PERCEPCIÓN DE LOS COLORES. TEORÍA TRICROMÁTICA


 

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.

 

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)

 

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).

   
 

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.

 

 

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").

 

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.

 
 

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).

 

 

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)

 

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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