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EXPERIMENTOS
SOBRE LUZ Y COLORES |
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Experimentos
realizados por alumnos de Secundaria y de Bachillerato en el IES "Leonardo
da Vinci" de Alicante. |
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DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ
BLANCA EN COLORES |
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Estas fotografías,
tomadas por alumnos
de 4º ESO y de 2º Bachillerato, muestran la dispersión de la luz
blanca cuando es refractada por
un prisma. En la fotografía situada más a la izquierda la
posición del prisma en relación con la luz que
lo atraviesa propicia que los colores del
espectro visible se reflejen encima del
banco óptico, enfrente del prisma. En la fotografía situada más a la derecha
la posición del prisma propicia que los
colores tracen una línea encima del
banco óptico. Un estudiante coloca un papel blanco
en este recorrido
para verlos
con mayor nitidez. |
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Antes
de que
Newton
(1643-1727)
investigara este fenómeno se había considerado
que los colores eran el resultado de mezclar "lo
oscuro" con la luz blanca en mayor o menor
medida, pero Newton comprobó en 1966 que el
fenómeno era exactamente al revés y concluyó que
la luz blanca está compuesta por todos los
colores del arco iris. Se equivocó, sin embargo,
al considerar la luz como un chorro de
partículas. En la misma época en la que Newton
hizo estas propuestas,
Huygens
(1629-1695)
formuló una teoría ondulatoria de la luz que se
desarrollaría fructíferamente durante el siglo
XIX.
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Como parte de este desarrollo de la
teoría ondulatoria de la luz
Young
(1773-1829) explicó
la dispersión de luz blanca en colores:
Cada color de la luz tiene una longitud
de onda diferente o característica en
cada medio. Por ello, al aplicar el
principio de Huygens a la refracción
aire-vidrio, se deduce que el rayo de
luz violeta, por ejemplo, se desvía más
que el de luz roja. |
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Tal como
muestra esta otra fotografía, tomada en el
laboratorio por un alumno de 2º
Bachillerato, la
descomposición de la luz en colores
también se puede ver muy claramente al
iluminar un CD. Como se explica en el
este documento, el CD actúa como una
rejilla de difracción, debido a que el
tamaño de sus ranuras es muy pequeño y
comparable con la longitud de onda de la
luz que incide sobre él. El CD iluminado
devuelve luz desde múltiples puntos, de
tal forma que la luz emitida en
todas las direcciones desde
cada uno de ellos
interfiere con las emitidas desde los
demás. Estas interferencias provocan que
cada luz de una determinada longitud de onda (cada
color) emerja del CD con un ángulo
diferente. |
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LUCES. SUMA
ADITIVA |
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En la retina del
ojo humano hay un tipo de células (llamadas conos) sensibles
a la luz que hacen posible la visión de los colores. Hay tres
tipos de conos: unos que presentan una sensibilidad máxima para
las longitudes onda más largas ("conos
rojos"), otros con mayor sensibilidad a las
longitudes de onda medias ("conos
verdes") y otros con mayor sensibilidad a las
longitudes de onda más cortas ("conos
azules"). La combinación de estas
tres luces básicas en una mayor o menos proporción da
lugar a la visión tri-cromática que poseen la mayoría de las
personas y mediante la cual se abarcan todas las tonalidades del
arco iris. |
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La figura
animada
adjunta ilustra la suma aditiva de colores. Combinando las tres luces básicas
(roja, verde y azul) de dos en dos se obtienen luces de otros tres colores del espectro visible
(amarillo,
magenta y
cian) y combinando las tres luces
se obtiene luz blanca.
Esto significa que una fuente de luz se ve de cada uno de estos colores, cuando
emite una, dos o las tres luces básicas con la misma
intensidad. Cualquier otro color intermedio (por ejemplo,
naranja, marrón, gris, etc.) se obtiene
siguiendo el mismo procedimiento de suma aditiva de los
colores básicos, pero teniendo las
luces emitidas intensidades relativas
diferentes. |
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En 2011
se inauguró el
centro cultural Niemeyer en la ciudad
asturiana de Avilés. La primera exposición fue una
magnífica obra del cineasta y fotógrafo Carlos Saura
sobre la luz, y uno de sus montajes permitía a los
visitantes combinar las luces básicas.
Como se
observa en el clip de video adjunto, tuvimos la
oportunidad de visitar la exposición y manipular dicho montaje.
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Teniendo en
cuenta estos conceptos, se entiende que los objetos se
ven de un determinado color porque cuando son iluminados actúan como fuentes
secundarias: Absorben la luz que les ilumina y
emiten en todas direcciones una luz no idéntica, que explica "su color". |
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Por
ejemplo: un limón se ve amarillo cuando es iluminado con
luz blanca, porque cada punto de su superficie emite en
todas las direcciones luces verde y azul; una rosa se ve magenta porque al ser
iluminada con luz blanca emite en todas las direcciones
luces azul y roja, etc. |
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Los
alumnos constatan en el laboratorio la suma
aditiva de luces realizando un experimento muy sencillo.
Consiste en hacer converger varias luces
(previamente obtenidas con un filtro) con una lente y
comprobar el color que resulta en el foco. Por ejemplo,
en la fotografía adjunta en el foco de la lente
convergen luz azul, luz roja y luz amarilla (azul más
verde). Por tanto, se suman los tres colores primarios
(azul, rojo y verde) y el foco se ve blanco. |
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Otro
experimento similar se puede realizar utilizando un
disco de Newton, que es un círculo con sectores
pintados de colores que abarcan el espectro visible:
rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. Al
girar el disco rápidamente, el ojo humano no puede separar las impresiones lumínica
producidas por las luces de los diferentes colores y, en
consecuencia, el disco entero se ve blanco.
Los
estudiantes pueden construir discos caseros con
diferentes combinaciones de colores. El video adjunto
muestra el resultado de este experimento realizado por
los alumnos con un disco que, cuando gira, se muestra de
color gris claro. |
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En el
video adjunto (filmado en el concurso Ciencia en Acción XI, que se celebró en 2010 en Santiago de Compostela), el
profesor Antxon Anta Unanue, del Colegio Alemán San
Alberto Magno de San Sebastian, realiza una demostración
del resultado que producen varias sumas aditivas de
colores con una ingeniosa rueda cromática, construida
por él mismo. Cuando la rueda gira a suficiente
velocidad, el receptor no tiene tiempo de separar
las luces que se emiten desde lugares equidistantes del
centro de la rueda y la sensación es que se forman
anillos del color que resulta de la suma aditiva de los
colores de esas luces. |
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FILTROS. SUMA
SUSTRACTIVA |
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Un filtro de luz
es cualquier material que, al paso de ésta, absorbe algunas de
las longitudes de onda y refleja y deja pasar el resto. El color
de un filtro puede ser igual al de una luz primaria o no. Por
ejemplo: un filtro rojo
absorbe las luces azul y
verde, y deja pasar y refleja
la luz roja; un filtro magenta
absorbe la luz verde, y deja
pasar y refleja las luces azul
y roja (la suma de las luces
azul y roja es magenta), etc. Al mirar un filtro iluminado nos
llega el conjunto de longitudes de onda que deja pasar y refleja
(suma sustractiva). El color correspondiente a ellas se llama color
pigmento. |
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La
animación adjunta ilustra la suma sustractiva
de colores superponiendo filtros primarios (colores
primarios sustractivos). Por ejemplo, si se
superpone un filtro magenta
(deja pasar y refleja las luces azul y roja, absorbe la
luz verde) a otro filtro amarillo
(deja pasar y refleja las luces roja y verde; absorbe la
luz azul), el resultado es el color
rojo (única luz
primaria no absorbida). Si se superponen los tres
filtros
el resultado es la ausencia de color: negro
(entre los tres filtros absorben las tres luces
primarias).
A
propósito de esto nos podemos plantear cómo es posible
que veamos un objeto negro que no emite ninguna luz. La
respuesta es que el ojo sí ve al resto de objetos que sí emiten
luz alrededor del objeto negro. La silueta que se "ve" del
objeto negro es el
hueco que queda.
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En 2015, con motivo del Año Internacional de la Luz en 2015,
el Espacio Fundación Telefónica ha realizado una
interesante exposición creada por
Jim
Campbell, un
ingeniero electrónico pionero en el uso de la
tecnología lumínica para desarrollar instalaciones
interactivas de gran valor artístico.
Uno de los recursos que utiliza este artista se
basas este concepto, por el cual restamos los
objetos luminosos que sí vemos para construir el
contorno y la correspondiente silueta de los
objetos negros invisibles. |
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Obras
de Campbell: A la izquierda se "ven"
las siluetas móviles de dos
nadadores, a la derecha la de una
persona paseando |
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Para crear figuras "negras"
en movimiento, Jim Campbell programa la interrupción a
intervalos de tiempo adecuados de la luz emitida por un
mosaico de fuentes (normalmente LEDs), que, conjuntamente,
dibujan el fondo (iluminado) de sus "cuadros".
En mayo de 2015 visitamos esta interesante exposición y
pudimos tomar algunas fotografías y algunos pequeños
videos como los que se muestran adjuntos. |
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En el
laboratorio del Instituto se dispone de filtros de varios colores con
los que los estudiantes practican la suma sustractiva.
Por ejemplo, la fotografía
situada más a la izquierda muestra la superposición de
un filtro cian
(absorbe la luz roja) y un
filtro amarillo (absorbe la luz azul). El
resultado es verde
(única luz primaria no absorbida). La otra fotografía,
situada más a la derecha, muestra la superposición de un
filtro rojo (absorbe
las luces azul y verde) y un
filtro cian (absorbe la luz roja). El
resultado es negro, puesto que entre los dos
filtros absorben las tres luces primarias.
En la realización de estas actividades, los alumnos,
antes de superponer dos o más filtros, han de predecir
el color resultante.
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Además
de mirar a los filtros directamente, se puede trabajar
con ellos colocándolos en puertas, que se sitúan encima
del banco óptico. Sobre el banco se observa el haz de
luz que el filtro deja pasar, lo que permite también deducir las
luces que
absorbe. Los experimentos sobre filtros de luz también
se pueden ampliar con actividades en las que los
estudiantes usen rotuladores de colores o pinturas. |
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