Luz y materia
Sección de preguntas y respuestas sobre la física del color relacionadas con la luz y su interacción con la materia.
Qué es el espectro cromático
Stephen Westland, 2001.
La concepción moderna del color nació con el descubrimiento de la naturaleza espectral de la luz que hizo Isaac Newton en el siglo XVII.
Newton creía que la luz era un flujo de partículas. Sus experimentos con prismas de cristal demostraron que la luz se podía fraccionar en varios colores individuales. Es más, llegó a la conclusión de que las luces de distintos colores tenía diferentes grados de refracción; por ejemplo, la luz azul se desviaba más que la roja al pasar del aire a un medio con un índice de refracción mayor, como es el caso de un prisma de cristal.
Ahora sabemos que los famosos experimentos de Isaac Newton demostraban que la luz blanca estaba formada por energía de distintas longitudes de onda.
El ojo humano es sensible a una amplia franja de longitudes de onda situadas entre los 380 y los 780 nanómetros, aproximadamente. El espectro de luz visible o espectro cromático representa sólo una mínima fracción de todo el espectro electromagnético.
Dentro del espectro de luz visible, ciertas longitudes de onda nos causan determinadas sensaciones visuales. Así, por ejemplo, las longitudes de onda más cortas se perciben como colores violetas o azulados. Sin embargo, es importante entender que el uso de expresiones como "luz azul" es sólo una cuestión de comodidad expresiva que no se contradice con el hecho de que el color sólo existe realmente en nuestra mente.
Qué es un nanómetro (nm.)
Stephen Westland, 2001.
Cualquier radiación de energía electromagnética, luz visible incluida, se puede concebir en forma de onda. La energía se mueve hacia adelante como una ola, y la distancia entre cada una de sus crestas es lo que se llama "longitud de onda" (wavelenght), que se referencia con la letra griega lambda (λ).
Las longitudes de onda que corresponden a la luz son bastante pequeñas en términos convencionales, en torno a los 0,0000005 metros (es decir: 10-6 metros).
Para mayor comodidad, usamos la medida del nanómetro (nm.), que mide una milmillonésima parte de un metro (10-9 metros). El sistema visual humano es sensible a las longitudes de onda situadas entre los 380 y los 780 nanómetros.
Es posible describir una luz mediante su frecuencia (abreviada por convención con la letra "v"). La frecuencia es el número total de ondas que pasa por un punto dado en un segundo.
La velocidad de una energía electromagnética (abreviada por convención con la letra "c") se relaciona con su longitud de onda (λ) y su frecuencia (v) mediante la fórmula c = v · λ.
Qué pasa cuando una luz ilumina una superficie
Stephen Westland, 2001.
Cuando la luz alcanza una superficie, pueden pasar dos cosas:
Un cambio en el índice de refracción hace que la luz se vea reflejada por la superficie. La luz así reflejada se llama "reflexión especular" (specular reflection).
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La luz no se refleja, sino que penetra en la materia. Sin embargo, al atravesar la superficie, el cambio en el índice de refracción del material atravesado reduce algo la velocidad de la luz, lo que hace que se desvíe (refracción).
La luz puede atravesar por completo un material. En ese caso decimos que ha sido "transmitida".
El ángulo de refraccion r se corresponde con el ángulo de incidencia i y los índices de refracción del aire (n1) y la superficie (n2). Así, si el índice de la superficie es 1,5 y el del aire 1, si el ángulo de incidencia fuera de 45º, el ángulo de refracción sería 28º.
Además, cabe la posibilidad de que la materia absorba la luz, o la disperse. La luz dispersada o reflejada puede terminar por salir por el frente, la parte de atrás o un costado del objeto iluminado.
Cómo se absorbe la luz
Stephen Westland, 2001.
La materia puede absorber la luz debido a una serie de fenómenos que incluyen vibraciones y rotaciones atómicas, efectos de campos ligandos (ligand-fields), orbitaciones moleculares y transferencia de cargas. Es muy usual que una sustancia concreta sea capaz de absorber ciertas cantidades de energía luminosa. En este sentido, las propiedades de absorción luminosa de los distintos materiales depende de cuál sea las longitudes de onda que componen una luz dada.
La energía que las moléculas de una sustancia absorben se puede disipar en forma de energía cinética o calorífica, aunque a veces puede volverse a emitir.
Cómo se dispersa la luz
Stephen Westland, 2001.
En este FAQ se habla sobre la medida y control de las superficies coloreadas como plásticos, telas, acabados pintados…
Está más enfocado a usuarios prácticos que a estudiantes teóricos. Aquellos que necesiten una introducción más teórica a la reproducción digital de imágenes en color quizá prefieran comenzar consultando el FAQ sobre el color de Poynton.
Si lo que busca no está en este FAQ, puede visitar el foro de la empresa Colourware (en inglés) o, para un estudio más serio, le sugiero visitar la tienda de dicha firma con libros sobre la ciencia del color.
Si tiene cualquier pregunta o sugerencia sobre este documento, estoy disponible en mi correo electrónico o a través de la Escuela de Diseño de la Universidad de Leeds (Gran Bretaña).
Porqué es azul el cielo
Stephen Westland, 2001.
La luz procedente del sol se compone de todas las longitudes del espectro visible. El polvo y otros componentes de la atmósfera terrestre dispersan las longitudes cortas (azules) del espectro luminoso más que las otras.
La consecuencia es que la luz que se dispersa desde esas partículas hace que el cielo parezca azul, mientrás que la luz que procede directamente al mirar el sol tiende a verse con su tono complementario, el amarillo (en el caso de las puestas de sol, rojizo).
Porqué tienen color las cosas
Stephen Westland, 2001.
Hay muchas razones por la que las cosas parecen tener color. Para la mayoría de las sustancias físicas, la causa es que sus propiedades de absorción o dispersión son diferentes para las distintas longitudes de onda.
Así, en una sustancia que parezca ser amarilla eso ocurre debido a que tiene mayor capacidad de absorción en la zona azulada del espectro luminoso y dispersa la luz mejor en las zonas verdes y rojas del mismo.
Lo más usual es que un pigmento disperse la luz con mucha eficacia en una zona del espectro luminoso y tenga su principal zona de absorción en otra. Eso explica porque los materiales translúcidos o las películas coloreadas tengan tonos diferentes cuando se las observa por reflexión o por transparencia.
Qué es la fluorescencia
Stephen Westland, 2001.
La mayoría de los materiales dielectricos absorben la luz, que a continuación se disipa en forma de calor o energía cinética.
Las sustancias fluorescentes, sin embargo, pueden absorber la luz y volverla a emitir. Como el proceso no es perfecto, siempre hay una pérdida de energía que hace que la luz re emitida tenga una longitud de onda más larga que la de la luz recibida.
Esta propiedad es utilizada en los agente blanqueadores fluorescentes que se usan en la fabricación del papel o los detergentes. Absorben la luz en la zona cercana al ultravioleta y la reemiten en la zona azulada del espectro luminoso, lo que resalta la cantidad de luz visible que reflejan.
Si se miden con un espectrofotómetro de reflectancia convencional, las sustancias fluorescentes pueden mostrar una reflectancia mayor del 100% en ciertas longitudes de onda.
Qué es la fosforescencia
Stephen Westland, 2001.
La fosforescencia es un fenómeno similar a la fluorescencia. La principal diferencia es que hay un retraso temporal entre la absorción y la reemisión. De este modo, las sustancias fosforescentes pueden almacenar energía electromagnética, al menos por un breve período de tiempo.
Cúal es la diferencia entre un tinte y un pigmento
Stephen Westland, 2001.
Los tintes (dyes) y los pigmentos (pigments) son componentes químicos responsables de buena parte de los colores en la naturaleza. Se suelen añadir a los productos artificiales como los tejidos o los alimentos para que tengan un color deseado.
Los tintes son solubles en la materia a la que se aplican. La consecuencia principal de esto es que tienden a absorber la luz y no a dispersarla. De ese modo, los tonos claros que se ven en los cristales tintados o en los filtros de colores transparentes se deben a tintes.
Los pigmentos son insolubles en el medio al que se aplican, por lo que absorben y dispersan la luz. Este proceso de dispersión se puede ver en los pigmentos plásticos o en las pinturas. De hecho, el principal propósito de añadir, por ejemplo, dióxido de titanio a las pinturas y sustancias similares es proporcionarles un poder opacante (consecuencia de la dispersión de la luz incidente).
Porqué somos sensibles a las longitudes de onda entre los 380 y los 780 nanómetros
Stephen Westland, 2001.
El mundo en el que vivimos tendría un aspecto muy distinto si nuestros ojos fueran sensibles a longitudes de onda que no fueran aquellas a las que llamamos "espectro luminoso".
La famosa afirmación de Isaac Newton de que los rayos de luz no tienen color se hace evidente cuando pensamos cómo se vería el mundo si nuestro rango de percepción estuvieran entre los 4.000 y los 7.000 nanómetros de longitud de onda en vez de los 380 y 780 entre los que realmente está.
La luz de unos 700 nanómetros de longitud de onda no es roja por ninguna propiedad intrínseca de esa longitud de onda, sino porque ese es el efecto que causa en nuestro sistema visual.
De hecho, algunas criaturas, como los pájaros y las abejas, tienen una sensibilidad visual que es diferente y, en buena medida, más amplia que la nuestra.
No está claro porque hemos evolucionado hasta ser sensible a los 380 - 780 nanómetros. Una posibilidad es que las ondas de luz que son más cortas que ese intérvalo dañan los tejidos vivos, y que las que son más largas llevan asociado calor. El ojo humano contiene un pigmento llamado "pigmento macular" cuya presencia, según parecen sugerir las investigaciones, proteje a los ojos de las ondas electromagnéticas menores a los 400 nanometros aproximadamente.