Mangini, María José

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Trabajo Práctico Nº3 Introducción al estudio de la luz

Cámara e Iluminación I

Baca, Ernesto

Diseño de Imagen y Sonido -

1er 28/04/15

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Consigna

Que el cursante pueda tener una idea clara acerca de la concepción y comportamiento

de la luz, a través de un estudio científico.

Actividad

1. Realizar un escrito acerca de las diversas teorías científicas sobre la actuación de

luz, una descripción cronológica de estas teorías, pudiendo ser éste, un grafico en

forma de línea de tiempo. Incluir fechas y autores influyentes en el pensamiento y

demostración de leyes de reflexión, absorción, difracción, refracción y dispersión;

teorías ondulatoria, corpuscular, electromagnética y cuántica; ideas sobre la

trayectoria de la luz y la visión humana.

2. Anexar un análisis comparativo personal sobre la evolución del pensamiento

científico referido a las propiedades de la luz. Extensión mínimo de 25 líneas.

¿Qué es la luz?

Se llama luz a la parte de energía electromagnética radiante que por esta condición

puede ser percibida por el ojo humano sin ningún problema. La óptica es la rama de la

física que estudia la luz visible; su comportamiento, características y manifestaciones.

Teorías científicas sobre el comportamiento de la luz

El estudio de la luz comienza cuando el hombre intenta explicar el fenómeno de la

visión. Diferentes teorías se han desarrollado para poder interpretar la naturaleza de la

luz hasta llegar al conocimiento actual. Los sabios de todas las épocas han tratado de

descifrar qué es la luz. Los griegos (450 a.C) suponían que la luz emanaba de los

objetos, y era algo así como un “espectro” de los mismos, extraordinariamente sutil,

que al llegar al ojo del observador le permitía verlo. Dentro de la Grecia clásica

Euclides (300 a.C), un matemático y geómetra griego, fue el que más avanzó en el

estudio de la luz y de la óptica. Euclides realizó un estudio matemático de la luz,

elaborando postulados importantes, relativos a la naturaleza de la luz y afirmó que la

luz viaja en línea recta. De esta manera los griegos y los egipcios se abocaron a la

solución de estos problemas sin encontrar respuestas adecuadas. Luego, con los

avances realizados por la ciencia y la técnica, surgieron muchos filósofos y

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matemáticos que produjeron importantes trabajos sobre la naturaleza de la luz. La

primera hipótesis formulada sobre ésta fue de Christian Huygens.

Teoría Ondulatoria

En el año 1678, el científico Christian Huygens planteó esta teoría. Define a la luz

como un movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el sonido. Postula

que la luz que es emitida por una fuente luminosa esta formada por ondas, que

correspondían al movimiento específico que sigue la luz al propagarse a través del

vacío en un medio insustancial e invisible llamado éter. Esta teoría si permite explicar

los fenómenos de la difracción y la interferencia luminosas. Además, índica que la

rapidez de la luz disminuye al penetrar al agua.

En aquella época, la teoría de Huygens no fue muy considerada dado al prestigio que

alcanzó Newton. Pasó más de un siglo para que fuera tomada en cuenta la Teoría

Ondulatoria de la luz.

Teoría Corpuscular

El creador de esta teoría fue Isaac Newton, un físico inglés en el siglo XVII (1704).

Dicha teoría, supone que la luz se comprende por pequeñas partículas denominadas

corpúsculos los cuales no tienen masa y son emitidos por las fuentes luminosas. Estos

corpúsculos se mueven en línea recta y a gran velocidad; por este motivo son capaces

de atravesar los cuerpos transparentes lo que nos deja ver a través de ellos. En

cambio, en los cuerpos opacos los corpúsculos rebotan, por esta razón no podemos

ver a través de ellos.

Esta teoría permite explicar los fenómenos de

la luz como la propagación rectilínea de la

luz, ya que los focos luminosos emitirían

minúsculas partículas que se propagan en

todas direcciones y que al chocar con

nuestros ojos, producen la sensación

luminosa; la refracción y reflexión pero no las

interferencias y difracción. Por lo tanto sigue

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siendo una teoría que no permite aclarar en su totalidad la naturaleza de la luz.

Teoría Electromagnética

En el siglo XIX (1873), se agregan a las teorías existentes de la época las ideas del

físico James Clerk Maxwell, quien relaciona los fenómenos magnéticos con los

fenómenos eléctricos. Lo que postula Maxwell es que una variación en el campo

eléctrico genera una variación en el campo magnético y viceversa. Por lo tanto la luz

es una onda transversal y electromagnética que se propaga a través de ondas

perpendiculares entre si. Este hecho permitió descartar que existiera un medio de

propagación insustancial e invisible, el éter, lo que fue comprobado por el experimento

de Michelson y Morley. Sin embargo, esta teoría deja sin explicación la absorción de la

luz y la emisión por cuerpos incandescentes.

Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros

habituales de cualquier onda:

• Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que

alcanza la onda en su desplazamiento.

• Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos

sucesivos por un punto fijo en el espacio.

• Frecuencia (ν): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es

una cantidad inversa al periodo.

• Longitud de onda (λ): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de

ondas sucesivas.

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Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de

tiempo. En el caso de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, se representa

con la letra c.

Teoría de los Cuantos

Esta teoría propuesta por el físico alemán

Max Planck en el año 1900, postula que los

intercambios de energía entre la materia y

la luz son posibles pero en cantidades

finitas o cuantos de luz, denominados

posteriormente fotones. Esta teoría no

explica los fenómenos de tipo ondulatorios,

como las interferencias y la difracción. Esta

teoría se contrapone con la teoría

electromagnética.

Posteriormente, basándose en la teoría cuántica de Planck, en 1905 el físico de

origen alemán Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de los

corpúsculos de luz, a los que llamó fotones. Con esto propuso que la luz se comporta

como onda en determinadas condiciones.

Teoría Mecánica Ondulatoria

Esta teoría creada por Broglie en el año 1924 junta la teoría electromagnética como la

de los cuantos heredadas de la teoría corpuscular y ondulatoria, con lo que demuestra

que la luz tiene un carácter dual. Puede comportarse como onda y como partícula.

Además agregó que los fotones se mueven de manera ondulatoria. En cuanto a su

propagación se propaga como una

onda pero su energía es

transportada junto a ella como una

onda luminosa por unos pequeños

corpúsculos llamados fotones.

Esta teoría establece, entonces, la

naturaleza corpuscular de la luz

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en su interacción con la materia ( proceso de emisión y absorción) y la naturaleza

electromagnética de su propagación.

Propiedades de la Luz

Cuando la luz llega a un objeto puede pasar distintas cosas: la luz puede ser

absorbida, puede ser reflejada o puede ser transmitida a través del objeto. Por

ejemplo, si estamos usando una remera negra, ésta va a absorber toda la luz blanca.

Si tenemos un estuche rojo, éste va a absorber el verde y el azul y va a reflejar el rojo.

Por eso lo vemos de ese color. Y un objeto blanco va a reflejar toda la luz.

Absorción

Cuando la luz llega a una superficie u objeto , éste puede absorber toda o parte de esa

luz. Cuando un objeto opaco es iluminado por la luz blanca refleja un color o una

mezcla de estos absorbiendo el resto. Las radiaciones luminosas reflejadas

determinarán el color con que nuestros ojos verán el objeto. Si las refleja todas será

blanco y si las absorbe todas negro.

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La luz que se absorbe se convierte en calor. Por esta razón es recomendable en

verano usar remeras claras y no oscuras ya que éstas ultimas absorben gran parte de

la luz y la convierten en calor. Por eso tenemos más calor si usamos ropa negra que si

usamos ropa blanca (refleja toda la luz).

Reflexión

La reflexión es cuando la luz llega a un objeto y rebota o refleja, en parte o en su

totalidad, de ese objeto.

Hay dos tipos de reflexión. Éstos son reflexión especular o reflexión difusa.

La reflexión especular ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie

chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron formando un ángulo igual

al de la luz incidente, muy distinta a la refracción.

La reflexión difusa ocurre si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas

direcciones, es decir, cuando la luz llega a una superficie u objeto que tiene textura

como, por ejemplo, en la madera.

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Una reflexión difusa produce una luz más suave en comparación a una reflexión

directa. Genera menos contraste en la escena, sombras más claras y una transición

más suave entre luces y sombras.

Una reflexión directa va a producir una luz más intensa, mayor contraste y sombras

más oscuras y marcadas.

Difracción

En general la difracción ocurre cuando las ondas pasan a través de pequeñas

aberturas, alrededor de obstáculos, por bordes afilados o al atravesar una rendija Está

más vinculada al fenómeno de la desviación de la propagación en línea recta de los

frentes de onda.

- Difracción de Fraunhofer: Este tipo de difracción ocurre cuando se observa

una difracción producida por un objeto proyectando sobre una pantalla a una

distancia muy grande del propio objeto, una distribución de intensidades

conocida como patrón de difracción de Fraunhofer.

La forma más sencilla de estudiar este fenómeno es con el denominado

experimento de Young que consiste en hacer incidir luz monocromática en

una pantalla que tiene rendija muy estrecha.

La luz difractada que sale de dicha rendija se vuelve a hacer incidir en otra

pantalla con una doble rendija. La luz procedente de las dos rendijas se

combina en una tercera pantalla produciendo bandas alternativas claras y

oscuras.

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- Difracción de Fresnel: También denominada difracción del campo

cercano. Es un patrón de difracción de una onda electromagnética obtenida

muy cerca del objeto causante de la difracción (a menudo una fuente

o apertura). Más precisamente, se puede definir como el fenómeno de

difracción causado cuando el número de Fresnel es grande y por lo tanto no

puede ser usada la aproximación Fraunhofer (difracción de rayos paralelos)

Refracción

Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su

dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los

diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción.

Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción son:

1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo

plano.

2.ª Ley. (ley de Snell) es una fórmula utilizada para calcular el ángulo de refracción de

la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la

luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto.

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Dispersión

La luz procede del sol. Ésta la llamamos luz blanca. La luz blanca, en realidad, es una

mezcla de diferentes colores. Cuando vemos el arcoíris podemos ver los colores que

componen la luz blanca.

Este fenómeno, conocido como dispersión, se produce cuando un rayo de luz

compuesta se refracta en algún medio quedando separados sus colores

constituyentes. Tomando como ejemplo el caso del arco iris, la luz se dispersa al

atravesar las gotas de agua.

La visión humana

La visión es la percepción que tiene el sentido de la vista, o sea el ojo, de la energía

natural o artificial. Es un fenómeno que se produce en la corteza cerebral, donde se

reconocen e interpretan las imágenes que llegan desde el ojo, o receptor de la

información. Es decir, los estímulos luminosos recogidos (ondas de luz) por el ojo van

al cerebro donde se transforman en sensaciones visuales. El ojo ve y el cerebro

interpreta lo visto.

“La visión se realiza en cuatro fases:

• Percepción: La primera etapa del proceso es óptica; se puede comparar el ojo

con una cámara fotográfica: la luz entra en el ojo atravesando órganos

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transparentes (córnea, humor acuoso, cristalino y humor vítreo) donde se

busca, sigue y enfoca la imagen.

• Transformación: la energía luminosa llega a la retina (a la mácula), donde se

activan las células sensoriales (conos y bastones) que transforman la luz en

energía nerviosa.

• Transmisión: los impulsos nerviosos inician su camino a través del nervio óptico

hasta la corteza cerebral.

• Interpretación: en la corteza cerebral se interpretan los impulsos, se reconocen y

se procesan para saber lo que vemos.”

http://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/unidad_1/mo1_mecanismo_d

e_la_vision.htm

Análisis Comparativo

Las teorías anteriormente dichas nos demuestran que con el avance de la ciencia y la

técnica al pasar de los años, se lograron y surgieron muchos filósofos y matemáticos

para mejorar y entender mejor la naturaleza de la luz; su movimiento, sus propiedades

y su comportamiento.

¿Qué es la luz? Los sabios de todas las épocas han tratado de responder esta

pregunta. Primero comenzaron los griegos planteando que la luz emanaba de los

objetos, y era algo así como un “espectro” de los mismos, que al llegar al ojo del

observador le permitía verlo. A partir de ese primer aporte o explicación, las

explicaciones históricas de las ideas sobre la naturaleza de la luz y su comportamiento

constituye un ejemplo de cómo evolucionan las teorías y los modelos científicos. Esta

evolución de las teorías parte con las de Isaac Newton y Christian Huygens. Huygens

define a la luz como un movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el

sonido junto con Newton que supone que la luz se comprende por pequeñas partículas

denominadas corpúsculos que se dispersan en todas las direcciones del espacio. Ésta

fueron las teorías que abrieron paso al estudio científico de la luz.

Seguido a esto, gracias a los aportes de Huygens y Newton sobre la refracción y

reflexión de la luz, aparece Maxwell en el siglo XIX quien postula que ésta no se movía

a través del espacio por medio de corpúsculos u ondas como la del sonido sino

mediante una onda electromagnética la cual se propaga por el espacio de manera

perpendicular una de la otra.

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El estudio de la luz se profundizó hasta la teoría de los cuantos propuesta por Planck

en 1900 la cual supone que la materia emitía o absorbía luz según su estructura

atómica dando así un aporte muy importante en la física y el estudio de la luz.

Llegar a estas teorías más complejas no hubiese sido posible sin las teorías

planteadas anteriormente. Éstas le brindaron una importancia a la ciencia como para

ser estudiada y demuestran la evolución del pensamiento científico sobre la naturaleza

de la luz.

Notas/ Fuentes

http://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtml

http://www.fisic.ch/cursos/primero-medio/teor%C3%ADas-de-la-luz/

http://es.wikipedia.org/wiki/Luz#Aproximaci.C3.B3n_hist.C3.B3rica

http://www.aulafacil.com/cursos/l7576/aficiones/fotografia/fotografia-iii-la-

luz/propiedades-de-la-luz-absorcion-reflexion-y-transmision

http://micursofisica.blogspot.com.ar/p/optica-fisica-interferencia-difraccion.html

http://www.fisic.ch/cursos/primero-medio/difracción-de-la-luz/

http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/39/refraccion.htm

http://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/unidad_1/mo1_mecanismo_d

e_la_vision.htm