Post on 24-Mar-2020
Mangini, María José
84498
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