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MANUAL BÁSICO DE TECNOLOGÍA AUDIOVISUAL Antonio Cuevas antoniocuevas@gmail.com

Tema 1

LA LUZ 1.1

Introducción

1.2

El espectro electromagnético

1.3

El espectro visible

1.4

El infrarrojo

1.5

Comportamiento de la luz

1.6

Objetos que no permiten el paso de la luz 1.6.1 Reflexión y difusión 1.6.2 Reflexión selectiva

1.7

Objetos que permiten el paso de la luz 1.7.1 Absorción y transmisión 1.7.2 Refracción 1.7.3 Dispersión 1.7.4 Difracción 1.7.5 Polarización

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INTRODUCCIÓN

"…… Me sucede, a veces, que tengo que lamentarme por haber puesto fin a un trabajo cinematográfico (...) Esto ocurre, tal vez, por el hecho de estar fascinado sin reserva alguna por la problemática de la luz. La luz suave, la luz peligrosa, la luz pintada como en un sueño, la luz viva o muerta, la nítida o brumosa, luz que quema, la violenta, desnuda, súbita, sombría, la primaveral, la luz que entra por la ventana, la luz que sale por ella, la luz derecha, oblicua, sensual, apremiante, limitatoria, veneno, calmante, serena. La luz."

Texto de una carta de Ingmar Sven Nykvist (en la cámara) junto al director sueco Bergman <1> enviada al director de fotografía Ingmar Bergman. Juntos rodaron más de 20 películas Sven Nykvist <2> que obtuvo dos Oscar a la Mejor Fotografía: en 1973 por “Gritos y susurros” (Cries and Whispers) y en 1983 por “Fanny y Alexander”. El concepto de luz está presente, como un símbolo clave, en todas las civilizaciones y culturas. Desde los primeros y remotos indicios hasta los espectáculos contemporáneos, el dominio de la luz y la sombra ha catalizado saber, magia y talento. El dominio de la luz, natural y artificial, ha sido una cuestión central de las artes. El significado de la luz y su interpretación se remonta a los confines de la historia. La luz fue ancestralmente considerada símbolo de vida y utilizada en los rituales litúrgicos de la mayoría de las religiones. En el antiguo Egipto, colocaban el universo de los vivos bajo el fuego del sol, y rodeado de tinieblas se situaba el de los muertos. En la arquitectura cristiana, las iglesias románicas están orientadas con el ábside - la parte del templo, abovedada, comúnmente semicircular, que sobresale en la fachada posterior, donde se instalaban el altar y el presbiterio - al este, y la puerta principal al oeste con el fin de llevar a los fieles en una translación simbólica de oeste a este, en dirección a levante, a la luz naciente. La luz, es nuestra materia prima de comunicación. La fotografía, y por extensión la cinematografía, son el lenguaje de la luz. El propio término fotografía, que deriva del griego, significa escribir (grafía) con luz (foto). Casi todo el equipo que se utiliza en una filmación tiene que ver con la luz: las luminarias (sistemas de iluminación) la producen, los accesorios y filtros la perfilan y tamizan, el objetivo la enfoca, la película o el soporte magnético o el disco de almacenamiento la registran, el fotómetro la mide, el laboratorio cinematográfico y las máquinas de edición la procesan, la misma cámara es en cierto modo un cuarto oscuro en miniatura que protege la película cinematográfica o el bloque de sensores electrónicos de la luz, hasta el momento justo de la exposición. Obviamente no son precisos amplios conocimientos de física para la práctica cinematográfica profesional pero entender los principios básicos de la luz ofrece una visión más amplia de este ingrediente inevitable en todo proceso visual creativo y aumenta la capacidad de resolución de problemas. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 2 de 48


<1> El director cinematográfico Ingmar Bergman nació en Uppsala, Suecia, en 1918 y murió en Julio de 2007 a la edad de 89 años en su casa de la isla de Faarö (de los Carneros), en el Mar Báltico. Hijo de un estricto pastor protestante, cursó estudios en la Universidad de Estocolmo y obtuvo la licenciatura en literatura e historia del arte con una tesis sobre Strindberg. Hasta 1942 dirigió el Teatro Universitario y, posteriormente, fue ayudante de dirección del Gran Teatro Dramático de Estocolmo. En 1943, la productora Svensk Filmindustri (SF) lo contrató para el departamento de guiones. Un año más tarde, la misma empresa produjo una película a partir de su novela corta Tortura, que dirigió Alf Sjöberg. Entre 1944 y 1955 fue responsable artístico del teatro municipal de Helsingborg, etapa en la que también dirigiría su primera película, Crisis (1946), producida por la SF, y realizó una serie de adaptaciones para el productor independiente Lorens Malmstedt, en las cuales aparecen ya sus preocupaciones existencialistas y que merecieron cierto reconocimiento entre el público y la crítica de su país. Sin embargo, hasta la aparición de la comedia Sonrisas de

una noche de verano

Bergman con Chaplin

el nombre de Bergman no empezó a ser conocido internacionalmente. El éxito que alcanzó esta película en el Festival de Cannes de 1956 lo convirtió en el autor de moda dentro del cine europeo, y ello propició que se recuperaran numerosos filmes anteriores suyos.

Bergman con Sven Nykvist

El cine de Bergman, complejo, atormentado y oscuro, recoge la influencia formal del expresionismo y de la tradición sueca, en especial la de Victor Sjöström, y destaca por su gran sentido plástico, casi pictórico, y el aprovechamiento de las posibilidades del blanco y negro. Además, gira en torno de una serie de constantes temáticas, en especial la muerte y el amor, marcadas por las preocupaciones existencialistas y religiosas del autor, abordadas con un tono metafísico y una densidad de diálogos motivada por sus inicios en el teatro. En el amplio conjunto de su obra ha escrito, producido y dirigido películas que abarcan desde la comedia ligera al drama psicológico o filosófico más profundo. En sus comedias, el contenido sexual está en mayor o menor medida presente, si bien tratado con extremo lirismo. Película emblemática dentro de su filmografía por su gran repercusión entre el público y la crítica, El séptimo sello (1956) constituye una lúgubre alegoría que indaga en la relación del hombre con Dios y la muerte, para la cual empleó recursos narrativos basados en la iconografía cristiana, aunque incorporando audacias personales de gran eficacia. Su virtuosismo técnico se hace evidente en Fresas salvajes (1957), recreación de su propia infancia para la que utilizó una estructura de narraciones superpuestas. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 3 de 48


Cuando en su 50 aniversario el Festival de Cannes quiso premiar al “director de cine más grande de todos los tiempos”, hubo acuerdo unánime: Ingmar Bergman fue elegido por ilustres colegas como Martin Scorsese, Woody Allen, Robert Altman, Francis Ford Coppola, Akura Kurosawa y Wim Wenders y recibió la “Palma de todas las Palmas”. Pero ni para ese gran honor que le concedió Cannes el cineasta quiso abandonar su domicilio en la pequeña isla de Faarö. Envió a su ex compañera sentimental, la actriz Liv Ullmann a recoger el premio. Bergman apoyó una demanda judicial contra la interrupción de películas en la televisión con publicidad: "Cuando una película en televisión es interrumpida con consejos sobre comidas, motocicletas o toallitas femeninas, me entra la ira, aumenta mi presión arterial y sufro un shock emocional. Me siento ofendido y maltratado".

<2> Sven Nykvist, considerado por muchos como uno de los mejores directores de fotografía de todos los tiempos, entró en la industria cinematográfica sueca con 19 años. En 1941 trabajó como ayudante de cámara. En 1945, cuando tenía 23 años, ya era un director de fotografía de pleno derecho. Trabajó en un buen número de películas suecas de poco presupuesto durante algunos años, pero sería en 1953 cuando entraría en contacto con el legendario director Ingmar Bergman en “Noche de circo” (Gyklarnas afton). Nykvist se convirtió en el colaborador habitual de Bergman, contribuyendo a encaminar la obra del director sueco en una nueva dirección, apartándola del aspecto teatral de sus primeras películas. Nykvist también trabajó con otros directores de prestigio como Louis Malle, Liv Ullman, Lasse Hallstrom, Roman Polanski y Woody Allen. A lo largo de su carrera, Nykvist ganó el Oscar a la mejor fotografía por dos de sus películas: “Gritos y susurros” (1973) y “Fanny y Alexander” (1982). Fue también candidato al Oscar por “La insoportable levedad del ser” (Philip Kaufman, 1988). “Oxen”, película dirigida por el propio Nykvist, optó en 1991 al Oscar a la Mejor Película Extranjera. Su libro “Culto a la luz”, es de obligada lectura para quienes deseen emprender su mismo oficio. Murió el 21 de septiembre de 2006 a los 83 años.

Sven Nykvist (con el brazo extendido) en el rodaje de Sacrificio de Andrei Tarkovsky (junto a la segunda cámara). Debajo, con Woody Alen

Filmografía seleccionada de Sven Nykvist

Celebrity (Woody Allen, 1998)

Encuentros privados (Ingmar Bergman, 1996) (Enskilda samtal) ¿A quién ama Gilbert Grape? (Lasse Hallström, 1993) (What's

Eating Gilbert Grape)

Algo para recordar (Nora Perón, 1993) (Sleppless in Seattle) Chaplin (Richard Attemborough, 1992) Delitos y faltas (Woody Allen, 1989) (Crimes and Misdemeanors) La luz – Antonio Cuevas – Pág. 4 de 48


La insoportable levedad del ser (Philip Kaufman, 1988) (The Unbearable

Lightness of Being)

Fanny y Alexander (Ingmar Bergman,1982) (Fanny och Alexander) De la vida de las marionetas (Ingmar Bergman,1980) (Aus dem Leben der

Marionetten)

Sonata de otoño (Ingmar Bergman,1978) (Höstsonaten) El huevo de la serpiente (Ingmar Bergman,1977) (Das Schlangenei) La flauta mágica (Ingmar Bergman,1975) (Trollflöjten) Secretos de un matrimonio (Ingmar Bergman,1973) (Scener ur ett äktenskap) Gritos y susurros (Ingmar Bergman,1973) (Visknigar och rop) La carcoma (Ingmar Bergman,1971) (Beröringen) Pasión (Ingmar Bergman,1969) (En Passion) La hora del lobo (Ingmar Bergman, 1968) (Vargtimmen) La vergüenza (Ingmar Bergman, 1968) (Skammen) Persona (Ingmar Bergman, 1966) El silencio (Ingmar Bergman, 1963) (Tystnaden) Los comulgantes (Ingmar Bergman, 1963) (Nattvardsgästerna) Como en un espejo (Ingmar Bergman, 1961) (Såsom i en spegel) El manantial de la doncella (Ingmar Bergman,1960) (Jungfrukällan) Noche de circo (Ingmar Bergman, 1953) (Gyklarnas afton) Sven Nykvist con Bergman (en la cámara, una Arri BL 35) durante el rodaje de “Fanny y Alexander” en 1981

La luz (del latín lux, lucis), es nuestra materia prima de comunicación. Fotografía es el lenguaje de la luz. Fotografía: escribir (grafía) con luz (foto). >

La palabra “fotografía”, tal y como la conocemos hoy, la utilizó por primera instancia, el matemático y astrónomo inglés, Sir John Herschel (1738-1822), hijo de William Herschel, el descubridor del infrarrojo

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EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Fue Isaac Newton quien usó por primera vez la palabra espectro (del latín spectrum, “apariencia” o “aparición”). El Diccionario de la Real Academia Española de la Lengua define “espectro”, en relación a la ciencia física, como la “distribución de la intensidad

de una radiación en función de una magnitud característica, como la longitud de onda, la energía, la frecuencia o la masa” y también como la “representación gráfica de cualquiera de estas distribuciones”. La luz, palabra que también proviene del latín (lux, lucis) es una onda electromagnética, compuesta por pequeñas partículas de energía llamadas fotones, capaz de ser percibida por el ojo humano, y cuya longitud de onda determina su color, como enseguida veremos. La luz es un fenómeno físico de naturaleza energética. Así, si calentamos un objeto de metal hasta alcanzar cierta temperatura obtendremos una emisión luminosa. Y al revés, todo cuerpo que emite luz, produce también calor. Hay muchas fuentes de energía radiante, es decir, fuentes desde las que se emite energía, unas son naturales (el sol), otras fueron creadas por el hombre (equipos radiactivos, emisoras de radio y TV, lámparas eléctricas, hornos, etc.).

El científico holandés Christiaan Huygens fue una de las primeras figuras en el desarrollo de la ciencia óptica. Su “Tratado de la luz", publicado en 1690, introdujo la teoría ondulatoria de la luz. Entre los numerosos descubrimientos de Huygens también se encuentran la aplicación del péndulo a los relojes y una correcta descripción de los anillos de Saturno.

La luz es el fenómeno físico que permite a los cuerpos hacerse visibles. Ampliando esta idea elemental podemos añadir que existen "cuerpos luminosos” y “cuerpos iluminados". Los cuerpos luminosos tienen la capacidad de emitir luz por sí mismos, por ejemplo, el Sol. Al resto, les podemos denominar cuerpos iluminados y son los que reflejan o absorben en mayor o menor grado la luz recibida. La naturaleza de la luz ha sido estudiada desde hace muchos años por científicos tan notables como Herschel, Newton, Max Plank, Fresnel, Maxwell, Huygens, Einstein, etc, dando lugar a distintas y enfrentadas teorías sobre su naturaleza <3>. La actualmente aceptada afirma que la luz es un fenómeno único en la naturaleza debido a su carácter dual: la luz se compone de partículas (fotones) y ondas, es decir, la luz es masa (fotones) y es también energía, energía emitida en forma de ondas. El paso de la luz del sol al ojo y finalmente al cerebro exige que la luz actúe como onda y como partícula. La luz se entiende mejor como una onda cuando se desplaza a través del espacio. Las ondas de luz que llegan al ojo se refractan (cambian de dirección) y enfocan cuando pasan a través de la córnea y el cristalino hasta llegar a la retina con su densa maraña de conos y bastoncillos. Cuando choca con esas células sensibles a ella, la luz actúa como una partícula de energía o fotón. Los fotones activan los pigmentos de los bastoncillos y conos, y desencadenan impulsos nerviosos hacia el cerebro que los analiza y convierte en sensaciones de color. Cada uno de nuestros ojos tiene más de cien millones de células especializadas (conos y bastones), tan sensibles que algunas pueden detectar apenas un puñado de fotones. Lo veremos con mayor detalle en el tema siguiente. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 6 de 48


La luz, además de convertirse parcialmente en calor (toda luz produce calor), genera otros fenómenos, entre los que a El científico holandés Christiaan nuestros efectos destacan por su Huygens (1629-1695) fue una importancia el fotoquímico y el de las primeras figuras en el fotoeléctrico los cuales permiten desarrollo de la ciencia óptica. la captación de imágenes en soporte fotoquímico (cine y Su "Tratado de la luz” fotografía) y soporte electrónico publicado en 1690, introdujo la (televisión y vídeo) y de los cuales teoría ondulatoria de la luz. hablaremos oportunamente. En todos los casos de captación de La luz (del latín lux, lucis) es una onda electromagnética, imágenes, es el componente masa compuesta por pequeñas partículas de energía llamadas de la luz - el fotón - quien excita fotones, capaz de ser percibida por el ojo humano y cuya el receptor, sean estos los conos y longitud de onda determina su color. Pertenece a la familia bastoncillos del ojo, los granos de de las RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS haluro de plata de la película fotográfica o los píxeles de los sensores en estado sólido y tubos en las cámaras electrónicas. Lo que llamamos luz es, en esencia lo mismo que la radiación que llamamos ondas de radio o rayos gamma o rayos X: un conjunto de longitudes de onda. En la práctica científica se emplea el término luz para referirse a la porción del espectro electromagnético cercano a la luz visible que es la que se relaciona directa y regularmente con nuestros sentidos. La luz es, por tanto, una radiación electromagnética que hace posible la visión de los objetos. Con mayor rigor, podemos decir que la luz es energía electromagnética visible, irradiada por un cuerpo luminoso, la cual se desplaza en línea recta con movimiento ondulatorio. La luz ofrece información de alta resolución y a través de grandes distancias (no podemos oír ni oler la Luna o el planeta Venus, pero sí podemos verlos). La luz visible transporta tanta información que la mayoría de los seres vivos, desde una hormiga hasta una ballena, poseen medios para captarla. Aproximadamente una quinta parte de nuestro cerebro no hace otra cosa que ocuparse del mundo visual que nos rodea. La posición de los ojos, protegidos parcialmente en la caja del cráneo, muy cerca del cerebro, prueba la importancia de la información visual. La radiación electromagnética es el transporte de energía a través del espacio como una combinación de campo eléctrico y magnético, de ahí el calificativo “electromagnética”. A diferencia de las ondas sonoras, que por su naturaleza mecánica necesitan del aire como sustancia portadora que transmita su vibración, las ondas electromagnéticas se pueden transmitir en el vacío, no necesitan ningún soporte y, en función de su frecuencia, algunas pueden también atravesar sustancias y materiales, es el caso de los rayos X y rayos gamma. Esta forma de energía que llamamos luz, se transmite por el espacio en ondas sinusoidales, similares a las producidas cuando lanzamos una piedra a un estanque. Nace en la fuente que la produce (el Sol, una lámpara, etc.) y se propaga en línea recta hasta encontrar un objeto que la intercepte. Pertenece a la familia de las radiaciones electromagnéticas; todas ellas poseen las mismas características (energía emitida en forma de ondas) pero sus diferencias en cuanto a longitud de onda pueden ser enormes. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 7 de 48


Todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad en el vacío que es, aproximadamente, 300.000 kilómetros por segundo, la llamada, por extensión, velocidad de la luz. Si pudiésemos viajar a ésta velocidad, daríamos algo más de siete vueltas a la Tierra en un segundo. Esta velocidad es hoy la base de la definición de metro <4>. La luz es, por tanto, una de las muchas clases de energía electromagnética y forma parte de una enorme familia de "transmisores de energía" entre cuyos miembros están la radio, el radar, los rayos X y los rayos cósmicos. A fin de cuentas, una emisora de radio y una bombilla de filamento incandescente, esencialmente hacen lo mismo: emiten radiación electromagnética. Igual que nuestro aparato de radio está sintonizado a una cierta emisora (a una cierta frecuencia), nuestros ojos están sintonizados a otras emisoras (a otras frecuencias). El punto importante del movimiento de Qué es “movimiento ondulatorio” las ondas es que, si bien toda la "familia" de las radiaciones electromagnéticas parece desplazarse de este modo, cada tipo de radiación tiene su particular longitud de onda. Las diferencias entre las longitudes de onda de las radiaciones son no grandes sino enormes, y dan a La luz se “mueve” (se propaga) en forma de ondas al igual cada forma de radiación que las ondulaciones producidas cuando arrojamos una piedra electromagnética sus peculiares sobre un estanque. propiedades, absolutamente diferentes Pero, mientras las ondulaciones producidas en el agua se de todas las demás. Algunas ondas desplazan a través del plano horizontal del estanque (es decir, pueden medir más de un kilómetro y en forma aparentemente bidimensional), la luz se propaga a medio de cresta a cresta (las conocidas través de todos los planos posibles del espacio a una como ondas largas en radiotelefonía). velocidad de 300.000 Km/segundo (más de siete vueltas a la Otras pueden tener menos de una diez Tierra en un segundo) mil millonésima de milímetro (rayos gamma). Las radiaciones electromagnéticas se extienden desde los rayos gamma hasta las ondas de radio es decir, desde longitudes de onda extremadamente cortas (rayos gamma, rayos X), hasta las kilométricas (telecomunicaciones). En fotografía haremos mención frecuente de la longitud de onda para referirnos a un color específico. Las ondas del espectro <5> electromagnético se miden por tres parámetros: longitud de onda, frecuencia y amplitud.

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La frecuencia se define como el número de ondas completas o ciclos por segundo, también denominados hercios (Hz) <6>. Son múltiplos del Hz, el kilohercio (Khz), el megahercio (Mhz) y el gigahercio (Ghz), 27 Mhz es igual a 27.000 Khz es decir, 27 millones de Hz. La luz vibra una frecuencia de un millón de gigahercios (Ghz) por segundo, es decir, mil billones de ciclos (o hercios) por segundo. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 8 de 48


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La longitud de onda, representada por la letra griega lambda (λ) se define como la distancia lineal ocupada por una onda completa o ciclo medida horizontalmente es decir, la distancia entre dos crestas o dos valles. Todos los tipos de radiación del espectro de onda electromagnética difieren básicamente en la longitud de onda. La longitud de onda (λ) de una onda electromagnética, determina cómo interactúa ésta con la materia. Al ser una distancia, la longitud de onda se mide en metros, sus múltiplos y sus submúltiplos. Para las más cortas se utilizan submúltiplos como el nanómetro (millonésima de milímetro) mientras que las más largas se miden en centímetros, metros e incluso kilómetros. Las unidades de medición cambian a lo largo del espectro, a fin de mantener los números dentro de proporciones manejables. Si, por ejemplo, escogiéramos centímetros solamente, nuestras ondas de radio se calibrarían en millones, y los rayos gamma en centenares de millonésimas. Por consiguiente, es más práctico utilizar en cada caso una unidad, siempre de longitud, pero de cantidad adecuada.

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La amplitud (I) o “cantidad” de energía que contiene una señal electromagnética corresponde a la altura de las crestas de las ondas y en el caso de la luz, determina su brillo o intensidad. Tomando el símil de un estanque con agua en estado de reposo sobre el que tiramos una piedra, las ondas decrecerán paulatinamente en altura hasta llegar a su extinción (debido al alto rozamiento) sin que ello signifique una variación de su frecuencia ni de su longitud de onda. La amplitud se refiere exclusivamente a la “potencia” de la onda.

Las magnitudes frecuencia y longitud de onda no son independientes sino inversamente proporcionales: a menor distancia entre dos crestas de onda, más cantidad de ondas encajarán en un período de tiempo de un segundo. Si la frecuencia es alta la longitud de onda es corta y viceversa. La relación entre frecuencia y longitud de onda viene determinada por la ecuación F=C/λ donde C es la velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/s aproximadamente) y λ la longitud de onda expresada en metros.

La luz es más brillante cuando la flecha azul de la fuerza eléctrica es mayor, y tenue donde esta flecha es cero. Esa flecha representa la amplitud.

La luz se propaga a partir de la fuente emisora en todas las direcciones posibles en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento. La orientación de las crestas respecto a la dirección de propagación determina el ángulo de polarización. La luz polarizada tiene importantes aplicaciones fotográficas que veremos en este mismo capítulo. Por último, podemos paradójicamente afirmar que “la luz es invisible”: nosotros no vemos la luz; vemos el efecto que ésta produce al incidir sobre las superficies materiales. Los “rayos de luz” que vemos en atmósferas cargadas de humo, niebla o polvo son simplemente luz reflejada por las partículas de humo, niebla o polvo. Podemos afirmar que la paradoja aparente es cierta: la luz es invisible La luz – Antonio Cuevas – Pág. 9 de 48


LA LUZ - RESUMEN La luz es un fenómeno físico de naturaleza energética: si calentamos un objeto de metal hasta alcanzar cierta temperatura (525ºC aprox.) obtendremos una emisión luminosa). > La luz es energía electromagnética irradiada por un cuerpo luminoso. Los fotones generados se desplazan en línea recta y con movimiento ondulatorio. > Ofrece información de alta resolución y a través de largas distancias. > Se propaga en el vacío; no necesita un medio que la soporte (como el sonido, que sí necesita el aire). > Nace en la fuente que la produce (el sol, una lámpara, una llama) y se propaga en línea recta hasta encontrar un objeto que la intercepte.

La luz, además de convertirse parcialmente en calor (toda luz, toda energía, produce calor), genera otros fenómenos, entre los que a nuestros efectos destacan por su importancia el fotoquímico y fotoeléctrico los cuales permiten la captación de imágenes en soporte fotoquímico (cine y fotografía) y soporte electrónico (televisión y vídeo).

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<3> El carácter ondulatorio de la luz o, si se prefiere, la capacidad de propagación de la luz siguiendo una función (forma) de onda, es una idea que aparece ya en el siglo XVII de la mano de Christiaan Huygens (16291695). Con él empezó la teoría ondulatoria de la luz. Esta teoría es recogida posteriormente, en el siglo XIX, por Thomas Young. La teoría ondulatoria fue desarrollada después por el físico francés Agustin Fresnel (1788-1827) que amén de estudiar la aberración, la birrefringencia, la difracción, etc, dio una base definitiva a la teoría. Las llamadas lentes fresnel, que él inventó, son de amplia utilización hoy tanto para los faros lenticulares de aplicaciones marítimas como para la iluminación en teatro, cine y televisión. Lo mismo puede decirse del sistema de visión y enfoque, que lleva su nombre, empleado con frecuencia en las cámaras de banco óptico. Y por fin, James Clerck Maxwell (1831-1879), físico y matemático inglés, profesor de la Universidad de Cambridge y miembro de la Royal Society, del que se puede decir que no hay rama de la fisicomatemática en la que este gran adelantado no trabajara con buenos resultados. Es precisamente a éste último, James Clerck Maxwell, a quien se debe la consideración de la luz como una perturbación electromagnética. También a él se debe la primera fotografía en color, como veremos en el siguiente capítulo. Las diferentes teorías sobre la naturaleza de la luz son, muy esquemáticamente, las siguientes: Teoría corpuscular de Isaac Newton. Newton (1642-1727) plantea uno de los primeros modelos científicos que explican la naturaleza de la luz. En su teoría corpuscular afirma que todo cuerpo luminoso emite a gran velocidad, pequeñas partículas o corpúsculos luminosos esféricos, causantes del fenómeno de la visión al impresionar la retina del ojo. Teoría ondulatoria de Christian Huygens. El físico holandes Christian Huygens elaboró una teoría ondulatoria para explicar la naturaleza de la luz. Este pensó que la luz también debería ser una onda longitudinal. En todo caso para que se propague, debería existir un medio material que sirva de soporte a la onda luminosa. El principal problema de esta teoría radica en que no pudo explicar cómo se propagan las ondas luminosas en el vacío pues, según él, todas las ondas necesitan de un medio material para hacerlo. Teoría cuántica de Max Planck. El físico alemán Max Planck publicó en el año 1901 su teoría cuántica. En ella da a conocer que la energía electromagnética se absorbe o se emite en forma discontinua en paquetes o cuantos. En el caso de la energía luminosa, estos cuantos reciben el nombre de fotones. Teoría electromagnética de Maxwell. El físico escocés James Maxwell desarrolló su teoría electromagnética demostrando matemáticamente la existencia de campos magnéticos y eléctricos mutuamente perpendiculares y que a manera de ondas, podían propagarse tanto en el espacio vacío como por el interior de algunas sustancias materiales. Maxwell comparó las ondas luminosas con sus teóricas ondas electromagnéticas y suponía que ambas deberían representar las mismas características y propiedades, es decir, presentar campos magnéticos y eléctricos y viajar en el espacio. <4> El Sistema Métrico Decimal es uno de los legados más importantes de la Revolución Francesa. La situación previa era de absoluta confusión ya que las unidades de medida se definían muy arbitrariamente y variaban de un país a otro dificultando las transacciones comerciales y el intercambio científico entre las naciones.

Metro patrón de platino e iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (París).

En 1791 la Academia Francesa de Ciencias definió el metro como la diezmillonésima parte de un cuadrante del meridiano terrestre, superando con ello las medidas tradicionales de base anatómica al tomar la Tierra como referencia. Los científicos midieron el arco que va desde Dunquerque (Francia) hasta Barcelona y en 1799 la Academia adoptó ese metro patrón y lo grabó sobre una barra de platino con un 10% de iridio. El Tratado del Metro se firmó en 1875 y en 1889 se instauró la barra de platino e iridio como el Prototipo Internacional del Metro.

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A pesar de las evidentes ventajas de utilizar un patrón común de medida, la barra de platino e iridio no gozó de una aceptación inmediata, en parte por la resistencia a cambiar los métodos tradicionales de medida, y en parte por su preocupante origen (la Revolución Francesa) que suscitaba no pocas reservas. Sin embargo, los franceses habían calculado mal el achatamiento de la Tierra en los polos, por ello el metro de los Archivos es 0,2mm más corto que la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre. Aunque se mantuvo este patrón un amplio periodo de tiempo, en un intento de aumentar la precisión se dieron dos redefiniciones posteriores. En 1960 la Conferencia General de Pesos y Medidas redefinió el metro en función de la longitud de onda de la luz emitida por el isótopo 86 del criptón, aunque esta nueva definición duró poco tiempo. En 1983 la Conferencia volvió a redefinir el metro en términos de la velocidad de la luz. Así, el metro es hoy, oficialmente, la fracción 1/299792458 de la distancia que recorre la luz en un segundo en el vacío. <5> En la actualidad, el término espectro se aplica frecuentemente en un sentido más amplio a cualquier distribución ordenada producida por el análisis de un fenómeno complejo. Un sonido complejo, como por ejemplo un ruido, puede analizarse como un espectro acústico formado por tonos puros de diferentes frecuencias. <6> Hercio: aunque el símbolo sea Hz, derivado del apellido del físico Hertz, la palabra en español debe escribirse hercio y sus derivados kilohercio, gigahercio etc. La palabra, hercio, es definida así en el Diccionario de la Real Academia Española de la Lengua: (De H. R. Hertz, 1857-1894, físico alemán). Unidad de frecuencia

del Sistema Internacional, que equivale a la frecuencia de un fenómeno cuyo período es un segundo. (Símb. Hz). El físico alemán H.R. Hertz fue el primero en confirmar la existencia de las ondas de radio demostrando su transmisión y recepción.

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EL ESPECTRO VISIBLE La luz, que llega a nuestros ojos y nos permite ver, es un pequeño conjunto de radiaciones electromagnéticas de longitudes de onda comprendidas entre los 400 y los 700 nanómetros. La luz forma parte del espectro electromagnético que comprende tipos de ondas tan dispares como los rayos cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos y las ondas de radio o televisión entre otros. Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido por una magnitud característica: la longitud de onda.

El ojo humano solo puede percibir una mínima parte del espectro electromagnético

Como ya hemos dicho, una emisora de radio y una bombilla de filamento incandescente, esencialmente hacen lo mismo: emiten radiación electromagnética. Al igual que nuestro aparato de radio está sintonizado a una cierta emisora (a una cierta frecuencia), nuestros ojos están sintonizados a otras emisoras (a otras frecuencias), las del espectro visible, entre 400 y 700 nanómetros. Toda radiación electromagnética transporta energía, pero solo la llamamos luz cuando esta energía puede ser detectada por el ojo humano. Nuestros ojos son detectores evolucionados para captar solo ondas de luz visible porque existen muchos otros tipos de radiación que no podemos percibir. De hecho, solo podemos captar una parte insignificante de la enorme gradación de radiaciones del espectro electromagnético que incluye, además de la radiación visible, los rayos gama, los rayos X, los rayos ultravioletas, los rayos infrarrojos, las microondas y las ondas de radio. La pequeñísima parte que nuestros ojos logran captar se denomina espectro visible. A medida que pasamos de la zona de los rayos gamma a la de las ondas de radio, la longitud de onda aumenta y la frecuencia disminuye (también disminuyen la energía y la temperatura). Todos estos tipos de radiación viajan a la llamada velocidad de la luz, unos 300.000 kilómetros por segundo en el vacío, exactamente a 299.792.458 metros por segundo <7>. Además de la luz visible, también llegan a la superficie de la Tierra desde el espacio ondas de radio, una parte del espectro infrarrojo y una parte (afortunadamente) muy pequeña de la agresiva radiación ultravioleta. El cuerpo humano no puede sentir la presencia de los rayos gamma, rayos X, o ultravioleta, si bien todos ellos pueden ser nocivos para los tejidos humanos.

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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 equipos emisores de rayos gamma, X o ultravioleta hechos por la mano del hombre se utilizan en circunstancias rigurosamente controladas para fines médicos, científicos o industriales (y también para fines militares, lamentablemente). La luz se “mueve” (se propaga) en forma de ondas al igual que las ondulaciones sobre una superficie de agua en calma producidas cuando arrojamos sobre ella un objeto (una piedra, por ejemplo). La diferencia es que, mientras las ondulaciones producidas en el agua se desplazan a través del plano horizontal del estanque (es decir, en forma aparentemente bidimensional), la luz se propaga, siempre en forma de ondas, a través de todos los planos posibles del espacio. La luz visible es solamente una mínima parte del espectro electromagnético, la longitud de onda comprendida entre aproximadamente 400 y 700 nanómetros (nm = milmillonésima de metro) <8> y vibra a una frecuencia aproximada de un millón de gigahercios (Ghz), es decir, mil billones de ciclos por segundo. Solo la estrecha gama que va desde los 400 a los 700 nm, excita la retina del ojo humano produciendo sensaciones de color y brillo. En el próximo capítulo veremos que la luz blanca no es exactamente un color sino la suma de todos ellos. Está formada por la mezcla de todo el conjunto de radiaciones visibles monocromáticas que estimulan el ojo humano generando una sensación de luminosidad exenta de color, es decir, se trata de una mezcla proporcionada de todas las longitudes de onda entre 400 y 700nm. Se entiende por radiación monocromática a cada una de las posibles componentes de la luz, correspondientes a cada longitud de onda del espectro electromagnético. En el grafico se han destacado las zonas donde se encuentra aquellas tonalidades que consideramos importantes: la zona de rojos hacia la derecha y la de azules hacia la izquierda. En el centro se ubican tonalidades verdes. El ultravioleta resulta invisible al ojo humano, pero casi todos los materiales fotográficos y especialmente los sensores de luz en estado sólido (CCD, CMOS, etc.) son sensibles a esta radiación en mayor o menor medida. La película fotográfica normal reproduce la radiación UV como calima o, si es en color, como dominante azulada. Para neutralizar esos efectos es necesario utilizar un filtro UV que intercepta el paso de estas longitudes de onda. Los camascopios de vídeo de tres sensores llevan el filtro UV, además de un filtro dicroico infrarrojo, interconstruidos en el prisma divisor del haz, como veremos con detalle en su momento.

Los tipos de radiación del espectro electromagnético difieren entre sí básicamente en la longitud de onda. Cuanto menor es esta, más energía transmiten. Todas las radiaciones viajan en el vacío a unos 300.000 km/s (exactamente a 299.792,458 km/s )

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La radiación ultravioleta, cuyas longitudes de onda aproximadamente van desde los 400nm, hasta los 15nm, es emitida por el Sol en las formas UV-A, UV-B y UV-C. Afortunadamente, a causa de la absorción por parte de la atmósfera terrestre, el 99% de los rayos ultravioletas que logran llegar a la superficie de la Tierra son del tipo UV-A. Los rangos A-B-C están relacionados con el daño que producen en el ser humano. La radiación UV-C no llega a la Tierra porque es absorbida por el oxígeno y el ozono de la atmósfera. La radiación UV-B es solo parcialmente absorbida por el ozono y una parte de ella llega a la superficie de la Tierra, produciendo daño en la piel. La luz es emitida por cuerpos que están a cierta temperatura; se considera que para emitir luz, un cuerpo debe alcanzar una temperatura mínima de 525 grados Celsius o centígrados. Si no existen cuerpos que alcancen por lo menos esa temperatura, nuestros ojos no apreciarán luz visible. El filamento de tungsteno de una bombilla casera corriente trabaja normalmente a una temperatura de unos 2.600ºC; la superficie del Sol se encuentra a unos 6.000ºC. La luz siempre produce calor en presencia de un cuerpo absorbente (en términos estrictos no existe la denominada “luz fría”), que destruyendo parte de la energía en forma radiante, la recupera transformándola en calor. Así, por ejemplo, no hay calor en los espacios vacíos entre el Sol y la Tierra, pero, al incidir la radiación solar en nuestra piel, una fracción se convierte en calor; en este sentido podemos afirmar que el Sol calienta. La energía radiante además de convertirse en calor, produce otros fenómenos, Representación de las entre los que destacan por su importancia el fotoquímico y longitudes de onda visibles fotoeléctrico, efectos que permiten la creación de imágenes en soporte fotoquímico (cine y fotografía) y soporte electrónico (televisión y vídeo). De ambos hablaremos con el debido detalle más adelante. Nuestros ojos están diseñados para captar el tipo de luz que emana en abundancia de una estrella en particular, el Sol. De hecho, nuestras capacidades visuales son resultado directo de un largo desarrollo evolutivo en un entorno relativamente estable bajo la atmósfera y el Sol. Hemos aprendido a lo largo de generaciones a sacar provecho del segmento de la radiación solar que cubre nuestro mundo. La mayor intensidad de la radiación del Sol que penetra en nuestra atmósfera está localizada en la parte visible del espectro electromagnético. La máxima intensidad de luz solar a la que estamos expuestos está en la región amarilla del espectro visible (560 a 590nm.) a la que tenemos una alta sensibilidad espectral en los conos fotorreceptores de la retina responsables de la visión diurna. Esto probablemente representa una adaptación evolutiva respecto a la radiación solar. La luz visible se desplaza en longitudes de onda relativamente cortas que la hacen biológicamente conveniente. Para “ver” las ondas de radio, largas y anchas, necesitaríamos ojos enormes, como antenas parabólicas. Tampoco tiene sentido biológico que nuestros ojos captaran la luz cercana al infrarrojo, nos distraeríamos constantemente porque todo objeto que emite calor brilla en esas longitudes de onda, si nuestros ojos fueran capaces de captar el infrarrojo casi todo lo que nos rodea estaría brillando siempre, el ojo mismo es infrarrojo, está caliente. Sería absurdo captar todo eso. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 15 de 48


<7> La velocidad de la luz en el “vacío” es, por definición, una constante universal de valor 299.792,458 metros por segundo, (aproximadamente 300.000 km/s). Se denota con la letra “C”, proveniente del latín celeritas (velocidad), y también es conocida como la constante de Einstein.

Al ser una distancia, la longitud de onda se mide en metros. Para las más cortas se utilizan submúltiplos como el nanómetro nm (10-9) o millonésima de milímetro) o incluso el picómetro pm (10-12 o billonésima).

Galileo Galilei (1564-1642), físico y astrónomo italiano, fue el primero en intentar medir la velocidad de la luz, pero quien antes logró encontrar un método efectivo a tal fin fue el astrónomo danés Ole Roemer (1644-1710) quien calculó en 1676 y a partir de “demoras” en los eclipses de las lunas de Júpiter, que la velocidad de la luz era de aproximadamente 225.302 km/s. En la actualidad, la velocidad de la luz en el vacío se calcula en 299.792,458 km/s, y este valor se emplea para medir grandes distancias a partir del tiempo que emplea un pulso de luz o de ondas de radio para alcanzar un objetivo y volver. Este es el principio del radar.

Las más largas se miden en centímetros, metros e incluso kilómetros. Las unidades de medición cambian a lo largo del espectro, a fin de mantener los números dentro de proporciones manejables.

La luz es un fenómeno físico de naturaleza energética. Así, si calentamos un objeto de metal hasta alcanzar cierta temperatura obtendremos una emisión luminosa.

En cualquier medio material transparente la luz se propaga con una velocidad siempre inferior; así, por ejemplo, en el agua lo hace a unos 225.000 km/s y en el vidrio a unos 195.000 km/s según la clase de vidrio.

El filamento de tungsteno de una bombilla casera corriente trabaja normalmente a una temperatura de 3.000ºC; la superficie del sol se encuentra a unos 6.000ºC. No es posible la llamada “luz fría”

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El conocimiento preciso de la velocidad y la longitud de onda de la luz también permite una medida precisa de las longitudes. De hecho, el metro se define en la actualidad como la longitud recorrida por la luz en el

vacío en un intervalo de tiempo de 1/299.292.458 segundos. <8> ¿Cuánto mide un nanómetro? 1 nanómetro = 0,000000001 metros, o sea, 10 elevado a - 9 metros. Es decir, un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro, o millonésima parte de un milímetro, o una milimicra (denominación antigua muy corriente). En otras palabras: 1 milímetro = 1.000.000 nanómetros (en un milímetro hay un millón de nanómetros). En un nanómetro caben entre tres y cinco átomos. Aunque en el universo hay cosas más pequeñas que los átomos, se trata ya de cosas que no podemos manipular. En nuestra vida cotidiana, los átomos son los ladrillos de construcción más pequeños que resulta posible utilizar.

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EL INFRARROJO Además de las radiaciones visibles, tienen importancia fotográfica las infrarrojas. Dentro del espectro electromagnético, la radiación infrarroja se encuentra comprendida entre el espectro visible y las microondas y ondas de radar. Las ondas infrarrojas tienen longitudes de onda más largas que la luz visible, pero más cortas que las microondas; por ende, sus frecuencias son menores que las frecuencias de la luz visible y mayores que las frecuencias de las microondas. El nombre de infrarrojo, que significa por debajo del rojo, proviene de que esta radiación fue observada por primera vez al dividir la luz solar en diferentes colores por medio de un prisma que separaba la luz en su espectro verticalmente de manera que el rojo era el que estaba más abajo y el violeta más arriba. Aunque estas experiencias habían sido realizadas anteriormente por Isaac Newton como veremos, fue William Herschel quien observó, en el año 1800, que se recibía radiación por debajo del rojo, al situar termómetros en las diferentes zonas irradiadas por el espectro. Más allá del rojo no había luz visible, pero sí calor.

Termograma de un gato doméstico. Muchas imágenes infrarrojas biológicas se forman a partir de detalles que no están en el exterior del sujeto. Entre el reborde de estos detalles y el objetivo existe un medio traslúcido y dispersante que causa el aspecto impreciso de muchos registros de reflexión de infrarrojos

El infrarrojo está dividido en dos regiones espectrales: cercano y lejano. Las fronteras entre uno y otro son algo arbitrarias pues están determinadas principalmente por el tipo de tecnología que emplean los detectores. El término infrarrojo cercano (también denominado infrarrojo reflejado o fotográfico) se refiere a la parte del espectro infrarrojo que se encuentra más próxima a la luz visible, aproximadamente entre 700 y 1200nm; el término infrarrojo lejano denomina la sección más cercana a la región de las microondas <9> y su longitud de onda supera los 1200nm. El infrarrojo cercano EL INFRARROJO puede ser registrado por William Herschel películas Imagen térmica infrarroja de observó en el año 1800 fotográficas y que se recibía radiación dos tazas llenas de un cinematográficas debajo del rojo al situar líquido caliente. El calor del especiales y así termómetros en las líquido hace que las tazas como por ciertas diferentes zonas brillen. El calor se transfiere irradiadas por el cámaras de vídeo del líquido caliente a las espectro. y fotografía digital. tazas por conducción. Más allá del rojo no El infrarrojo lejano había luz visible, pero solo puede ser registrado con instrumentos sí calor. especiales como el termógrafo, utilizado para obtener el termograma de un gato que se muestra arriba, o las tazas de la izquierda. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 17 de 48


La fuente primaria de la radiación infrarroja es el calor o radiación térmica. De esta forma, cualquier objeto que tenga una temperatura superior al cero absoluto (-273,15°C, o cero grados Kelvin), irradia ondas en la banda infrarroja. Incluso los objetos que consideramos muy fríos —por ejemplo, un trozo de hielo—, emiten radiaciones en la banda infrarroja. Cuando un objeto no está lo suficientemente caliente para irradiar ondas en el espectro visible, emite la mayoría de su energía como ondas infrarrojas. Es posible que un metal caliente no llegue a emitir luz visible, pero emite radiación infrarroja que sentimos como calor. Cuanto más caliente se encuentre un objeto, tanta más radiación infrarroja emitirá. Sentimos los efectos de la radiación infrarroja cada día, el calor de la luz del sol, del fuego o de un radiador de calefacción provienen del infrarrojo y aunque no podemos ver la radiación, las terminaciones nerviosas en nuestra piel pueden sentirla como calor (diferencia entre la temperatura interior del cuerpo y la exterior a la piel). A su temperatura vital normal, los seres vivos irradian intensamente infrarrojos. La imagen de la página anterior muestra el termograma <10> o fotografía térmica de un gato. Las áreas de colores naranja y blanco son las zonas más calientes, en tanto que las áreas magenta y azul son las más frías. La fotografía infrarroja brinda información que no podríamos obtener a través de una imagen de luz visible. En completa oscuridad, los visores infrarrojos que utilizan policías, militares, bomberos y equipos de rescate pueden ver objetos gracias a que los mismos irradian calor. La imagen térmica fue originalmente desarrollada por compañías de tecnología militar A la izquierda una fotografía aérea realizada sobre para dar al ejército de tierra la necesaria “visión película estándar. A la derecha, la misma imagen nocturna” y ayudar a la aviación a identificar captada sobre película infrarroja. Se aprecia una objetivos o camuflajes no visibles al ojo. Una parte disminución radical del velo atmosférico y un significativa de la tecnología actual procede de aumento general del contraste y detalle. desarrollos militares en los que se busca a toda costa la mayor ventaja posible para los atacantes: ver sin ser vistos. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 18 de 48


Los infrarrojos se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad de luz visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y después se refleja en una pantalla. Los objetos más calientes se convierten en los más luminosos. Los rayos infrarrojos se utilizan también para obtener imágenes de objetos lejanos ocultos por la bruma atmosférica, que dispersa la luz visible Termograma de un perro doméstico. A la derecha la relación pero no la radiación infrarroja. En entre el (falso) color y la temperatura interior del animal. astronomía se utilizan los rayos infrarrojos para estudiar determinadas estrellas y nebulosas. Un uso muy común del infrarrojo son los mandos a distancia (control remoto) que generalmente utilizan los infrarrojos en vez de ondas de radio ya estos que no interfieren con otras señales electromagnéticas como las señales de televisión. Los infrarrojos también se utilizan para comunicar a corta distancia los ordenadores y computadoras con sus periféricos. La luz utilizada en las fibras ópticas es generalmente de infrarrojos. Los sistemas de foco automático de muchas cámaras están basados también en la emisión de infrarrojos.

Comparación entre una imagen en color y su equivalente infrarroja

La fotografía infrarroja <11> tiene hoy día aplicaciones técnicas y científicas muy interesantes para las áreas de arqueología, medioambiente, geología, agricultura, cartografía, y obviamente tecnología espacial, entre otras. Sus aplicaciones científicas son tan amplias como útiles. Sobre sus aplicaciones en la imagen volveremos en capítulos sucesivos.

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<9> Luz negra es un término habitualmente aplicado a la radiación que bordea la región visible del espectro electromagnético. La luz negra incluye la radiación ultravioleta de mayor longitud de onda y los rayos infrarrojos de menor longitud de onda que limitan con la luz visible, pero el término suele emplearse sobre todo en el primer caso. La Luz negra (en inglés black light) es el nombre común para lámparas que emiten radiación electromagnética ultravioleta cercana, con una componente residual muy pequeña de luz visible. Las lámparas de luz negra generalmente son hechas del mismo modo que las lámparas fluorescentes convencionales, excepto que utilizan un único fósforo, y en lugar del cristal transparente exterior emplean un cristal oscuro color azul-violeta conocido como cristal de Wood, que bloquea la mayor parte de “luz visible” a partir de los 400 nanómetros. La radiación ultravioleta, al iluminar ciertos materiales, se hace visible. El sistema es usado comúnmente para autenticar antigüedades y billetes, al no ser método de examen invasivo ni destructivo. Ciertos líquidos fluorescentes se suelen aplicar a estructuras metálicas iluminadas con luz negra para identificar grietas u otros defectos estructurales. En la ciencia forense, la luz negra se usa para detectar rastros de sangre, orina, semen y saliva (entre otros), pues todos estos líquidos adquieren fluorescencia bajo la luz negra. Los mecánicos pueden usarla para detectar fugas de tuberías. Los billetes contienen marcas de fósforo que ayudan a distinguir el dinero verdadero de las falsificaciones. Con la luz negra se pueden detectar huellas digitales y otras marcas poco visibles en la luz ordinaria. Hay una gran cantidad de materiales que funcionan como los fósforos. Al recibir la luz ultravioleta UV-A la absorben y emiten a su vez luz visible, tal y como hacen los fósforos de las lámparas corrientes. Los dientes, por ejemplo, producen este efecto, y por eso se pueden ver brillar en la oscuridad cuando reciben la luz ultravioleta. También la caspa aparece como por arte de magia. Los marcadores de texto también utilizan fósforos, y en muchos lugares de diversión nocturna se utilizan para marcar los brazos de las personas con un sello y reconocer que han pagado su entrada, además de crear efectos interesantes en el vestuario y el maquillaje. La ropa blanca también brilla al recibir esta luz ya que una gran cantidad de productos detergentes utilizan fósforos para Espectro de emisión de una lámpara aumentar la blancura de la ropa, y al recibir la luz del sol, que contiene fluorescente de luz negra también luz ultravioleta, brillan con base en este mismo principio. La ropa oscura no brilla porque los pigmentos que contienen bloquean la luz. Se puede conseguir una gran cantidad de artículos que contienen fósforos, como marcadores de texto, ropa con diseños diferentes, lápiz de labios, pintura de uñas, joyería e incluso fijador de cabello. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 20 de 48


La radiación ultravioleta de estas lámparas se produce con una longitud de onda superior a 350nm. Una onda ultravioleta generada tan cerca del espectro visible no produce daño (o al menos no mayor daño que el que puede producir la luz visible). No obstante, por su naturaleza invisible, la luz negra se utiliza siempre como iluminación tenue. Estas lámparas son altamente ineficientes, emitiendo pocos lúmenes por cada vatio de potencia, lo que eleva peligrosamente su temperatura; por ello se recomienda su uso solo por cortos períodos. <10> La termografía solo tiene aplicaciones científicas y se realiza con captores sensibles solo al infrarrojo lejano, es decir a la zona próxima a la región de las microondas. La radiación infrarroja térmica no expone los materiales fotográficos; puede ser registrada mediante el procedimiento denominado termografía, utilizando materiales no fotográficos especiales o un complejo equipo auxiliar que convierte la radiación infrarroja en formas visibles, las cuales pueden ser fotografiadas con películas comunes. Existen sin embargo películas infrarrojas para aficionado, sensibles al infrarrojo cercano y cuyo aspecto es más parecido al de una fotografía estándar al ser estos materiales también sensibles a una pequeña porción del espectro visible. La fotografía que utiliza los rayos infrarrojos como principal fuente de energía para la exposición puede realizarse con cámaras convencionales, mediante películas especialmente sensibilizadas para la zona de las longitudes de onda entre 700 y 1.200 nanómetros, aproximadamente. Además, el objetivo de la cámara se equipa usualmente con un filtro que excluye los rayos ultravioletas cercanos y la totalidad o parte del espectro visible. Los filtros se eligen atendiendo a varias consideraciones. Los siguientes filtros Kodak Wratten absorben el violeta y el azul en la fotografía infrarroja en blanco y negro: nº 15 (anaranjado), nº 25 (rojo), nº 29 y 70 (rojo oscuro), nº 87, nº 88A y nº 87C, infrarrojo (visualmente opaco). Los materiales sensibles al infrarrojo y con propiedades fotográficas prácticas poseen un límite superior útil de sensibilidad espectral de unos 900nm. La fotografía A fue obtenida sobre película infrarroja para aficionado pero sin eliminar por completo la luz visible. En la fotografía B (un parque) se eliminó por completo la luz visible mediante el uso de un filtro Kodak Wratten nº 87.

Foto B

Foto A

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Los objetivos de uso habitual no están corregidos para el infrarrojo, la corrección se debe hacer ajustando el enfoque; el operador no debe fiarse de las marcas en el anillo de distancias. En las cámaras electrónicas, el enfoque debe hacerse siempre a través del visor. A la izquierda, imagen de una carta de prueba iluminada con luz visible: la nitidez es correcta. A la derecha, la misma carta iluminada con luz infrarroja con el objetivo ajustado a la misma distancia de enfoque anterior: la imagen resulta seriamente desenfocada. Por esa razón los objetivos fotográficos de mayor calidad tienen una marca de corrección de enfoque infrarrojo, hacia la cual se debe girar el anillo de enfoque para hacer coincidir la marca de infrarrojo con la distancia que obtenida por medio del enfoque visual. <11> Pedro Almodóvar y Rodrigo Prieto se plantearon el reto de rodar a oscuras en su película “Abrazos rotos”. Pedro Almodóvar cuenta en su blog que durante uno de los días de rodaje en agosto de 2008, Rodrigo Prieto le dijo con la sencillez que le caracteriza "estamos rodando una escena histórica". Y continúa Almodóvar...

Le miré extrañado, porque Rodrigo es de los técnicos con más talento y menos ostentoso que he conocido. Su comentario hacía referencia a la última tacada de secuencias rodadas en la más absoluta oscuridad. ¿Cómo se puede rodar sin luz, sin nada de luz, dentro de un espacio parecido a un cajón cerrado, sin una sola rendija? Rodrigo investigó hasta dar con la solución. Según sus palabras:

Asier Etxeandía, Lluis Homar, Blanca Portillo y Tamar Novas entrando en fila india en el comedor del restaurante sin vistas. Pedro Almodóvar tomó como referencia un restaurante de Paris (Dans le noir) donde se come a oscuras y los camareros son ciegos. Foto: © Paola Ardizzoni y Emilio Pereda. En digital, la Panavision Genesis captó las imágenes de la cena en el restaurante sin vistas, un auténtico reto para el director de fotografía Rodrigo Prieto porque rodó a oscuras iluminando con luces infrarrojas. Es una escena que no veremos en la película porque "se cayó" en el montaje final de Los abrazos rotos, pero que se incluye en los extras del DVD de la película.

“Sabemos que el ojo humano es capaz de ver un rango limitado del espectro electromagnético, pero que la luz ultravioleta e infrarroja es posible registrarla fotográficamente, aunque nosotros no la veamos. Me puse a investigar y descubrí que hay luces infrarrojas que iluminan espacios para que las cámaras de seguridad “vean” lo que sucede en un lugar donde aparentemente no hay luz. Supuse que sería posible adaptar una cámara de alta definición para poder funcionar con luz infrarroja como las cámaras de seguridad. En Panavision de París ya habían hecho pruebas con su cámara digital Genesis cambiando un filtro que impide el paso de la luz infrarroja por otro transparente. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 22 de 48


Normalmente las cámaras digitales necesitan evitar que el espectro no visible afecte su sensor, ya que la señal tendría información que no corresponde al ojo humano, pero si se le quita el filtro que lo impide, entonces es posible grabar las longitudes de onda que corresponden a la luz infrarroja... El reto de rodar dentro de un enorme cajón negro ha sido para mí una experiencia fascinante. Mi trabajo consiste en iluminar y debía hacer lo contrario, tenía que trabajar en una abstracción total, ya que debía imaginar la “no luz” y cómo representar un espacio totalmente negro en el que los actores debían actuar totalmente a ciegas, frente a una cámara y un objetivo que sí les veía a ellos. Fue una revelación casi espiritual descubrir que la luz infrarroja es un minúsculo ejemplo de todo lo que existe en el Universo, y alrededor nuestro, que no somos capaces de percibir. Nosotros pensamos que la realidad es solamente lo que vemos, pero de hecho hay una infinidad de vibraciones, ondas, y radiaciones que no vemos ni sentimos y que son tan reales como nuestra propia piel…”

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Cámara Panavision Genesis sin filtro IR

Los abrazos rotos (2008)

D: Pedro Almodóvar – F: Rodrigo Prieto

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COMPORTAMIENTO DE LA LUZ La luz, como todo elemento físico, tiene un comportamiento estable, de acuerdo con los siguientes parámetros:

1- Se propaga a partir de la fuente emisora en todas las direcciones posibles y en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento. Distintas longitudes de onda proporcionan a nuestros ojos distintas sensaciones de color. La luz se propaga, sin detenerse, a través de la atmósfera y aun donde no hay atmósfera, y se sigue propagando indefinidamente mientras no encuentre un obstáculo que impida su paso 2- La luz viaja en línea recta dentro de una sustancia de composición uniforme mientras no haya nada que la desvíe y mientras no cambie el medio a través del cual se está propagando. La propagación en línea recta se puede apreciar en los rayos de sol cuando atraviesan una atmósfera turbia, por ejemplo sobre niebla en un bosque o en los rayos producidos por iluminación espectacular en escenarios con humo artificial. 3- En el vacío la luz (al igual que el resto de las radiaciones electromagnéticas) se desplaza, aproximadamente, a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo. En el aire se mueve ligeramente más despacio y todavía más lentamente a través de sustancias más densas como el agua o el vidrio. 4- La luz está compuesta por partículas de energía – llamadas fotones – que originan cambios químicos (efectos fotoquímicos) y reacciones eléctricas (efectos fotoeléctricos). Obviamente, cuanto más intensa es la luz, más fotones contiene. Estas partículas de energía son las que hacen posible la grabación de imágenes en soportes fotosensibles.

EL ESPECTRO VISIBLE • Nuestros ojos son detectores diseñados para captar exclusivamente ondas de luz visible. • Solo la estrecha gama que va desde algo menos de 400 a algo más de 700nm, excita la retina del ojo produciendo sensaciones de color y brillo. > Toda radiación electromagnética transporta energía, pero solo la llamamos luz cuando esta energía puede ser detectada por el ojo humano

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OBJETOS QUE NO PERMITEN EL PASO DE LA LUZ Cuando un objeto no es transparente sino opaco a la luz, como lo son la mayoría de los objetos que nos rodean, absorbe una parte de la luz que recibe (convertida en débil energía calorífica) y refleja otra parte. Cuanto más oscuro es el material, menor es la luz reflejada, mayor la absorbida y por tanto mayor el calor acumulado (cualquier objeto negro expuesto al Sol se calienta más que uno blanco).

Reflexión de la luz Todas las civilizaciones desarrollaron algún tipo de espejo para observar la reflexión de su propia imagen. Pudo ser un recipiente con agua o una piedra bien pulida. Con el desarrollo de la metalurgia se pudieron fabricar espejos de metal pulido que producían una imagen mucho más brillante. Ya en el antiguo Egipto los espejos eran artículos comunes en cierto sector de la población <12>. El griego Epicuro conocía la ley de la reflexión de la luz, como lo expresa Lucrecio en su libro

De la naturaleza de las cosas donde se dice claramente que el ángulo de

Reflexión difusa

incidencia es igual al ángulo de reflexión. También habla de la refracción de la luz, indicando que una varilla, parcialmente sumergida en el agua, se ve quebrada, pero no ofrece una explicación científica. Todo cuerpo refleja parte de la luz que incide sobre él. La mayoría de las superficies de los objetos son ásperas o irregulares, y por ello dispersan la luz que reciben en todas las direcciones posibles. Es la llamada reflexión difusa <13> Para que ocurra la reflexión difusa de la luz no es necesario que la superficie reflectora tenga irregularidades aparentes, basta con que sean minúsculas (como sería el caso de una capa de pintura perfectamente lisa en apariencia) para que la superficie actúe como difusora. Gracias a la reflexión difusa vemos los objetos cuando una parte de esa luz, reflejada en todas direcciones, llega hasta nuestros ojos. Una superficie lisa y bien pulida, en cambio, produce una reflexión regular: la luz que incide en una dirección determinada, es reflejada en otra dirección determinada. Es la llamada reflexión especular. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 26 de 48

Reflexión especular


En este caso lo que se pone de manifiesto con la reflexión no es la superficie reflectora, sino los objetos cuyas imágenes se ven reflejadas <14>. De hecho, un reflector perfectamente liso y limpio resulta prácticamente invisible, sólo nos permite ver la imagen reflejada. Este tipo de reflexión se denomina especular, y sigue un par de leyes muy simples: la primera es que el rayo incidente y el reflejado se encuentran siempre sobre el mismo plano. La segunda que el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales. Como resultado de estas leyes, tenemos que un espejo plano produce imágenes fieles de los objetos llamadas imágenes virtuales: no los deforma ni cambia su tamaño pero los invierte lateralmente (nada tan complicado como descifrar un texto a través de su imagen reflejada).

Reflexión selectiva Con relación a la calidad de la luz reflejada, existen dos tipos adicionales de reflexión: 1- Acromática: cuando se reflejan por igual todas las longitudes de onda. Los tres casos típicos de superficies reflectoras acromáticas son a. Negras: cuando el porcentaje de reflexión es cero. b. Grises: el porcentaje de reflexión es el mismo en todas las longitudes de onda c. Blancas: el porcentaje de reflexión es del 100% en todas las longitudes de onda 2- Cromática: No se reflejan por igual todas las longitudes de onda, hay un predominio de unas sobre otras dando como resultado una radiación cromática. La reflexión siempre es selectiva. Los materiales de color absorben las longitudes de onda de luz blanca de forma selectiva y solo reflejan las de su propio color, el resto las absorben.

El objeto de la ilustración, pintado en tres franjas, e iluminado con luz blanca permite observar dichas tres franjas. Si es iluminado con luz roja veremos como roja la franja blanca y negras las otras dos <15>. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 27 de 48


El lapicero solo refleja la luz de un determinado color (el que resulta visible) y absorbe los demás, que resultan transformados en calor inapreciable.

La hoja no refleja solamente verde; es verde la radiación predominante (hay también una cierta reflexión de rojo y azul. Pero siendo verde la radiación presente en mayor cantidad (longitud de onda predominante) percibimos la hoja como verde.

La apariencia marrón de la hoja se debe a algo muy común en la vida real: la existencia de dos longitudes de onda predominantes: verde y roja en este caso. Aunque ello no significa la ausencia de azul sino, simplemente, la disminución de su cantidad.

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<12> El espejo forma parte de las herramientas que potencian la luz. En la Biblia ya se mencionan espejos hechos de latón, y los antiguos egipcios, griegos y romanos empleaban habitualmente espejos de bronce. Los griegos y romanos también utilizaban plata pulida para producir reflexión aunque resultaba difícil conseguir una superficie tan bien pulida que reflejara una imagen sin distorsión. Además, en poco tiempo los espejos de metal se volvían oscuros y opacos por la acción del aire. Los primeros espejos de vidrio fueron fabricados en Murano (Italia) por dos artesanos conocidos con los nombres de Dominico y Andrea, hacia el año 1507. Fue tal el interés que despertaron los espejos, pese a su precio elevado, que 57 años después los fabricantes se constituyeron en gremio. Durante muchos años los venecianos guardaron celosamente el secreto de su fabricación: de acuerdo con las leyes vigentes en la ciudad de las lagunas, que entonces era una república, se amenazaba y castigaba con pena de muerte a todo ciudadano que revelara a un extranjero el sistema de fabricación de los espejos. A finales del siglo XVII ya se hacían espejos en Gran Bretaña, y posteriormente su fabricación se convirtió en una industria importante en otros países europeos y americanos. Hacia fines del siglo XVII las fábricas venecianas lograban construir espejos de gran magnitud y desde entonces sirven como objetos singularmente decorativos en los salones, en los que ocupan un lugar destacado. Los espejos modernos consisten de una capa delgada de aluminio depositado sobre una plancha de vidrio, la cual protege el aluminio y hace al espejo más duradero. La imagen formada en un espejo es: - Simétrica, porque aparentemente está a la misma distancia del espejo - Virtual, no se puede formar sobre una pantalla pero puede ser vista cuando la enfocamos con los ojos. - Del mismo tamaño que el objeto. - Derecha, porque conserva la misma orientación que el objeto. - Invertida lateralmente como se comprueba en la fotografía <13> En la práctica cinematográfica profesional se denomina difusor a un medio a cuyo través la luz se transmite (como el humo o el papel vegetal) con preferencia a aquellos otros que la reflejan (reflectores). También en fotografía se entiende por difusor un elemento óptico de vidrio o resina de polímero que disminuye ligeramente la nitidez producida por una lente, generando lo que se llama “foco suave” o “flou”, técnica utilizada en la fotografía de retrato. El famoso (y polémico) fotógrafo inglés David Hamilton hizo de los filtros difusores la base de su obra más conocida. La difusión o emborronamiento deliberado de una imagen es una técnica que se usa sobre todo en retrato para crear una imagen ensoñadora y romántica y ocultar las imperfecciones. La suavización se lleva a cabo por difusión con filtros o bien con objetivos especiales con un nivel controlado de aberración esférica (Minolta, por ejemplo, fabrica un 85mm en el que el nivel de aberración esférica, y por tanto, de suavización, varía continuamente dentro de ciertos límites). Resultados parecidos se La luz – Antonio Cuevas – Pág. 29 de 48


consiguen extendiendo vaselina sobre un filtro o cubriendo el objetivo con gasa u otro material parecido. La suavización da lugar a efectos sutiles y hermosos si se utiliza con sensibilidad; en caso contrario los resultados son tópicos y cursis, caso de parte de la obra, a mi juicio, de David Hamilton cuya película Bilitis es una empachosa sucesión de imágenes afectadas y manieristas. <14> Uno de los trabajos más complejos a los que puede enfrentarse un director de fotografía es la iluminación de un objeto regularmente reflectante, dificultad que aumenta con el tamaño de dicho objeto. Un caso típico es el comercial de un automóvil. Se necesita un estudio de grandes dimensiones (con frecuencia se recurre a hangares de aviación o similares) y toda la iluminación ha de realizarse por reflexión de inmensas telas blancas y negras que cuelgan del techo o las paredes. Cada plano supone un buen montón de horas de trabajo. <15> No se conoce bien el mecanismo por el que las sustancias absorben la luz. Aparentemente, el proceso depende de la estructura molecular de la sustancia. El caso es que el color también puede producirse por otras formas que no son la absorción selectiva de la luz. Las irisaciones de la madreperla o de las burbujas de jabón son causadas por el fenómeno óptico de la interferencia del que hablaremos en próximos capítulos en referencia a los llamados filtros dicroicos. Algunos cristales presentan diferentes colores según el ángulo que forma la luz que incide sobre ellos: este fenómeno se denomina pleocroísmo. Una serie de sustancias muestran colores diferentes según sean iluminadas por luz transmitida o reflejada. Por ejemplo, una lámina de oro muy fina aparece verde bajo luz transmitida. Las luces de algunas gemas, en particular del diamante, se deben a la dispersión de la luz blanca en los tonos espectrales que la componen, como ocurre en un prisma. Algunas sustancias, al ser iluminadas por luz de una determinada tonalidad, la absorben e irradian luz de otra tonalidad, cuya longitud de onda es siempre mayor. Este fenómeno se denomina fluorescencia o, cuando se produce de forma retardada, fosforescencia. De ambos asuntos hablaremos en los capítulos dedicados a la iluminación. El color azul del cielo se debe a la difusión de los componentes de baja longitud de onda de la luz blanca del Sol por parte de las moléculas de gas de la atmósfera. Una difusión similar puede observarse en una sala de cine a oscuras. Visto desde un lado, el haz de luz del proyector parece azulado por las partículas de polvo que hay en el aire.

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OBJETOS QUE PERMITEN EL PASO DE LA LUZ No todos los materiales son opacos a la luz; el vidrio, algunos líquidos, el agua, y ciertos plásticos, por ejemplo, son transparentes mientras que el papel vegetal (o papel cebolla) y el cristal con textura (cristal esmerilado) dispersan la luz transmitida (transmiten la luz pero la dispersan, de manera que no permiten que se vea con claridad lo que está al otro lado) y por ello se llaman translúcidos.

Un rayo luminoso que penetra desde el aire en un medio transparente, por ejemplo un cristal, si tiene una trayectoria perpendicular a la superficie de éste, continuará su trayectoria recta sin ninguna desviación. Si el cristal es translúcido el rayo luminoso lo atravesará para dispersarse a continuación en todas direcciones. Si el cristal es coloreado (un filtro) la transmisión será selectiva y solo pasarán a su través aquellas longitudes de onda que correspondan con el matiz del cual está coloreado el cristal.

Los objetos transparentes y translúcidos dejan pasar la luz, o al menos una fracción de ella. La atmósfera es transparente así como otros gases; también lo son algunos líquidos, como el agua y el alcohol, y algunos sólidos, como el vidrio y la lucita.

En realidad, habría que aclarar que estos objetos no son perfectos transmisores de la luz, la transmisión perfecta no existe, incluso los objetivos fotográficos más exigentes, construidos a base de vidrios especiales (normalmente los denominados tipo flint o crown) transmiten una gran parte de la luz que reciben, pero no toda. De la luz que entra en un medio transparente, siempre una parte es absorbida por el medio. Además, una fracción de la luz que incide es reflejada por la superficie del medio, sin entrar en él, aunque éste sea transparente (por eso podemos ver objetos reflejados en la superficie del agua o del vidrio). Por tanto, la luz que logra atravesar el medio es la que no ha sido ni reflejada, ni absorbida. Esta combinación de efectos es la que da lugar a la superposición de imágenes reflejadas y transmitidas por un vidrio liso o por una superficie de agua clara, por ejemplo. La luz se propaga con trayectoria rectilínea y velocidad constante en cada medio pero cuando incide en un objeto que permite el paso de la luz se comporta de muy diversas maneras, produciéndose diversos fenómenos de los que, por sus consecuencias fotográficas, nos interesan los siguientes cinco: 1. 2. 3. 4. 5.

Absorción-transmisión Refracción Dispersión Difracción Polarización

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Absorción y transmisión

La transmisión de la luz, al igual que la reflexión, siempre es selectiva. Los materiales transparentes y translúcidos de color absorben las longitudes de onda de forma selectiva y solo transmiten las de su propio color, el resto las absorben. Si un rayo de luz blanca incide sobre un cristal rojo, el cristal absorberá todas las longitudes de onda excepto la roja que será la única transmitida, por eso veríamos las cosas rojas cuando mirásemos a su través. Si un rayo de luz azul incide sobre el mismo cristal rojo, no habría transmisión de color, toda la energía lumínica sería absorbida y transformada en calor. Los filtros fotográficos utilizan esa transmisión selectiva para dejar pasar solo unas ciertas longitudes de onda y retener las demás. De ello hablaremos con mayor detenimiento en el capítulo siguiente.

Refracción Es un fenómeno que ocurre dentro del de la transmisión cuando la luz atraviesa un material transparente de forma oblicua (si lo atraviesa en dirección perpendicular no hay refracción). 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 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 importancia capital 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.

Este fenómeno tiene importancia capital 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.

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Ya sabemos que la luz disminuye su velocidad en función de la densidad del medio que atraviesa. En el caso de los vidrios ópticos, esa disminución es muy considerable, la luz pierde más de 100.000 km/seg (los atraviesa a una velocidad siempre inferior a los 200.000 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 frente de ondas que llegue primero sufrirá un frenazo y continuará avanzando a inferior velocidad, mientras que el resto del rayo continúa todavía unos instantes a la velocidad inicial (mayor). 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 REFRACCIÓN vehículo que circulando por una carretera Si lo hace asfaltada, penetre oblicuamente, la súbitamente en una zona parte del frente de embarrada: si entra de ondas que llegue frente, sufrirá una primero sufrirá un disminución de su frenazo y continuará avanzando a inferior velocidad pero la velocidad, mientras trayectoria continuará que el resto del rayo siendo recta. Ahora bien, continúa todavía unos si penetra oblicuamente instantes a la en la zona embarrada, velocidad inicial una rueda delantera se (mayor). verá frenada antes que la otra con el consiguiente Esta diferencia de velocidades en la parte cambio de trayectoria. frontal del frente de ondas, produce la Hay una excelente desviación de su trayectoria. aplicación Java que visualiza el asunto en: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/particleorwave/refraction/index.html

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La refracción sigue unas leyes, casi tan sencillas como las de la reflexión, La primera de ellas nos dice que el rayo incidente y el refractado están sobre el mismo plano. En la segunda interviene un parámetro que caracteriza al medio: el índice de refracción, n. Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro con diferente índice de refracción, el rayo se desvía. La desviación es mayor cuanto mayor es el índice de refracción del segundo medio. Si el índice de refracción del segundo medio es mayor que el del primero, el rayo se quiebra: una cuchara parcialmente sumergida en agua parece quebrada, la imagen sumergida parece alejarse de la superficie. Cuando disminuye el índice de refracción, sucede lo contrario: el rayo se acerca a la superficie. Se llama índice de refracción de un medio a la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la que tiene en ese medio concreto. Se expresa de la siguiente forma: c n = --v "n" es el índice de refracción de un medio específico, "c" es la velocidad de la luz en el vacío y "v" es la velocidad de la luz en el medio que estamos analizando. El índice de refracción de un medio se determina usando como referencia el del vacío, al que se le asigna el valor n=1. Así, el índice del aire es un poco mayor que 1, el del agua es 1,33, y el del vidrio es aún mayor. Los vidrios ópticos utilizados en la fabricación de objetivos cinematográficos alcanzan un valor más elevado. En general, el índice de refracción de los materiales es siempre mayor que 1.

Cuando la luz atraviesa un vidrio de caras paralelas, los rayos se desplazan ligeramente, por la refracción que sufren al entrar en el vidrio y al salir de él; pero salen paralelos a la dirección original. Por ello las imágenes vistas a través de una ventana no se distorsionan.

Cuando la luz atraviesa un vidrio de caras paralelas (derecha), los rayos se desplazan ligeramente, por la refracción que sufren al entrar en el vidrio y al salir de él; pero salen paralelos a la dirección original. Por ello las imágenes vistas a través de una ventana no se distorsionan. Cuando, en cambio, la luz atraviesa una lente, cuyas caras no son paralelas (izquierda), cada uno de los rayos es desviado de manera diferente: las lentes convexas los concentran, las cóncavas los dispersan. Por ello las imágenes vistas a través de las lentes no reproducen fielmente a los objetos en tamaño y en forma. En esta útil propiedad se basan los diseños Lente convexa y cóncava

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ópticos de todos los objetivos fotográficos como veremos más adelante. La refracción de la luz es clave porque sin ella los objetivos no podrían desviar la luz para formar imágenes fotográficas.

Factores Ángulo de incidencia Ángulo

Refracción Longitud de onda

Longitud Refracción (azul) Índice de refracción Índice

Refracción

LEYES DE LA REFRACCIÓN

REFRACCIÓN

1.- El rayo incidente y el refractado están en el mismo plano.

Es el cambio de dirección que experimenta la luz cuando atraviesa (transmisión) un material transparente de forma oblicua al pasar de un medio a otro de distinta densidad.

2.- A mayor ángulo de incidencia, mayor ángulo de refracción 3.- La refracción es mayor para la luz de longitud de onda menor y viceversa. Por tanto, la luz azul sufre mayor refracción (desviación) que la luz roja.

En dirección perpendicular no hay refracción.

4.- La refracción es mayor cuanto mayor es el índice de refracción del material que atraviesa la luz.

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Dispersión Acabamos de ver que uno de los factores que afectan a la refracción es la longitud de onda de la luz incidente. Como la luz blanca es un conjunto de diversas longitudes de onda, si un rayo de luz blanca cambia oblicuamente de medio, cada una de las radiaciones se refractará de forma desigual, produciéndose una separación de las mismas, desviándose menos las de onda larga como el rojo, y más las cercanas al violeta. 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 los objetivos, asuntos que abordaremos más adelante. La luz blanca está compuesta de ondas de diversas frecuencias. Cuando un rayo de luz blanca pasa a través de un prisma de vidrio, se descompone en sus colores simples, es decir, se dispersa de acuerdo a la longitud de onda. Un prisma produce mayor dispersión porque, 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. El haz de luz disperso forma una imagen a la manera de una franja de colores que recibe un nombre que ya conocemos: espectro visible.

Un prisma produce mayor dispersión porque, al no ser sus caras paralelas, los rayos refractados han de recorrer un camino aún mayor

La dispersión de la luz se debe a que en un determinado medio (vidrio por ejemplo) no todas las radiaciones luminosas se propagan con la misma velocidad, y esto depende de la longitud de onda de dichas radiaciones, así las radiaciones de menor longitud de onda (azul) son más desviadas que las de menor longitud de onda (rojo), distinguiéndose perfecta y sucesivamente los colores rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta.

El color del cielo se debe al fenómeno de la dispersión de la luz solar por la atmósfera. El único medio perfectamente transparente es el vacío, la atmósfera es un gas y siempre que un haz de luz atraviesa un gas, las moléculas del gas desvían una parte de esa luz en todas direcciones. Si el gas no es denso, la mayor parte de los rayos de luz lo atravesarán sin desviarse, pero algunos de ellos chocarán con las partículas de gas y rebotarán en todas las direcciones posibles. Conforme aumenta la densidad del gas, se hace más notable el efecto de la dispersión. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 36 de 48


También los líquidos y los sólidos transparentes dispersan una fracción de la luz que los atraviesa, sobre todo cuando contienen impurezas. Cuando la dispersión es alta, se habla ya no de materiales transparentes, sino traslúcidos: aquellos que transmiten la luz de manera difusa. La combinación de longitudes de onda en la luz natural varía con la hora del día debido a la diferente dispersión de los rayos en la atmósfera. Al mediodía, al caer verticales, todos los rayos refractan por igual y la luz aparece blanca. Las moléculas del aire (generalmente aerosoles, vapor de agua y gotitas en suspensión) dispersan parte de la luz, sobre todo las radiaciones más cortas que son las que más se refractan. Esta luz con abundancia de radiaciones azules, que se dispersa en la altura gracias al vapor y a los aerosoles en suspensión, es la causa de que veamos el cielo azul. Al atardecer, con el Sol incidiendo de forma oblicua en la atmósfera, los rayos deben realizar un trayecto más largo y atravesar una capa más gruesa de aire y su refracción es mayor, tanto por el superior grosor que deben atravesar, como por el mayor ángulo de incidencia. Las radiaciones más cortas (azules) se refractan tanto que giran y descienden pronto hacia el suelo. Las rojas, por el contrario, sufren una menor refracción y tiñen de rojo el cielo durante el ocaso. A esto hay que añadir que los átomos de ozono, al tener mayor absorción en la zona del UV, restan porcentaje de azul a la luz de Sol tiñéndola de rojo. La dispersión producida por partículas mayores es más irregular y afecta a todos los colores por igual. Por eso, cuando hay vapor de agua o partículas de polvo en la atmósfera, el cielo pierde su color azul, su apariencia es blanquecina y difusa. Como estos ingredientes adicionales de la atmósfera, además de dispersar absorben una mayor fracción de la luz, el cielo se oscurece, se ve gris. El arco iris es también una consecuencia de la dispersión: cuando la luz del sol atraviesa las gotas de lluvia, esa luz es reflejada y refractada en el interior de cada gota produciendo un efecto similar al del prisma. El color rojo es el que menos se refracta y se encuentra por ello en la parte exterior del arco. Desde el punto de vista del diseñador de objetivos, la dispersión es un lamentable efecto secundario de la refracción. Hace 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, lamentablemente, emplear objetivos simples (de una sola lente) para obtener imágenes de calidad. De ello hablaremos en el capítulo dedicado a las aberraciones ópticas. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 37 de 48


DISPERSIÓN Uno de los factores que afectan a la refracción es la longitud de onda de la luz incidente. Como la luz blanca es un conjunto de dive rsas longitudes de onda, si un rayo de luz blanca cambia oblicuamente de medio, cada una de las radiaciones se refractará de forma desigual, produciéndose una separación de las mismas, desviándose menos las de onda larga (rojo) y más las cercanas al violeta. DISPERSIÓN

Descomposición de la luz con el prisma de Newton

La dispersión es un lamentable efecto secundario de la refracción. Hace que la luz azul se desplace a un foco diferente del de la luz roja. La dispersión es una de las principales razones por las cuales no podemos emplear un objetivo de una sola lente para obtener imágenes de calidad.

El arco iris es una consecuencia de la dispersión: cuando la luz del sol atraviesa las gotas de lluvia, esa luz es reflejada y refractada en el interior de cada gota produciendo un efecto similar al del prisma.

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Difracción La difracción es un fenómeno típicamente ondulatorio y consiste en la dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio. El término difracción viene del latín diffractus que significa quebrado <16>. Sabemos que la luz se propaga en línea recta pero en la realidad, cuando un rayo choca con el borde de un objeto opaco bien definido, se produce en este punto de contacto un segundo frente de ondas circular que interactúa con el anterior y produce una serie de interferencias que dan lugar a un área de penumbra. En otras palabras, difracción es el fenómeno del movimiento ondulatorio en el que una onda de cualquier tipo, en lugar de seguir avanzando en línea recta, se extiende después de pasar junto al borde de un objeto sólido o atravesar una rendija estrecha. La difracción sólo se observa si el obstáculo que encuentran las ondas es del mismo orden que la longitud de onda del movimiento ya que cuando es mayor, las ondas siguen la propagación rectilínea, es decir, el fenómeno de la difracción acaece cuando el obstáculo tiene sus bordes afilados, caso del diafragma (iris) de los objetivos. Si un objeto opaco se coloca entre una fuente puntual de luz y una pantalla blanca, un examen cuidadoso muestra que el borde de la sombra no es perfectamente agudo, como lo predice la ley de propagación rectilínea de la luz de la óptica geométrica. Más bien se encuentra que una pequeña porción de luz se derrama dentro de la zona oscura y que franjas desvanecidas aparecen en la zona iluminada. Difracción puede definirse, por tanto, como un fenómeno del movimiento ondulatorio en el que una onda de cualquier tipo se extiende después de pasar junto al borde de un objeto sólido o atravesar una rendija estrecha, en lugar de seguir avanzando en línea recta. Aunque la luz se propague en línea recta, no hay que olvidar que tiene naturaleza ondulatoria y, al chocar con un borde afilado, se produce un segundo tren de ondas circular. Esto da lugar a una zona de penumbra que destruye la nitidez entre las zonas de luz y sombra, fenómeno que como ya hemos dicho, ocurre al incidir la luz sobre los afilados bordes del diafragma de los objetivos <17>. La fotografía estenopeica, es decir, sin objetivo, tiene uno de sus mayores limitaciones de calidad precisamente en este fenómeno de la difracción. El fenómeno óptico de la difracción se manifiesta en el esparcimiento de un haz de luz a su paso por un pequeño agujero o separación angosta: se produce una desviación de los rayos luminosos cuando inciden sobre el borde de un objeto opaco. El fenómeno es más intenso cuando el borde es afilado y especialmente crítico cuando la luz tiene que atravesar pequeñas rendijas o aberturas (como el diafragma muy cerrado en un objetivo).

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En las imágenes (unos hongos) se aprecia el efecto pernicioso en la calidad de imagen producido por la difracción. La fotografía de la derecha tomada a un diafragma extremadamente cerrado (F/32) tiene una resolución notoriamente inferior a la de la izquierda en la que se ha utilizado un diafragma más abierto (F/8). El diafragma extremadamente cerrado de la fotografía de la derecha ha originado la aparición del fenómeno óptico de la difracción.

Este diagrama aporta la explicación. Con el diafragma abierto (izquierda) también existe difracción pero la cantidad de rayos afectados respecto al total es relativamente baja, es decir, la imagen se forma, por así decirlo, con rayos mayoritariamente no contaminados con la difracción. A diafragmas muy cerrados (derecha) la cantidad de rayos difractados que forman la imagen es porcentualmente mucho mayor respecto a los no difractados; de ahí que la nitidez resulte afectada puesto que el impacto de la difracción es mucho mayor. Ese impacto de la difracción queda reflejado en la imagen de la derecha. La luz, que se propaga en forma de onda, al atravesar un orificio estrecho no se propaga en forma rectilínea, y origina sobre la pantalla un patrón de círculos concéntricos que es conocido como patrón de difracción. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 40 de 48


DIFRACCIÓN

Si un objeto opaco se coloca entre una fuente puntual de luz y una pantalla blanca, el borde de la sombra no es perfectamente agudo. Se encuentra que una pequeña porción de luz se derrama dentro de la zona oscura y que aparecen franjas desvanecidas en la zona iluminada.

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Con el diafragma abierto (izquierda) también existe difracción pero la cantidad de rayos afectados respecto al total es relativamente baja. La imagen se forma, por así decirlo, mayoritariamente con rayos no “contaminados” con la difracción.

A diafragmas muy cerrados (derecha) la cantidad de rayos difractados que forman la imagen es porcentualmente mucho mayor respecto a los no difractados. La nitidez resulta afectada puesto que el impacto de la difracción es mucho mayor.

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Polarización Ya hemos visto que la luz se propaga a partir de la fuente emisora en todas las direcciones posibles y en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento. La orientación de las crestas respecto a la dirección de propagación determina el ángulo de polarización. Podemos hablar por tanto de componentes verticales y horizontales de la luz y así el efecto de un filtro de polarización se basa en su propiedad de ser transmisor solo de determinadas direcciones de oscilación y de absorber las otras direcciones de oscilación de la luz. La luz natural, la procedente del sol, vibra en cualquier momento en todas las direcciones del espacio (algo difícil de imaginar); posee pues infinitas direcciones de vibración y su eje coincide con el rayo. Estas direcciones se pueden representar vibrando dentro de un plano perpendicular a la dirección de propagación. La luz polarizada vibra en una sola dirección para cada momento, pero la dirección de vibración cambia con el tiempo. En la luz polarizada plana (frecuentemente, por simplicidad, se le llama luz polarizada) la dirección de vibración es única y constante con el tiempo. La luz polarizada vibra en un solo plano. Las ondas luminosas no suelen estar polarizadas, de forma que la vibración electromagnética se produce en todos los planos; la luz polarizada, por el contrario, sigue una pauta de vibración regular y sencilla que ha encontrado aplicaciones en óptica y fotografía. La luz (o parte de ella) se polariza de varias formas: cuando se refleja según cierto ángulo en superficies brillantes y pulidas no metálicas, como vidrio, agua o madera barnizada; cuando es dispersada por las diminutas partículas de gas y polvo de la atmósfera; y cuando atraviesa ciertos tipos de cristales traslúcidos. Los filtros polarizadores, que están formados por diminutos cristales con esta propiedad montados entre dos vidrios ópticos, encuentran varias aplicaciones en fotografía, de las que las más conocidas son el oscurecimiento del cielo azul, la eliminación de reflejos de superficies no metálicas y el aumento de la saturación de color bajo ciertas circunstancias. La polarización, además de en fotografía y en cierta clase de lentes de sol, es usada en los relojes Luz no polarizada y luz polarizada. A la derecha, acción de un filtro polarizador

digitales y las pantallas de televisión y computadora tipo LCD.

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Al eliminar los reflejos, lo que en realidad hace el filtro es cortar el paso a unos rayos luminosos que ya habían sido polarizados y darlo a los que no lo habían sido. El filtro tiene un plano de polarización específico y basta girarlo para controlar la proporción de luz a la que se da paso; las variaciones posibles crecen si se combinan dos filtros, que interrumpirán por completo el paso de la luz cuando sus planos de polarización sean perpendiculares. El uso del polarizador en rodaje puede producir problemas con el tono de piel en ciertos casos ya que tiende a disminuir su reflectancia. El maquillaje de los actores puede hacerse más aparente y, en casos límite, el resultado final puede ser inaceptable <18>.

Cuando la luz atraviesa un filtro polarizador, el campo eléctrico interactúa más intensamente con las moléculas orientadas en una determinada dirección. Esto hace que el haz incidente se divida en dos haces con vectores eléctricos perpendiculares entre sí. Un filtro horizontal absorbe los fotones con vector eléctrico vertical (como se muestra en la ilustración). Un segundo filtro girado 90° respecto al primero absorbe el resto de los fotones; si el ángulo es diferente sólo se absorbe una parte de la luz.

Los filtros polarizadores tienen tres importantes aplicaciones prácticas en fotografía, cine y TV: 1.- Atenuar (e incluso eliminar bajo ciertas condiciones) reflejos indeseados. > 2.- Oscurecer el azul del cielo lo que, por contraste, realza las nubes. > 3.- Aumentar la saturación de color de los objetos (al eliminar en ellos el reflejo azul del cielo) permitiendo así que se manifieste en su totalidad el color natural de los mismos. La luz – Antonio Cuevas – Pág. 44 de 48


<16> En Italia — posiblemente mientras Newton desarrollaba su famosa Óptica o Tratado de la reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz — un jesuita italiano, Francesco Grimaldi (1618-1663), físico y astrónomo descubría un importante fenómeno óptico llamado por él mismo difracción de la luz. Este fenómeno se presenta siempre que de la luz emitida por una fuente se separa una fracción interponiendo un cuerpo opaco y esto es lo que da origen a su nombre: división en fracciones. <17> La pregunta es: ¿cuándo se hace visible esa difracción en los objetivos? Obviamente, el riesgo es mayor a medida que se cierra el diafragma. Regla para andar por casa realmente efectiva: una óptica empieza a tener problemas de difracción para un valor de diafragma igual o aproximado al resultado de dividir su focal por cuatro. Por ejemplo, un 50mm puede usarse esperando un máximo rendimiento en todo el campo hasta F/11, que es un valor aproximado a 50/4 = 12,5. Un 135mm podríamos usarlo hasta F/32. Un 28mm sería seguro hasta un punto medio entre F/5,6 y F/8. La difracción es el fenómeno que explica que ciertos objetivos no cierren más allá de cierto diafragma, en las cámaras de formato pequeño, usualmente no más de F/16.

La aportación de los filtros polarizadores en las imágenes de naturaleza es extraordinaria. Foto de Javier Vecino publicadas en el excelente portal www.fotonatura.org

Fotos de Marta Pereyra (http://blogs.elpais.com/fijaciones/2007/01/post.html)

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En la columna de la izquierda, imágenes sin polarizador. En la derecha con polarizador: mayor saturación cromática, realce de las nubes sobre los cielos y reducción de brillos y reflejos

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<18> Existen en el mercado dos tipos de filtros polarizadores para aplicaciones de imagen: los lineales y los circulares. Los lineales quedaron comercialmente obsoletos (técnicamente no) debido a que con ellos el enfoque automático (autofocus) de las cámaras puede quedar en algunos casos inoperativo ya que el sensor de enfoque por diferencia de fase recibe la luz que refleja un espejo. Por ello surgieron los circulares que siempre permiten el enfoque automático de las cámaras modernas. El polarizador circular se compone de un polarizador lineal seguido de un filtro de retardo de cuarto de onda una película de mica que hace que la luz al pasar por ella “gire” un cuarto (1/4) de vuelta -. Un polarizador circular es más tenue (“polariza” menos) y puede perder algo de calidad respecto al lineal (al tener que pasar la imagen por un filtro adicional). Como polarizador en sí, resulta mejor el lineal, es más efectivo. Cuando se emplea un polarizador lineal con un objetivo granangular, el cielo queda oscurecido uniformemente, cuando se emplea el circular puede quedar desigual. Los filtros polarizadores que usamos en cinematografía profesional (Tiffen, B+W, Schneider, etc) son lineales puesto que ninguna cámara cinematográfica, sea analógica o digital tiene (ni probablemente tendrá, al menos en la forma que hoy lo conocemos) sistema de enfoque automático. Absorben bastante luz, entre 1 diafragma y medio y 2 diafragmas (los “polas” Tiffen que usamos en cinematografía profesional restan 1 diafragma y 2/3). Los lineales son menos oscuros y más baratos (muchos llevan la indicación LP o LPL de Linear Polarizer); los circulares son más densos debido a la capa adicional (y, por tanto, más caros), y suelen incluir las siglas CP o CPL (Circular Polarizer). Una forma simple de diferenciarlos es situarse frente a un espejo y mirar a través del Polarizador circular B+W para objetivos de filtro. Si vemos nuestro propio ojo se trata de un polarizador 77 milímetros de diámetro en cámaras réflex lineal. En caso contrario (se ve todo oscuro) se trata de un con divisores en el haz de luz de su medidor circular. de exposición TTL y sistema autofocus

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La Luz  

Manual Tecnología Audiovisual de Antonio Cuevas.

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