1. ESTUDIO GENERAL DE LA LUZ 1.1 Naturaleza y comportamiento La naturaleza física de la luz se explica bajo el punto de vista de la radiación electromagnética, a la que también se le conoce con el nombre más general de energía radiante. De modo general, la energía se define como la capacidad de la materia para producir un trabajo mecánico o para generar calor. De modo particular, la energía radiante es la que se desprende de un cuerpo y se propaga sin necesidad de un soporte de transmisión. Esta manifestación de la energía difícilmente puede realizar un trabajo mecánico puesto que la fuerza que posee es extremadamente pequeña. Sin embargo se manifiesta en forma de calor cuando colisiona con un cuerpo que sea capaz de absorberla. En este caso el cuerpo receptor aumenta su agitación molecular, lo que supone un aumento de calor. La consecuencia de la absorción de la energía radiante puede manifestarse de otros modos dependiendo de la naturaleza del receptor. Así se explica el fenómeno fotoeléctrico por el que la absorción de la energía radiante en algunos materiales, se transforma en una corriente eléctrica. Los fenómenos fotoquímicos, presentes en la fotografía, suponen una alteración de la estructura química de los receptores fotográficos como las películas o las emulsiones fotosensibles. El comportamiento físico de la luz ha sido desde el siglo XVII motivo de controversia entre los científicos, los cuales han sustentado hasta hoy 2 modelos diferentes: - La teoría de la emisión corpuscular argumenta que la luz está compuesta de partículas materiales extraordinariamente pequeñas y que son emitidas por los cuerpos radiantes. Estas partículas de ínfima masa pueden atravesar cuerpos transparentes y se reflejan sobre los cuerpos opacos. Se trata de una teoría que se apoya en las leyes de la mecánica clásica y que explicaría algunos fenómenos como: la propagación rectilínea de la luz, los fenómenos de reflexión o el fenómeno fotoeléctrico. Sin embargo no es un modelo de comportamiento que permita explicar otras cuestiones como por ejemplo los fenómenos de interferencia constructiva y destructiva, el dicroísmo o la polarización. - Por el contrario la teoría ondulatoria afirma que la luz se produce por la vibración de las partículas del foco emisor, cuya energía se transmite de modo similar a como lo hace el sonido. La dificultad de esta explicación reside en el hecho de que esta teoría necesita de un medio material de transmisión que no existe en el vacío, y es sabido que la luz sí que se transmite a través del vacío. Desde el primer cuarto del siglo XX la física admite la conciliación de las dos teorías bajo el nombre de “mecánica ondulatoria”, en la que por un lado se admite la naturaleza corpuscular formada por una emisión de fotones los cuales se comportan siguiendo un patrón ondulatorio o vibratorio. Con ello se disponen de dos modelos físicos que permiten explicar los fenómenos implícitos en las propiedades de la luz. 1 1.2 Origen de la luz El origen de la radiación electromagnética hay que buscarlo en la estructura de los átomos de la materia. Considerando el modelo atómico más sencillo debido a Rutherford-Bohr, conocemos que la estructura básica de un átomo consta de dos partes bien diferenciadas: el núcleo, compuesto de protones y neutrones, y las órbitas en las que se mueven otras partículas de masa prácticamente nula, pero dotadas de carga eléctrica, los electrones. El conjunto núcleo-órbitas, generalmente se encuentra en equilibrio puesto que las fuerzas externas de los electrones se ven neutralizadas en su justa medida por las fuerzas del núcleo. No obstante este equilibrio se puede romper siempre y cuando alguna fuerza externa desplace de su órbita uno o varios electrones, los cuales al recibir el impacto de dicha fuerza externa pueden pasar a una situación meta-estable por haber adquirido una energía mayor que la que le correspondía según la órbita en la que se encontraba. Equivale a decir que el electrón ha subido un nivel de energía que no es el que le corresponde en su estado estable. En estas condiciones, el electrón desplazado tiene tendencia a regresar a su situación estable, pero para hacerlo tiene que desprenderse de la energía extra que ha recibido en la colisión cumpliendo el principio de conservación de la energía; por lo tanto cuando este electrón regresa a su posición “normal” lo hace desprendiendo la energía sobrante. Este fenómeno constituye la radiación de energía o energía radiante. La energía desprendida por el electrón se produce mediante emisiones discretas de unidades elementales de energía que genéricamente reciben el nombre de “quantos”, los cuales se llaman “fotones” en el caso de que la radiación corresponda a energía luminosa. La emisión de “quantos” supone pues, una perturbación electromagnética que partiendo del cuerpo emisor se propaga alejándose de este. Puesto que la emisión no es continua sino por pulsaciones discretas, se puede admitir que estas vibraciones se generan con una frecuencia fija que dependerá de la estructura atómica del elemento emisor. La gama de frecuencias puede 3 oscilar entre 10 Hz y10 22 Hz, y el conjunto de las mismas se llama espectro electromagnético. Toda esta gama de diferentes frecuencias que corresponde a diferentes tipos de radiación pueden ser recibidas por diferentes tipos de receptores y en cada uno de ellos provocar distintas respuestas. La respuesta humana ante una parte muy pequeña del espectro electromagnético es la percepción visual, por lo que a este fragmento del espectro le llamamos “espectro visible” o simplemente luz. Las radiaciones del espectro visibles son las comprendidas entre las frecuencias: 13 13 Mínima = 43 x 10 Hz; Máxima = 75 x 10 Hz (1 Hz = 1 pulsación por segundo) Las radiaciones del espectro electromagnético constituyen otros espectros nombrados: 5 Ondas de radio Microondas hasta 3 x 10 Hz 5 desde 3 x 10 Hz 8 Infrarrojos desde 6 x 10 Hz Luz desde 43 x 10 Hz Ultravioleta desde 75 x 10 Hz Rayos X desde 3 x 10 Hz Rayos Gamma desde 3 x 10 Hz Rayos cósmicos desde 3 x 10 Hz 13 2 13 15 18 19 8 hasta 6 x 10 Hz 13 hasta 43 x 10 Hz 13 hasta 75 x 10 Hz 15 hasta 3 x 10 Hz 18 hasta 3 x 10 Hz 19 hasta 3 x 10 Hz 1.3 CARACTERÍSTICAS DE LA LUZ Admitiendo la luz como una manifestación más del patrón físico de comportamiento llamado movimiento ondulatorio, cabe aplicar los criterios de medición establecidos por la física para este tipo de manifestaciones. El movimiento ondulatorio se caracteriza por el comportamiento repetitivo de su amplitud de vibración. Cada una de estas repeticiones se denomina “ciclo”, por lo tanto se trata de una sucesión encadenada de ciclos, cada uno de los cuales es igual a los anteriores. Cada ciclo supone un crecimiento de la amplitud hasta un valor máximo seguido de un decrecimiento de la misma hasta alcanzar otro valor máximo de sentido contrario, tras lo cual comienza otro nuevo ciclo cuyo comportamiento es idéntico al anterior. La representación gráfica de este comportamiento se puede expresar en un diagrama de doble entrada en el que las ordenadas (y ) representan el crecimiento/ decrecimiento de la amplitud, y en el eje de abscisas (x) se representa el tiempo que dura este ciclo. Es por lo tanto la representación de la amplitud con respecto al tiempo. La figura obtenida es una curva llamada sinusoide, y quizás sea esta forma la que pueda dar origen a una errónea imagen de que las ondas se transmiten siguiendo un camino ondulado por el espacio. No debemos olvidar que la transmisión de la luz se realiza a través de un camino recto y en todas las direcciones del espacio. De este comportamiento se derivan tres conceptos fundamentales: - Amplitud (A): es el máximo valor que puede adquirir la vibración. En el caso de la luz representa la intensidad luminosa; cuanto mayor sea este valor mayor será la energía de radiación de la luz. Se representa en el eje vertical del gráfico. - Periodo (T): Es la duración de un ciclo, por lo que también significa la rapidez con la que se produce cada vibración. Se mide en segundos y se representa en el eje de abscisas (horizontal) de la gráfica. - Frecuencia (f): Es un concepto derivado del periodo, y significa el número de ciclos que se producen en un segundo. Por lo tanto también es una manera de expresar la rapidez de la vibración. La unidad utilizada es el Hercio (Hz). (1.000 Hz significa que se producen 1.000 ciclos/s) Periodo y frecuencia están relacionados entre sí mediante la expresión: Recordamos que la luz es energía electromagnética cuyas frecuencias están comprendidas 13 13 entre un mínimo de 43 x 10 Hz hasta un máximo de 75 x 10 Hz. Como podemos observar se trata de vibraciones extraordinariamente rápidas imposibles de apreciar a través de los sentidos. 1.4 Velocidad de transmisión. LONGITUD DE ONDA Una de las características importantes de las ondas electromagnéticas es que se propagan siguiendo un trayectoria rectilínea en los diferentes medios de propagación (vacío, aire, 3 vidrio, agua, etc…) y en cada uno de ellos lo hacen a diferente velocidad. La velocidad de propagación en el vacío es aproximadamente de 300.000 km/s., se representa por la letra c. Este comportamiento dinámico de la luz permite conocer el espacio que recorrerá un solo ciclo cuando se desplaza a esta velocidad, simplemente aplicando las leyes de la mecánica clásica: e=vxt Como un ciclo tarda “T” segundos (periodo) en producirse, y a una velocidad de “c” (velocidad en el vacío), el espacio recorrido por un ciclo será: e=cxT El espacio recorrido por un ciclo (e) recibe el nombre de “longitud de onda” y se representa por la letra griega ƛ “lambda” (tanto la expresión de la longitud de onda en función de la frecuencia será: De este modo se puede expresar una radiación en función de su frecuencia o en función de su longitud de onda para una velocidad de propagación determinada. Es tradicional que el estudio de la luz se haga atendiendo a la longitud de onda de las radiaciones en lugar de hacerlo considerando la frecuencia, quizás porque los valores resultantes del cálculo de cómodos de manejar que los de las frecuencias. De este modo recalculamos los límites del espectro visible bajo la forma de longitudes de onda a partir de los valores conocidos de las frecuencias límite y para una velocidad de propagación de 300.000 Km/seg = 300.000.000 m/seg= 3.108 m/seg: Por lo que a partir de ahora el espectro visible puede ser considerado como las radiaciones electromagnéticas cuyas longitudes de onda, están comprendidas entre 400 nm y 700 nm. Es de destacar que la frecuencia no varía cuando se cambia el medio de propagación, puesto que la frecuencia es un parámetro de tiempo que se genera en el emisor de la radiación y que se mantiene sea cual sea el medio de transmisión. La longitud de onda, es consecuencia del carácter dinámico de la radiación, es decir, depende de su velocidad a través del medio de propagación, y por lo tanto será diferente según el medio en el que se transmita. Cuando la luz penetra en un medio de transmisión como el vidrio, su velocidad se reduce hasta 200. 000 Km/seg. En esta situación, una radiación cuya frecuencia sea 13 43 x 10 Hz que en el aire tenía una longitud de onda de 700 nm, tendrá ahora una longitud de onda diferente. 1.5 EL ESPECTRO VISIBLE Ya sabemos que el llamado espectro visible está constituido por todas las radiaciones electromagnéticas comprendidas entre las longitudes de onda 400 nm y 700 nm, y que son las radiaciones de este intervalo las únicas capaces de estimular el sentido de la vista. Las radiaciones inmediatamente inferiores a 400 nm no son visibles y reciben el nombre de radiaciones ultravioleta. De igual modo las radiaciones cuya longitud de onda es superior a los 700 nm también invisibles, constituyen la radiación infrarroja. Tanto la radiación ultravioleta como la infrarroja, aunque sean recibidas por el ojo humano no constituyen un estímulo visual, por lo que la expresión “luz ultravioleta” o “luz infrarroja” carecen de sentido, aunque en algunos entornos se sigan utilizando. Normalmente percibimos como luz blanca una mezcla de radiaciones del espectro visible simultáneamente. El ojo es incapaz de separarlas según su longitud de onda y las interpreta todas juntas como una luz única de color blanco. No obstante el color blanco de la luz responde únicamente a la interpretación que hace el cerebro de este conjunto de radiaciones mezcladas. Es posible, mediante métodos ópticos, separar las diferentes radiaciones que componen la luz 4 blanca, utilizando un prisma de dispersión. De este modo un haz de luz blanca se puede descomponer visualmente en las diferentes longitudes de onda que la componen. El resultado de este experimento es que un estrecho haz de luz blanca origina una franja de luz compuesta por una gran cantidad de colores adyacentes que no se mezclan entre sí. Cada uno de los colores de esta descomposición se corresponde con una longitud de onda diferente. Es muy difícil separar completamente las radiaciones, por cuya razón se observa una mancha de luz que va cambiando continuamente de color a lo largo de su longitud, sin encontrar separaciones evidentes entre cada uno de estos colores. Teóricamente son infinitos los colores que se encuentran presentes, aunque coloquialmente se simplifica a la identificación de 7 colores diferentes (los mismos del arco iris). Lo cierto es que cada uno de los colores del espectro corresponde a una longitud de onda diferente, las cuales reciben genéricamente el nombre de “radiaciones monocromáticas”. La presencia de todas las radiaciones en la luz blanca no significa que todas ellas se encuentren con el mismo nivel de intensidad, pudiendo apreciarse diferentes niveles para cada una de ellas. La misma luz solar puede presentar mayor contenido de unas u otras radiaciones dependiendo de la hora del día o de las condiciones atmosféricas. Dependiendo del sistema utilizado para producir radiación luminosa, la distribución de las radiaciones monocromáticas de su espectro puede llegar a ser muy diferente. Esta circunstancia da origen a dos tipos de espectro: 1.5.1 Espectro continuo. Es el tipo de espectro que proporciona la emisión de luz por incandescencia de las lámparas domésticas o halógenas. Se fundamentan en el calentamiento de un metal (tungsteno o wolframio), que por tratarse de un elemento sólido sus átomos están muy juntos entre si, lo que propicia la sobreposición de los electrones excitados, dando origen a una rica mezcla de longitudes de onda que se generan de modo desordenado y simultáneo. El resultado es una gran variedad de las longitudes de onda emitidas, originándose con ello una luz que contiene prácticamente todas las radiaciones del espectro visible en mayor o menor medida. Este tipo de espectros es el más idóneo para conseguir registros fotográficos en color puesto que la luz contiene todos los colores posibles. La luz solar también pertenece a este tipo de espectro. 1.5.2 Espectro discontinuo. Cuando la luz se obtiene mediante la descarga eléctrica en una atmósfera de gas (por ejemplo en los tubos fluorescentes), el espectro que se genera no es tan rico ni variado como en el caso de la incandescencia. Ello es debido al hecho de que los átomos de gas se encuentran más dispersos y las posibilidades de sobreposición son mucho menores, proporcionando una incompleta gama de frecuencias o longitudes de onda. El resultado es el de una luz que conteniendo una aceptable colección de radiaciones monocromáticas puede ser apreciada como luz blanca, pero que su análisis espectral revelaría la ausencia de muchas de las radiaciones del espectro. La existencia de estas radiaciones se manifiesta en forma de rayas en el espectrograma, quedando espacios vacíos entre ellas, lo que pone de manifiesto la ausencia de algunas radiaciones monocromáticas. La distribución de estas rayas, es distinta para cada elemento gaseoso utilizado y constituye un valioso elemento de análisis químico (espectrografía). Es, por decirlo de otro modo, la identidad que caracteriza a cada elemento. Es típico el espectro del hidrógeno: 656 nm (rojo) / 486 nm 5 (cian) / 434 nm (azul) / 410 nm (violeta). La presión del gas contenido en la lámpara propicia que los átomos se encuentren más juntos o separados, lo que produce que un mismo gas pueda presentar espectros diferentes en función de su presión. El caso más típico y conocido es el del vapor de sodio a baja presión, el cual presenta una raya única de 580 nm (amarillo). El espectro de absorción, es el que se produce cuando la luz blanca de espectro continuo atraviesa una atmósfera gaseosa o de vapor. El gas en cuestión absorbe determinadas radiaciones según sea la naturaleza o composición del gas. El espectro del flujo de luz resultante, presenta rayas negras que corresponden a aquellas radiaciones que han sido absorbidas por el gas. El espectro de absorción coincide con el espectro de emisión del gas absorbente si este fuera convenientemente excitado. De este modo el espectro de absorción viene a ser como el “negativo” del espectro de emisión. Este efecto confirma la regla de Kirchoff que afirma: Un cuerpo es capaz de absorber aquellas radiaciones que es capaz de emitir. El espectro solar es un caso típico de espectro de absorción, que aunque en su origen nace como espectro continuo, experimenta la eliminación de algunas longitudes de onda debido a la acción absorbente de la atmósfera de gases menos calientes que rodean al Sol (cromosfera). Al llegar a la tierra, la luz solar presenta algunas ausencias de longitudes de onda en forma de rayas negras que reciben el nombre de “rayas de Frauhofer”, que constituye un valioso elemento de análisis de los gases de la atmósfera solar. 6 1.6 PROPIEDADES FÍSICAS DE LA LUZ La luz cuando incide sobre un objeto se comporta de diferente forma según sean las características del objeto Este comportamiento de la luz obedece a una serie de patrones físicos que se cumplen obedeciendo una serie de leyes, que permiten predecir dicho comportamiento. Un fenómeno físico tan estudiado y conocido posee una serie de propiedades que darían lugar a un amplio estudio que está fuera de los planteamientos de este libro, por lo tanto estudiaremos aquellas propiedades más directamente implicadas en la iluminación. 1.6.1 REFLEXIÓN Cualquier objeto que no posea luz propia es percibido visualmente gracias a esta propiedad. Los rayos luminosos que inciden sobre un objeto son reflejados por éste en otra dirección, dando la impresión de que la luz procede del objeto. Es esta radiación reflejada la que captamos a través del sentido de la vista para formar una imagen óptica en la retina. La reflexión puede tener dos formas dependiendo del tipo de superficie sobre la cual se produzca: - Cuando las superficies son muy pulidas, sin irregularidades superficiales, todos los rayos que llegan al objeto se reflejan en la misma dirección, puesto que el plano de la superficie es exactamente igual para todos ellos. Este tipo de superficies se llaman superficies especulares y consecuentemente el modo de reflexión recibe el nombre de reflexión especular. - Si las superficies son irregulares o rugosas (aunque sea a nivel microscópico), el haz de rayos que llega a la misma encontrará zonas de reflexión con orientaciones muy diferentes, por lo que cada rayo saldrá reflejado en una dirección diferente según la orientación de la zona sobre la que haya caído. Este tipo de superficies (en la mayoría de los objetos) producen una reflexión dispersa que se llama reflexión difusa. Hay que constatar que la reflexión especular solamente puede ser percibida desde un punto de vista, mientras que la reflexión difusa puede ser vista desde diferentes lugares simultáneamente. Esta facultad de la reflexión difusa es la que permite que un objeto iluminado pueda ser visto desde varios lugares a su alrededor. En realidad la reflexión difusa es la suma de múltiples reflexiones especulares sobre elementos muy pequeños de la superficie cada uno de ellos orientado de modo diferente, aunque para el observador se presente como una dispersión de los rayos reflejados. Por lo consiguiente, tanto en la reflexión especular como en la reflexión difusa se cumplen las leyes que rigen este fenómeno. 1.6.2 Leyes de la reflexión En toda reflexión se distingue un rayo incidente, un rayo reflejado y la perpendicular al plano en el punto de contacto, que recibe el nombre de “normal”. 1ª ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal se encuentran en el mismo plano. 2ª ley: El ángulo de incidencia “i” y el ángulo de reflexión “r” forman el mismo ángulo con respecto a la normal. Estas leyes permiten anticipar la dirección que tomará un haz de luz cuando este sea reflejado sobre una superficie para dirigirlo hacia una parte del objeto. Por otro lado, la reflexión selectiva es la responsable del color de los objetos, puesto que una superficie pigmentada o coloreada absorberá algunas longitudes de onda y reflejará las 7 restantes, por lo que la luz reflejada sobre el objeto tendrá el color de las radiaciones no absorbidas. La reflexión siempre comporta la absorción de una cierta cantidad de luz. Esta circunstancia es la que determina el brillo o luminancia de los objetos. Los objetos oscuros siempre absorberán mayor cantidad de luz que los objetos claros. 1.6.3 REFRACCIÓN Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso cuando pasa de un medio transparente de transmisión a otro (aire-vidrio, aire-agua, agua-vidrio, etc…). Este fenómeno es consecuencia del cambio de velocidad que experimenta la luz cuando cambia de un medio a otro. Esta propiedad es la que permite la formación de imágenes a través de las lentes, puesto que los rayos divergentes procedentes de un punto del objeto, al refractarse en la lente vuelven a converger en un punto imagen. En toda refracción distinguimos: un rayo incidente, un rayo refractado y una “normal” o perpendicular en el punto de incidencia. Del mismo modo el ángulo que forma el rayo incidente con la normal se llama ángulo de incidencia “i”, y el ángulo que forma el rayo refractado con la normal se llama ángulo de refracción “r”. El mayor o menor grado de refracción que sufre un rayo refractado depende de: - El ángulo de incidencia; para grandes ángulos de incidencia se producirá un desvío más acusado que para pequeños ángulos de incidencia. Hasta tal punto que cuando el rayo incidente es perpendicular a la superficie no se produce desplazamiento del rayo refractado, y se observa que este sigue el mismo camino con el que incidió. - El tipo de material o del medio en el que se produce la refracción. - La longitud de onda del rayo incidente. En este sentido hay que aclarar que cuando se trata de luz blanca, la cual contiene todas las longitudes de onda del espectro visible, se produce una verdadera dispersión de los diferentes componentes monocromáticos, los cuales sufren un desvío diferente y tienden a separarse tras la refracción. Normalmente esta separación no es apreciable a simple vista y tenemos la impresión de que los rayos siguen juntos formando luz blanca. Sin embargo cuando la refracción es muy exagerada, podemos llegar a apreciar la descomposición de la luz blanca en sus diferentes componentes monocromáticos, tal y como ocurre cuando vemos el arco iris que no es otra cosa que la descomposición de la luz blanca por refracción sobre las gotas de agua cuando llueve. 1.6.4 Índice de refracción Puesto que cada medio produce un valor de refracción diferente, aparece la necesidad de cuantificar esta capacidad de refracción de cada medio. Para expresarlo de un modo normalizado se define el índice de refracción (n). Se establece que el rayo incidente se propaga en el vacío, y que va a incidir sobre otro medio transparente, y la expresión del índice de refracción es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (C) y la velocidad de la luz en el medio de refracción (V), por lo tanto la expresión algebraica que define el índice de refracción será: Puesto que la velocidad en el vacío siempre será mayor que la de cualquier otro medio, el valor de “n” siempre será mayor que 1 (n>1). El resultado del valor de “n” es adimensional, puesto que es el resultado de relacionar dos magnitudes de la misma unidad, por lo tanto se trata de una simple relación. El índice de refracción también puede ser calculado relacionando el ángulo de incidencia 8 con el ángulo de refracción mediante la función del seno, por lo tanto: De modo práctico se puede admitir que el rayo luminoso propagado por el aire sufre la misma refracción sobre un medio, que si se propagara por el vacío, puesto que la velocidad de la luz en el aire apenas difiere de la velocidad de la luz en el vacío. Esta diferencia tan solo se tiene en cuenta en los cálculos ópticos de mucha precisión. Indices de refracción con respecto al vacío más comunes, corresponden a los siguientes materiales: Vacío 1 Aire 1’0003 Vidrio 1’4 a 1’6 1.6.5 Leyes de la refracción 1ª ley:. El ángulo de incidencia, el rayo refractado y la normal se encuentran en el mismo plano, al igual que en la propiedad de la reflexión. 2ª ley:. La relación existente entre el seno del ángulo de incidencia (sen i) y el seno del ángulo de refracción (sen r) es un valor constante, y su valor numérico es el mismo que la relación existente entre la velocidad de transmisión en cada uno de los medios (Vi / Vr). Este valor es justamente el índice de refracción (n), y por lo tanto: Esta última expresión permite calcular la dirección que tomará el rayo refractado si se conoce el ángulo de incidencia y el índice de refracción relativo a los dos medios de propagación. 1.6.6 ABSORCIÓN Cuando un rayo de luz incide sobre una superficie opaca, hemos visto que se produce el fenómeno de reflexión, sin embargo no toda la luz incidente es reflejada, sino que parte de la energía incidente se transforma en calor y queda absorbida por la superficie. Del mismo modo, cuando un rayo de luz atraviesa una superficie transparente sufre el fenómeno de refracción, pero no toda la energía es refractada, y parte de la misma es absorbida por el medio transparente. Por lo tanto siempre es de esperar que en cualquiera de estos fenómenos se produzca una pérdida de intensidad luminosa, que dependiendo del tipo de material puede ser de mayor o menor importancia. Puesto que se produce absorción tanto en la reflexión como en la refracción cabe establecer un sistema que pueda valorar la importancia de la pérdida. El modo más sencillo consiste en dar un valor en tanto por ciento de energía perdida. Para ello basta dividir el valor de la intensidad absorbida (Iabsorbida) por el valor de la energía incidente (Iincidente), y el resultado multiplicarlo por 100, y al resultado le llamaremos “absorción porcentual”: 9 También se puede expresar como tanto por uno sin multiplicar por cien la expresión, en cuyo caso recibe el nombre de “índice de absorción” o “absortancia”: El valor de a nunca pude ser mayor que “1”, puesto que el valor de la energía absorbida nunca puede ser mayor que la energía incidente. Este concepto es especialmente importante en iluminación, puesto que suele ser práctica bastante habitual utilizar las fuentes de luz de manera indirecta reflejándolas sobre una superficie en lugar de dirigir el haz de luz directamente sobre el objeto. En estos casos siempre habrá que asumir una pérdida de flujo luminoso como consecuencia de la absorción sobre dicha superficie. El concepto inverso al de índice de absorción es el de reflexión el cual nos indica el tanto por uno de la luz (“índice de reflexión”) reflejada (I reflejada) con respecto a la luz incidente, y por lo tanto su expresión algebraica: Al igual que en el índice de absorción, el valor de r nunca podrá ser mayor que “1” puesto que el flujo de luz reflejada nunca podrá ser mayor que el flujo de luz incidente. Se cumplirá que: α+ρ =1 Esta última expresión en definitiva está indicando que la cantidad total de luz incidente siempre será igual a la suma de la luz reflejada más la luz absorbida. 1.6.7 POLARIZACIÓN La luz en su estado inicial está compuesta de radiaciones (ondas) electromagnéticas de la misma magnitud que vibran en un número infinito de planos todos ellos perpendiculares a la dirección en que se propagan. Cuando un haz de luz se refleja sobre materiales opacos, o se transmite a través de algunos tipos de materiales transparentes, los rayos emergentes pueden haber perdido la mayoría de los planos de vibración y ahora lo hacen en un solo plano. Esta característica recibe el nombre de luz polarizada. Esta particularidad se da especialmente en los objetos de superficies brillantes con la excepción de las superficies metálicas. Cuando percibimos el color de un objeto con una superficie muy lisa (especular), la luz se refleja como difusa sobre el pigmento del objeto mezclada con una parte de reflexión especular sobre la superficie. La luz procedente de la reflexión especular no tiene color (es acromática) y está polarizada, mientras que la luz que se refleja en el pigmento tiene color y no está polarizada Cuando vemos o fotografiamos la combinación de ambos tipos de reflejos, la parte especular (de color blanco),puede prevalecer sobre la parte difusa que es la responsable del color, de manera que se puede llegar a reducir la saturación del color de fondo hasta tal punto que solamente sea perceptible la parte blanca de luz ocultando el color del objeto. Es la situación que observamos en algunos objetos de superficie pulida, en los que en algunos ángulos aparecen zonas blancas de reflexión especular que llamamos generalmente “reflejos”, y que impiden la correcta percepción del color del objeto. Un caso corriente es el que se produce en los vidrios de las ventanas de los escaparates de los comercios o en las ventanillas de vidrio de los automóviles, en los que el reflejo especular del vidrio impide que podamos ver correctamente el interior. De igual modo los reflejos sobre la superficie del agua impiden ver el fondo que refleja luz difusa. 10 Estas situaciones se pueden minimizar mediante la utilización de un filtro polarizador colocado ante el objetivo de la cámara, el cual impide el paso de la luz polarizada en un ángulo determinado. La utilización de un filtro polarizador se basa en ir girando poco a poco el filtro hasta encontrar el ángulo de giro que absorbe la luz especular polarizada y si que permite el paso de la luz difusa que tiene infinitos planos de vibración. Es de destacar que si en una misma fotografía existen reflejos especulares polarizados en varios ángulos solo será posible eliminar uno de ellos, puesto que el filtro solo es capaz de detener un único plano de polarización. En este sentido debe de ser el fotógrafo quien debe de decidir y dar prioridad al reflejo que desea eliminar. Aún en el caso de que no existan reflejos evidentes y molestos, la utilización de un filtro polarizador permite eliminar la poca luz polarizada que pueda existir, con lo que los colores procedentes de la reflexión difusa ganarán saturación. El caso más evidente de esta situación la constituye la luz del sol reflejada por el cielo, cuyo color azul está en parte mezclado con luz polarizada, dando como resultado un azul con poca saturación. Si se utiliza un filtro polarizador con el ángulo correcto desaparece la luz polarizada y el color del cielo se vuelve de color azul más saturado. 11
