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PERCEPCIÓN DE LOS COLORES.
TEORÍA TRICROMÁTICA |
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En el tema sobre
naturaleza de la luz hemos visto la gran contribución que
hizo Young en sus
estudios sobre interferencias de la luz.
Pues bien,
otra
contribución muy importante de Young, e igualmente apoyada en su modelo
ondulatorio, fue sobre la
percepción de los colores. Young conocía bien el trabajo de
Newton, y, en relación con este tema, replicó de forma expresa el modelo
newtoniano en un largo trabajo que presentó en 1802 en la Royal Society
de Londres. Recordamos que
según Newton la luz sería una granizada de corpúsculos y cada
corpúsculo luminoso que portara un determinado color debía ser diferente
al resto (que portarían colores diferentes). Young afirmó que esto era insostenible.
Puesto que la gama de tonalidades del
espectro visible parecía prácticamente continua, para
que fuera correcta la propuesta de Newton tendría que haber un número enorme
(casi ilimitado) de corpúsculos de luz de diferente tipo. Entonces, dentro de nuestros ojos, tendríamos que poseer un
número extraordinariamente elevado de receptores de distintos
tipos, para que cada uno de ellos pudiera detectar o ser
sensible a cada uno de esos corpúsculos. |
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Young mostró
que su modelo ondulatorio podía superar esta dificultad. Planteó que cuando varias ondas luminosas de
colores diferentes viajan juntas, se perciben como una onda luminosa de un solo
color, que resulta de la composición de los colores de esas luces.
Partiendo de esta premisa,
comprobó empíricamente que los diferentes colores de luz del
espectro se pueden obtener combinando adecuadamente tres luces básicas:
verde,
roja
y el
azul
intensa.
De tal forma que las tres luces
superpuestas se ven como luz blanca.
Con ello, Young, además de reforzar su
modelo ondulatorio, superó brillantemente la dificultad
que había observado en la teoría de Newton, ya que puso de manifiesto
que en
nuestros ojos, solamente sería necesario tener receptores de tres tipos para distinguir todos los colores visibles
(On the theory of light and
colors. Memoria presentada por Young en 1802) |
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Hoy es bien conocido que en la retina del ojo humano hay unas células
fotoreceptoras especializadas, llamadas conos y bastones
(representados en la imagen de debajo, situada más a la
izquierda). La percepción del color se debe a que la
probabilidad de absorción por los conos de los fotones que les
llegan es distinta según sea la longitud de onda de dichos
fotones. Ello hace que generen impulsos eléctricos mayores o
menores distintos según sea esa longitud de onda. Tal como había predicho Young,
y comprobó poco después
Von Helmholtz
(1821-1894), existen básicamente tres
tipos de conos: unos que "presentan una sensibilidad máxima"
(generan un impulso eléctrico mayor) cuando reciben
fotones de longitudes onda más largas ("conos
rojos", máximo alrededor de 570nm), otros que tienen esa sensibilidad
mayor cuando les llegan fotones de
longitudes de onda medias ("conos
verdes", 543nm) y otros que la tienen cuando les llegan
fotones de
longitudes de onda más cortas ("conos
azules", 442 nm).
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El cerebro compara las
señales recibidas de al menos dos conos distintos y las
procesa como diferencia de color en una gama de
tonalidades que abarca todo el espectro visible. Es
decir, la combinación de dos en dos, de estas
tres luces básicas en una mayor o menor proporción
es lo que 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 procede de una animación de
la magnífica web
Educaplus (de Jesús Peñas Cano) con la
que se puede
practicar la suma aditiva de las tres luces básicas (roja,
verde
y azul). Como se
observa, al combinarlas 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
nuestros conos especializados reciben 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 de las luces básicas, pero teniendo dichas
luces intensidades relativas
diferentes. [La animación original
es interactiva y está
aquí. No dejes de visitarla
y aprovechar para ver en
Educaplus otras muchas
animaciones de Física con alto valor educativo].
Para
poner en evidencia estas combinaciones aditivas de las
tres luces primarias en el aula, se
pueden usar cañones de luz de esos colores con
intensidad regulable. Los cañones se han de enfocar
hacia una pantalla blanca, como puede ser, por ejemplo,
la propia pared del aula y los estudiantes han de
dirigir su mirada hacia esa pantalla, puesto que (como
explica detalladamente en el tema
luz y visión
y se recuerda al inicio de este mismo tema) el ojo humano no ve ninguna luz
(tampoco la luz visible), sino que construye una imagen
de los focos (primarios o secundarios) que emiten esa
luz. En esta experiencia la pantalla ejerce de foco
secundario que emite la suma de las luces recibidas de
los cañones. Obviamente, si,
en lugar de mirar a la pantalla, se dirige la mirada
hacia esos cañones de luz, lo que se ve son, por
separado, cada los
focos emisores primarios, es decir, las fuentes con las
que cada cañón emite luz (cada una de "su color"). |
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Otra
experiencia muy sencilla, que se puede realizar en
el laboratorio escolar, consiste en utilizar una
lente convergente para sumar en el foco de la misma tres luces
previamente obtenidas haciendo pasar luz blanca por
un triple filtro. Como vemos en la fotografía
adjunta, tomada por alumnos de Bachillerato en el IES "Leonardo da Vinci" de Alicante, si los
espectros de las tres luces completan la gama de
longitudes de onda de la luz visible, esa resultante
obtenida en el foco tiende, efectivamente, al
blanco. Por supuesto que las franjas de colores que
se observan tan bien en la fotografía adjunta,
tampoco son aquí consecuencia de una observación por
la cámara de la luz que, para dicha foto, viaja de
derecha a izquierda, sino la imagen que construye
dicha cámara del banco óptico, que es iluminado por
esa luz. La superficie del banco óptico (de color
blanco) la devuelve en todas direcciones, entre
ellas la dirección vertical en la que apunta hacia
él la cámara. |
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Como se
sabe, los
televisores, los monitores de ordenador y bastantes
modelos de teléfonos móviles también utilizan las tres
luces primarias para producir toda la gama cromática que
podemos ver en sus pantallas y, por tanto, son unos
buenos ejemplos de aplicación tecnológica de la teoría tri-cromática
del color. En estos aparatos, cada uno de los múltiples focos que
emite alguna de las tres luces básicas está contenido en
un pixel (“picture element” o menor punto de imagen). En consecuencia, la resolución de la pantalla
es
tanto mayor (es decir, implica una imagen más nítida)
cuantos más pixeles contenga un área determinada de la
misma. En la parte más a la izquierda de la imagen
siguiente (fuente:
wikipedia) se
muestran cuatro ejemplos de conjuntos de pixeles
correspondientes a otros tantos tipos de monitores.
Como se ve, todos ellos coinciden en alternar de
manera homogénea los pixeles emisores de luz de cada uno de los tres
colores primarios (rojo, verde y azul). |
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Para
formar y dar color a la imagen de un determinado
objeto en la pantalla, cada
uno de los muchísimos pixeles que contribuya a
la misma se puede encender o no, con lo que el color de dicha imagen depende finalmente del
porcentaje de pixeles de cada luz primaria que estén
encendidos.
Por otra parte, una vez se conocen
las dimensiones de un monitor (el dato que suele
proporcionar el fabricante es la longitud de la
diagonal en pulgadas) y su resolución en pixels
(número de ellos en las dos dimensiones de la
pantalla: ancho por alto) podemos calcular el tamaño
de los pixels del mismo, tal como se muestra, para
un ejemplo concreto, a la izquierda de este texto.
Es instructivo plantear en clase este tipo de
cálculos, que puede ayuda a los estudiantes a
adquirir una idea precisa del orden de magnitud del
tamaño de los pixeles. (ejemplo de cálculo que
propone el profesor Benito Vázquez Dorrio,
Universidad de Vigo, autor de la magnífica web
clickonphysics) |
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Para terminar este apartado, conviene señalar el
hecho de que mecanismo que permite la percepción del
color, que como hemos visto, se basa en la
existencia múltiples receptores en la retina (los
conos), no es exclusivo de los humanos, sino que,
como es lógico, lo tienen también los animales,
aunque, eso sí, cada uno de una manera peculiar. El
análisis de los conos en la retina permite conocer
la percepción particular del color que tiene cada
ser vivo (persona o animal).
Así se sabe, por ejemplo, que: El espectro visible de algunos animales, como las
abejas, se desplaza globalmente con respecto al del
ojo humano hacia el violeta, con lo cual, aunque
también tienen una visión tricromática, no ven una parte de los rojos que
nosotros sí vemos y, sin embargo, si pueden ver la radiación ultravioleta
cercana. Otros animales como los perros tienen una
visión dicromática y, en este caso, desplazada hacia menor longitud
de onda (azules y amarillos), de manera que no distinguen bien las tonalidades rojas y
verdes. La mayoría de las especies de murciélago
tienen visión monocromática (blanco y negro);
Etc.
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