el mismo plano (mismo medio), con
respecto a la superficie de reflexin en el punto de incidencia. El
ngulo formado entre el rayo incidente y la recta normal es igual al
ngulo que existe entre el rayo reflejado y la recta normal.
Comportamiento de la superficie de
los cuerpos
Reflexin Especular o Regular
Comportamiento de la superficie delos cuerpos
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Reflexin Difusa
mate
Si la superficie de un material
es rugosa, y no
microscpicamente lisa, se
producirn reflexiones
difusas.
Cada rayo de luz que cae en
una partcula de la superficie
obedecer la ley bsica de lareflexin, pero como las
partculas estn orientadas
de manera aleatoria, las
reflexiones se distribuirn de
manera aleatoria.
Comportamiento de la superficie de los
cuerpos
Reflexin CompuestaSe trata de una reflexin parcialmente difusa y
parcialmente regular. Cuando se moja el firme, el agua
llena las irregularidades del terreno, la superficie se vuelve
ms lisa y la reflexin especular dificulta la visin.
Comportamiento de la superficie delos cuerpos
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La reflexin de la luz es la desviacin que sufren sus rayos cuando encuentran una
superficie opaca y vuelven reflejados al medio de procedencia.
Donde mejor se aprecia este efecto es en los espejos. La reflexin hace que aparezca
una imagen simtrica del objeto que se encuentre delante. Distinguimos entre
reflexin especulary reflexin difusa. En los espejos planos y en la superficie de un
lago con el agua en calma tendremos reflexin especular; en la superficie del agua
de un ro tendremos reflexin difusa.
Comportamiento de la superficie de los
cuerpos
La refraccin de la luz es el cambio de
direccin que experimenta un rayo
luminoso al pasar de un medio a otro
(salvo en incidencia perpendicular, donde
no hay cambio en la direccin de
propagacin, aunque s vara la velocidad
de la luz al cambiar de medio).
Refraccin
Comportamiento de la superficie de loscuerpos
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ndice de refraccin(relacin entre la velocidad del medio y la velocidaden el vaco la mxima-).
Refraccincambio de velocidad en los medios y desviacin de su trayectoria
Comportamiento de la superficie de los
cuerpos
Aspectos perceptivos
Iluminancia
Es el flujo incidente (la intensidad lumnica) por unidad de
superficie. Constituye la unidad fotomtrica (lumen) que se
utiliza para la medicin de la iluminancia.
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Aspectos perceptivos
LuminanciaLa cantidad de luz reflejada
por una superficie se
denomina luminancia
(medida en nits).
Depende tanto de la
intensidad de la zona
iluminada como de la
naturaleza de la superficiereflectante.
Nuestro ojo percibe las diferencias de luminancia de una
superficie como las diferencias de claridad.
Aspectos perceptivos
AlbedoEl albedo (o reflectividad) es la
relacin entre la luz recibida y
la reflejada por un objeto. Se
representa en una escala
numrica (0 al 1) o en forma deporcentaje.
Un cuerpo totalmente blanco
tiene albedo 1.0 porque refleja
toda la luz recibida.
Un cuerpo totalmente negro
tiene albedo 0.0 porque la
absorbe toda.
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La luz y los cuerpos
Cuerpos opacosLos cuerpos opacos: son aquellos que no dejan pasarla luz, a simple vista.
BLANCORECHAZArefleja- todas lasradiaciones luminosas que lealcanzan, cualquiera que seasu longitud de onda (todasllegan simultneamente anuestro ojo).
NEGROABSORBETODAS y, por tanto, no reflejaninguna de ellas.A nuestro ojo nollega ningunaradiacin.
Cuerpos opacos
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erpos opacos
ABSORBE UNA PARTE de las longitudes de onda quecomponen la luz blanca incidente, REFLEJAde entre ellas,SLO UNA O ALGUNAS(aquellas que llegarn a nuestro ojo).
Cuerpos opacos
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El cuerpo transparente: Es aquel que deja pasar casi toda laluz que incide en l. la intensidad de la luz incidente es muyparecida a la transmitida (la que lo atraviesa).
Son ejemplos, el agua, elvidrio, algunas bebidasdistintas al agua y algunostipos de plsticos.
La luz y los cuerpos
Cuerpos transparentes
La luz y los cuerpos
Cuerpos translcidosLos cuerpos translcidos: Son los que dejan pasaruna porcin de la luz incidente. El cuerpotranslucido dejara pasar aproximadamente lamitad de la luz que incide sobre l.
Ejemplos:cristal esmerilado, ciertostipos de vidrio con los quese hacen paredes, el papelcebolla y el aceite, algunostejidos, algunos cuerpos enlminas finas y algunasbebidas con color.
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Fuentes lumnicas
Qu es?
Fuente de energa que emite una radiacinelectromagntica que se encuentra en el dominiovisible(400-700nm)
Pueden ser encendidas y apagadas y empleadas enexperimentos de color real.
Su intensidad es considerablemente mayor que la de laluz reflejada por una superficie.
La gran mayora emiten luz blanca o casi blanca.
Los colores que vemos dependen en granmedida de las caracter sticas cromt icas de lasfuentes de luz(aspecto distinto)
Tipos
Fuentes lumnicas naturales
sol, fuego, incandescencia ybioluminiscencia
Fuentes lumnicas artificiales
bombillas
Fuentes lumnicas
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La serie de La Catedral
de Rouen de Monet.
Fuentes lumnicas naturales
El Sol
Fuentes lumnicas naturales
El fuego
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Fuentes lumnicas naturales
Bioluminiscencia La produccin de bioluminiscenciaen los animales es un proceso
qumico complejo en el que la
oxidacin de un sustrato de
protena luciferina es catalizado
por la enzima luciferasa. La
luciferina acompaada de la
enzima luciferasa, la molcula
energtica ATP y el oxgeno genera
la luz bioluminiscente.
Lmparas1. Incandescentes
Bombillas (fuente de luz A), fuentetrmica, 5-15% luz visible, en su mayoratendente al rojo. Mejorado Fuente de luzB y fuente de luz C. Filamento dewolframio o tugsteno arrolladohelicoidalmente y encerrado en un globode vidreo incandescente por el paso deuna corriente elctrica, lmparas
halgenas.2. De descarga
Tubo fluorescente (o de nen)reaccin de dos sustancias qumicasactivadas por descargas elctricasmediante electrodos. Hay numerosostipos materiales fluorescentes que emitenluz de longitud de onda mayor que lacorrespondiente a la luz absorbida(ultravioleta): rendimiento 25-31% luzvisible
3. LEDDiodo de emisin de luz. Espectro enuna determinada longitud de onda.Rendimiento amplio. No desprendecalor.
Espectro continuo
Espectro discontinuo,en lnea
Fuentes lumnicas artificiales
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La bombilla incandescente fue
inventada en 1879 por Thomas
Alva Edison y desde ese ao
lleva luciendo en todo el mundo. Edison con una rplica de su primera bombilla incandescentede unos 12 vatios.
Lmparas incandescentes
Fuentes lumnicas artificiales
De la energa que consumen
un 95% se transforma en
calor y nicamente el 5% es
aprovechado para dar luz.
Emisin de calor de una bombilla de bajo consumo(izquierda) y una incandescente
Fuentes lumnicas artificiales
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Lmparas fluorescentes
Fuentes lumnicas artificiales
Fuentes lumnicas artificialesTubos de nen
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ConclusinEl color depende directamente de la luz
Es parte de ella
Por esta razn, DE NOCHE todos los cuerpos nos parecen negros.
No teniendo radiaciones luminosas incidentes, las diversas superficiesno pueden reflejar su longitud de onda caracterstica.
Si el color fuese algo propio, intrnseco a cada cuerpo e independientede la accin exterior, deberamos percibirlo por s mismo, aun sin laintervencin de un agente externo como la luz y, por tanto, hasta en laoscuridad.
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