Luz y color

Fenómenos naturales. Espectros. Vibraciones electromagnéticas. Ondas. Absorción de la luz. Colores primarios. Colorimetría. Radiación luminosa. Atmósfera. Luz ultravioleta. Infrarrojos

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INTRODUCCION

Desde épocas muy remotas al hombre le ha interesado los distintos fenómenos que se nos presentan hoy en día, ya desde aquellos años existen dibujos en cavernas, donde utilizaban distintos colores, los cuáles los hacían de raíces de árboles o plantas. También les interesaban los fenómenos de la luz tanto así que para algunas tribus o poblaciones el sol era su Dios.

Hoy en día con la tecnología que tenemos el hombre no ha descansado y se ha preocupado de ir más a fondo con estos fenómenos, como la del color que la comenzó un hombre llamado Isaac Newton, al cuál se le atribuye un estudioso en el tema de la luz y el color.

En el trabajo de investigación, recorreremos los distintos fenómenos que se nos presentan la luz y el color como se representan en los objetos, los colores primarios y sus características.

LUZ

La luz ha sido asociada desde siempre por la humanidad con la vida, es por esta razón que ha sido objeto de estudio durante miles de años. Algunos filósofos griegos pensaban que la luz consistía en partículas diminutas capaces de entrar en el ojo para crear la sensación de la visión, entre ellos Sócrates y Platón, pensaban que el acto de ver se debía a que el ojo emitía cintas o filamentos que hacían contacto con el objeto. El conocimiento científico se ha desarrollado a lo largo de la historia a través de la observación, el planteamiento de hipótesis y su verificación experimental han permitido a los científicos modificar y mejorar sus ideas, acrecentando el conocimiento científico para el beneficio de la humanidad. Desde la prehistoria el hombre buscaba refugio en una caverna y se iluminaba con luz que dependían de las fogatas. La luz es una de las formas en que se manifiesta la energía, la luz del sol incide sobre la superficie de nuestro planeta y se transforma en calor; la energía luminosa es también transformada por las plantas en energía química y almacenada en los enlaces de la glucosa y posteriormente en las diferentes moléculas que son fuente de materia y energía para todos los seres vivos.

La luz se propaga de diferentes formas, dependiendo de la naturaleza del medio a través del cual viaja o en el que se refleja, sabemos que durante el día la fuente primaria de la luz es el sol y que la fuente secundaria es la brillantez del cielo, otras fuentes comunes son las llamas, los filamentos al rojo vivo de las ampolletas y los gases que emiten luz dentro de un tubo de lámpara fluorescente. La luz es energía emitida por cargas eléctricas aceleradas, en muchos casos por electrones en el interior de los átomos. Esta energía se propaga en una onda que es en parte eléctrica y en parte magnética. Esta es una onda electromagnética. La luz visible es una porción pequeña de una amplia familia de ondas electromagnéticas que incluye formas tan conocidas como las ondas de radio, los microondas y los rayos x..La luz de menor frecuencia que podemos ver es la de color rojo. Las frecuencias visibles más altas casi duplican la frecuencia del rojo y le corresponden al color violeta. Las ondas electromagnéticas cuya frecuencia es menor que la luz visible roja se llama infrarrojas. Las lámparas de calor emiten ondas infrarrojas. Las ondas electromagnéticas cuya frecuencia es mayor que la luz violeta se llama ultravioleta. Estas ondas de frecuencia más elevada son las causantes de las quemaduras de sol.

La luz es energía transportada por una onda electromagnética generada por cargas eléctricas que vibran, cuando la luz incide en la materia obliga a los electrones de la misma a vibrar; así pues, las vibraciones del un emisor se transfieren al receptor. La luz visible vibra con gran rapidez, más de 100 billones de veces por segundo. Para que un objeto con carga responda a estas vibraciones ultrarrápidas debe tener muy poca inercia. La masa de electrón es lo bastante pequeña para que puedan vibrar con esta rapidez.

El vidrio y el agua son dos materiales que permiten el paso de la luz en línea recta. Decimos que son trasparentes a la luz. Cuando una onda de luz incide en ellos comienzan a vibrar.

Todo material elástico responde mas a ciertas frecuencias de vibración que a otras. Las frecuencias naturales de vibración de un electrón dependen de la firmeza con la que esta unido al núcleo más cercano. Los distintos materiales tienen diferentes “fuerzas de resorte” eléctrico.

Los electrones del vidrio tienen una frecuencia natural de vibración que corresponde a la región ultravioleta. Cuando un haz de luz ultravioleta incide en el vidrio, hay reso9nancia cuando la onda genera y mantiene una intensa vibración entre el electrón y el núcleo atómico; del mismo modo que se crea una intensa vibración cuando empujamos un columpio con la frecuencia resonante. El átomo puede transmitir la energía que recibe a los átomos vecinos por colisión, o bien reemitirla en forma de luz. Si la luz ultravioleta interactúa con un átomo cuya frecuencia natural con la de la onda, la amplitud de vibración de los electrones se hace muy grande. Típicamente, el átomo retiene esta energía durante un tiempo bastante largo. Durante este tiempo el átomo experimenta muchas colisiones con otros átomos y cede su energía en forma de calor. Por esto el vidrio no es trasparente a la luz ultravioleta.

Pero cuando la frecuencia de la onda electromagnética el menor que la de la luz ultravioleta, como es el caso de la luz visible, los electrones se ven forzados a vibrar con amplitudes más pequeñas. El átomo retiene la energía por menos tiempo, con menos probabilidad de chocar con sus átomos vecinos, y se transfiere menos energía en forma de calor. La energía de los electrones que vibran se reemite como luz transmitida. La frecuencia de luz reemitida que pasa de átomo en átomo es idéntica a la de la luz que produjo inicialmente la vibración. La diferencia principal es un leve retardo entre la absorción y la reemisión.

La luz se propaga con diferente rapidez promedio en los distintos materiales. En el vacío la rapidez de la luz tiene un valor constante de 300.000 Km/s; Esta rapidez de la luz se representa por el símbolo c. La luz se propaga con una rapidez ligeramente menor en la atmósfera, pero su valor se redondea casi siempre al de c. El vidrio es trasparente a la luz visible, mas no a la luz ultravioleta ni a la luz infrarroja.

La mayor parte de los materiales absorben luz sin reemitirla, con lo que impiden su paso; decimos que son opacos. La madera, las piedras y las personas somos opacas a la luz visible. En un material opaco todas las vibraciones coordinadas que imparte la luz a los átomos y moléculas se convierten en energía cinética aleatoria, esto es, en energía interna. El material se calienta ligeramente.

Los metales son opacos. En los metales los electrones de los átomos no están unidos a un átomo en particular, sino que pueden vagar libremente con muy pocas restricciones por todo el material. Es por esta causa que los metales son buenos conductores de electricidad y calor. Cuando la luz incide en un objeto de metal y pone a vibrar estos electrones libres, su energía no rebota de un átomo al otro en el material, sino que se remite como luz visible. Percibimos esa luz reemitida como un reflejo. Por esta razón los metales brillan.

Nuestra atmósfera es trasparente a la luz visible y a una parte de la infrarroja, pero, afortunadamente es casi opaca a las ondas ultravioleta de alta frecuencia. La pequeña cantidad de radiación ultravioleta que consigue atravesar la atmósfera es la causa de las quemaduras de sol. Si toda la radiación ultravioleta pudiese penetrar la atmósfera no podríamos exponernos al sol sin una buena protección. Las nubes son semitransparentes la radiación ultravioleta; por eso podemos recibir quemaduras de sol en días nublados. La radiación ultravioleta se refleja en la arena y en el agua; esto hace que podamos sufrir quemaduras aunque estemos abajo de un quitasol.

Al iluminar un objeto se forma una sombra en el lugar que no llegan los rayos de luz. Una fuente luminosa cercana o una fuente luminosa más alejada producen sombras nítidas. La mayor parte de las sombras son borrosas. En general, las sombras constan de una región interior oscura y bordes claros. Una sombra total es una umbra y una parcial una penumbra. Una penumbra aparece cuando se impide el paso de una parte de la luz pero otro rayo toma su lugar. También la hay cuando se obstruye parcialmente el paso de la luz de una fuente ancha.

COLOR

Fenómeno físico de la luz o de la visión, asociado con las diferentes longitudes de onda en la zona visible del espectro electromagnético. Como sensación experimentada por los seres humanos y determinados animales, la percepción del color es un proceso neurofisiológico muy complejo. Los métodos utilizados actualmente para la especificación del color se encuadran en la especialidad llamada colorimetría, y consisten en medidas científicas precisas basadas en las longitudes de onda de tres colores primarios.

La luz visible está formada por vibraciones electromagnéticas cuyas longitudes de onda van de unos 350 a unos 750 nanómetros (milmillonésimas de metro). La luz blanca es la suma de todas estas vibraciones cuando sus intensidades son aproximadamente iguales. En toda radiación luminosa se pueden distinguir dos aspectos: uno cuantitativo, su intensidad, y otro cualitativo, su cromaticidad. Esta última viene determinada por dos sensaciones que aprecia el ojo: la tonalidad y la saturación. Una luz compuesta por vibraciones de una única longitud de onda del espectro visible es cualitativamente distinta de una luz de otra longitud de onda. Esta diferencia cualitativa se percibe subjetivamente como tonalidad. La luz con longitud de onda de 750 nanómetros se percibe como roja, y la luz con longitud de onda de 350 nanómetros se percibe como violeta. Las luces de longitudes de onda intermedias se perciben como azul, verde, amarilla o anaranjada, desplazándonos desde la longitud de onda del violeta a la del rojo.

El color de la luz con una única longitud de onda o una banda estrecha de longitudes de onda se conoce como color puro. De estos colores puros se dice que están saturados, y no suelen existir fuera del laboratorio. Una excepción es la luz de las lámparas de vapor de sodio empleadas en ocasiones para la iluminación de calles y carreteras, que es de un amarillo espectral casi completamente saturado. La amplia variedad de colores que se ven todos los días son colores de menor saturación, es decir, mezclas de luces de distintas longitudes de onda.

Colores primarios

El ojo humano no funciona como una máquina de análisis espectral, y puede producirse la misma sensación de color con estímulos físicos diferentes. Así, una mezcla de luces roja y verde de intensidades apropiadas parece exactamente igual a una luz amarilla espectral, aunque no contiene luz de las longitudes de onda asociadas al amarillo. Puede reproducirse cualquier sensación de color mezclando aditivamente diversas cantidades de luces roja, azul y verde. Por eso se conocen estos colores como colores aditivos primarios. Si se mezclan luces de estos colores primarios con intensidades aproximadamente iguales se produce la sensación de luz blanca. También existen parejas de colores espectrales puros, que si se mezclan aditivamente, producen la misma sensación que la luz blanca, por lo que se denominan colores complementarios. Entre esos pares figuran determinados amarillos y azules, o rojos y verdes azulados.

Todos los objetos tienen la propiedad de absorber y reflejar ciertas radiaciones electromagnéticas. La mayoría de los colores que experimentamos normalmente son mezclas de longitudes de onda que provienen de la absorción parcial de la luz blanca. Casi todos los objetos deben su color a los filtros, pigmentos o pinturas, que absorben determinadas longitudes de onda de la luz blanca y reflejan o transmiten las demás; estas longitudes de onda reflejadas o transmitidas son las que producen la sensación de color, que se conoce como color pigmento.

Los colores pigmento que absorben la luz de los colores aditivos primarios se llaman colores sustractivos primarios. Son el magenta que absorbe el verde, el amarillo que absorbe el azul y el cyan (azul verdoso), que absorbe el rojo. Por ejemplo, si se proyecta una luz verde sobre un pigmento magenta, apenas se refleja luz, y el ojo percibe una zona negra. Los colores sustractivos primarios pueden mezclarse en proporciones diferentes para crear casi cualquier tonalidad; los tonos así obtenidos se llaman sustractivos. Si se mezclan los tres en cantidades aproximadamente iguales, producen una tonalidad muy oscura, aunque nunca completamente negra. Los primarios sustractivos se utilizan en la fotografía en color: para las diapositivas y negativos en color se emplean tintes de color magenta, cyan y amarillo; en las fotografías en color sobre papel se emplean tintas de estos mismos colores; también se usa tinta negra para reforzar el tono casi negro producido al mezclar los tres colores primarios.

Nuestra percepción del color de las partes de una escena no sólo depende de la cantidad de luz de las diferentes longitudes de onda que nos llega de ellas. Cuando sacamos un objeto iluminado con luz artificial que contiene mucha luz rojiza de altas longitudes de onda a la luz del día que contiene más luz azulada de longitudes de onda cortas la composición de la luz reflejada por el objeto cambia mucho. Sin embargo, no solemos percibir ningún cambio en el color del objeto. Esta constancia del color se debe a la capacidad del sistema formado por el ojo y el cerebro para comparar la información sobre longitudes de onda procedente de todas las partes de una escena. Edwin Herbert Land, físico estadounidense e inventor del sistema de fotografía instantánea Polaroid Land, demostró los cálculos enormemente complejos que lleva a cabo el `retinex' (como llamó Land al sistema formado por la retina del ojo y el córtex cerebral) para lograr la constancia de color.

El ojo y el cerebro también pueden reconstruir los colores a partir de una información muy limitada. Land realizó dos diapositivas (transparencias) en blanco y negro de una misma escena, una vez con iluminación roja para las longitudes de onda largas y otra con iluminación verde para las longitudes de onda cortas. Cuando ambas se proyectaron en la misma pantalla, usando luz roja en uno de los proyectores y luz verde en el otro, apareció una reproducción con todos los colores. El mismo fenómeno tenía lugar incluso si se empleaba luz blanca en uno de los proyectores. Si se invertían los colores de los proyectores, la escena aparecía en sus colores complementarios.

Absorción

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. En el caso de los compuestos orgánicos, sólo muestran color los compuestos no saturados, y su tonalidad puede cambiarse alterándolos químicamente. Los compuestos inorgánicos suelen ser incoloros en solución o en forma líquida, salvo los compuestos de los llamados elementos de transición.

El color también se produce por otras formas que no son la absorción de luz. Las irisaciones de la madreperla o de las burbujas de jabón son causadas por interferencia. 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. 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 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 debido a las partículas de polvo que hay en el aire.

La imagen de un televisor en color esta formada por tres bandas finas de los tres colores primarios de la luz. Estas bandas tienen diversos niveles de brillo. Cuando se mira la pantalla de un televisor, el ojo mezcla todas estas bandas y obtiene una imagen única con muchos colores.

CONCLUSION

Este informe nos ayudo a aprender que la luz esta compuesta por muchos tipos de rayos, algunos de estos rayos nos pueden producir problemas a la piel y las nubes y la atmósfera nos protegen de estos rayos. También que la luz puede ser reflejada en la arena y en el agua. Además aprendimos que gracias a la luz solar existe el color y que todos los colores derivan de los colores primarios. La luz esta involucrada en la existencia de muchas cosas del mundo ósea es uno de los elementos mas importantes que permiten la vida en la tierra.

BIBLIOGRAFIA

Para hacer este informe fueron usados:

*El libro “Física conceptual”

*La enciclopedia “Encarta 98”

*La “Enciclopedia de la ciencia

*Internet