Luz y color

 

¿Qué es la luz?  

Definición de la RAE : " Radiación electromagnética en el espectro visible ."

Es decir no es más que una forma de energía que se manifiesta como una radiación electromagnética, como las ondas de radio, radar, microondas, la radiación infrarroja, la ultravioleta o los rayos X.

Longitud de onda y el color  

La única diferencia entre las diferentes formas de radiación es su longitud de onda.

La radiación con una longitud de onda de entre 380 y 780 manómetros (nm) es la parte visible del espectro electromagnético y es lo que conocemos como luz.

Dentro de ese espectro el ojo interpreta las distintas longitudes de onda como colores, que van desde el rojo para longitudes de 800nm al violeta para longitudes de 380nm pasando por los naranjas, amarillos, verdes y azules entre estas longitudes de onda. Por encima y debajo de estos valores se encuentran los infrarrojos y ultravioletas respectivamente que forman parte de los espectros no visibles.

La luz blanca es una mezcla de longitudes de onda visibles, lo cual se demuestra al ver como se descompone al atravesar un prisma.

Describir la luz como una onda electromagnética explica algunas de sus propiedades como la reflexión y la refracción. Sin embargo otras de sus propiedades solo pueden explicarse gracias a la teoría quántica.

Esta teoría describe la luz como paquetes de energía indivisibles que se comportan como partículas. La teoría quántica explica propiedades como el efecto fotoeléctrico.

Comportamientos de la luz  

Cuando la luz choca con una superficie nos podemos encontrar con tres tipos de comportamientos; se transmite, se refleja o se absorbe. Estos comportamientos no son excluyentes, es decir se pueden producir uno o varios de una forma simultánea, de hecho lo mas corriente es que se produzca una combinación de estos comportamientos en distintas proporciones.

 

La transmisión

Los materiales transparentes transmiten la luz que incide en su superficie. La proporción de luz trasmitida se conoce como transmitancia . Los materiales de alta transmitancia como el agua pura o el cristal transmiten casi la totalidad de la luz que no reflejan, mientras que los materiales de baja transmitancia como el papel solo dejan pasar un pequeño porcentaje.

 

La reflexión

Ley de la reflexión:

Un haz de luz que choque con una superficie de un espejo con un cierto ángulo saldrá rebotado con el mismo ángulo con respecto a la perpendicular.

La cantidad de luz rebotada dependerá del tipo de material, la composición de la luz y el ángulo de incidencia de esta y puede variar desde una pequeña parte, en el caso de superficies oscuras y mates a casi la totalidad en superficies claras y brillantes.

La forma en que se reflejara la luz también dependerá de la textura de la superficie. Una superficie rugosa reflejara la luz en todas direcciones dispersándola mientras que una superficie lisa, como un vidrio pulido o agua calmada la reflejará en una sola dirección, tal como indica la ley de la reflexión.

La absorción

Si el material no es un buen transmisor o reflector, la luz se absorbe y se convierte en calor (la energía ni se crea ni se destruye, se transforma). El porcentaje de luz absorbida por una superficie se conoce como absorbencia . Esta dependerá no solo del material si no también del ángulo de incidencia y la longitud de onda. Por ejemplo la madera es opaca a la luz visible, el cristal es transparente a ese mismo espectro y en cambio es opaco a la radiación ultravioleta por debajo de una determinada longitud de onda.

La refracción

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad diferente, sufriendo un cambio de velocidad y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado

La interferencia

RAE: Acción recíproca de las ondas, de la cual puede resultar, en ciertas condiciones, aumento, disminución o anulación del movimiento ondulatorio.

Cuando en una misma superficie nos encontramos con elementos de distintas densidades o cualidades de reflexión distintas, nos aparece el fenómeno de interferencia. Esto se manifiesta por la descomposición de la luz blanca en diferentes longitudes de onda, generando distintos colores. Por ejemplo cuando la luz se refleja en la superficie de un CD o cuando tenemos una fina capa de aceite flotando encima del agua que vemos el efecto arco iris.

El color

Es la forma en que percibimos las distintas longitudes de onda de la luz.

RAE: Propiedad de la luz transmitida, reflejada o emitida por un objeto, que depende de su longitud de onda .

La verdad es bastante mas complicado de lo que puede parecer en un principio, porque en realidad lo que nuestro ojo percibe no es la luz en si, lo que vemos en realidad es la luz que reflejan los objetos. Si en una habitación totalmente oscura, encendemos una linterna, no somos capaces de ver el haz de luz de esta, en cambio si que vemos lo que iluminamos con ese haz de luz. En cambio si la habitación esta llena de humo, niebla o polvo, aparentemente vemos el haz de luz, pero lo en realidad estamos viendo es el reflejo de la luz en las partículas en suspensión.

 

En esta imagen vemos el humo de un bastón de incienso porque la luz se refleja en él y es absorbida por el fondo oscuro, pero no somos capaces de ver el haz de luz que lo ilumina.

Por lo tanto el color de un objeto depende tanto de de las longitudes de onda que incidan en él, como la longitud de onda que sea capaz de reflejar.

Un ejemplo; una superficie roja, lo es porque refleja un alto porcentaje de longitudes de onda roja y pocas o ninguna de azul o verde. Pero solo la veremos roja, si la luz que incide esta superficie, tiene la suficiente radiación roja como para que esta pueda ser reflejada, si no tomara un aspecto grisáceo.

La composición de los colores

El ojo humano, solo es capaz de distinguir tres colores, los llamados primarios , el rojo, el verde y el azul, en ingles Red, Green y Blue (RGB). El resto de colores no son más que una combinación de estos básicos. La mezcla aditiva de estos colores básicos nos da los colores complementarios , así:

Rojo + verde = amarillo

Verde + azul = cian

Azul + Rojo = magenta

El blanco es la suma de rojo, verde y azul, mientras que el negro es la ausencia de color.

Esta representación, si bien es muy clara para ver el principio básico de la suma de colores, es un poco corta para representar la amplia gama de colores que somos capaces de interpretar.

Para ello necesitamos acudir al diagrama de cromaticidad de la C.I .E. (Comisión Internacinale de l'Eclairage).

Es una representación grafica de la gama de colores visibles por el ojo humano. En los ángulos del triangulo tenemos los colores básicos. Los valores de los colores se pueden representar con valores los numéricos de las coordinadas y abscisas.

 

Mezcla sustractiva  

La mezcla sustractiva de colores es la forma en que se combinan las tintas, por ejemplo en una impresora o en la paleta de un pintor. Si en la mezcla aditiva veíamos que la mezcla de colores básicos nos daba colores mas claros en la sustractiva es todo lo contrario, los colores se oscurecen.

En impresión los colores primarios son el cian, magenta y amarillo, es decir los que normalmente consideramos complementarios. La mezcla de estos colores nos genera el resto:

Cian + magenta = azul. Magenta + amarillo = rojo. Amarillo +cian = verde. El negro es la suma de todos los colores y el blanco es la ausencia de color, ya que es el color del soporte de impresión.

 

Espectro continuo y discontinuo

Un espectro de luz en el que estén presentes todas las longitudes de onda visibles, desde el rojo hasta el violeta, se conoce como espectro continuo. Algunas luces blancas como la luz del día, una vela, o una lámpara de incandescencia tienen un espectro continuo.

También podemos encontrar luces blancas compuestas por varias longitudes de onda selectivas y con ausencia del resto, por ejemplo mezclando azul y amarillo también obtenemos una luz blanca, a estas son las llamadas de espectro discontinuo.

 

En estos dos dibujos observamos la diferencia de iluminar un objeto con una luz blanca de espectro continuo o de espectro discontinuo.

En el dibujo superior el caballito esta iluminado con una luz blanca de espectro continuo, la imagen que interpreta nuestro cerebro contiene los mimos colores que el caballito original

En el dibujo inferior la luz blanca es de espectro discontinuo, carece del espectro rojo, en consecuencia la pintura roja carece de un espectro que reflejar y nuestro cerebro no percibe ese color.

 

Temperatura de color

Como hemos dicho el blanco no es un color primario, si no la suma de los tres colores primarios RGB, eso significa que podemos disponer de una amplia gama de blancos, como podemos ver en el diagrama de cromaticidad de la ICE.

En consecuencia dos luces blancas aun siendo de espectro continuo pueden estar formadas por mezclas de distintas proporciones de espectros. Eso significa que los colores reflejados también variaran en función de esas proporciones. Una luz con un mayor componente rojo nos dará una apariencia más calida a los colores pues reflejara mayor cantidad de rojos mientras que una luz con mayor cantidad de azul/violeta al reflejar mayor cantidad de esas tonalidades nos dará una apariencia más fría.

Para clasificar los diferentes tipos de luz blanca de espectro continuo se usa el concepto de temperatura de color. Que se define como la luz que emitiría un Cuerpo Negro calentado a una temperatura determinada . Por este motivo esta temperatura de color se expresa en kelvin, a pesar de no reflejar directamente una medida de temperatura.

Para que se pueda comprender mejor, imaginaros que calentamos una barra de hierro, cuando esta alcance los 1000ºK su color será rojo, a 2000ºK amarillo, a 4000ºK blanco neutro, etc.

Algunos ejemplos aproximados de temperatura de color:

Velas

1900-2500 K

Lámparas de filamentos

2700-3200 K

Fluorescentes

2700-6500 K

Lámparas de Sodio

2000-2500 K

Luz de luna

4000-4500 K

Luz de día

5000-5800 K

Día soleado

5800-6500 K

Día nublado

6000-6900 K

Luz de flash

5000-6000 K

Lámpara de Xenón

6000-6500 K

 

En estas dos imágenes se puede apreciar la diferencia de colores generados por distintas temperatura de color.

La superior esta tomada a mediodía y la inferior cuando ha empezado a caer el sol.

Aunque se ha igualado la iluminación, se puede apreciar como el verde es más amarillento en la primera, mientras que es mas intenso en la segunda. Esto es debido a que la luz del atardecer tiene un espectro con una componente azul mayor, lo que realza el verde.

Bibliografía:

Philips Lighting Academy - Principios básicos del alumbrado

Real Academia Española de la lengua (RAE) - Diccionario de la Lengua

Wikipedia - Enciclopedia libre

Fotografías:

Luis3D de "ElClubDigital" - Jugando con Humo

Andrés

Andrés 2007

 

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