Luz e iluminación © U V M

Una definición inicial Pitagoras; señalaba en su teoría: la Luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todas direcciones, choca contra los objetos y rebota de ellos; cuando ésta penetra en nuestros ojos, produce la sensación de ver el objeto desde el cual rebotó La luz se puede definir como la radiación electromagnética que es capaz de afectar el sentido de la vista.

Ondas electromagnéticas Propiedades de onda: c E B Eléctrico E Magnético B Las ondas viajan a la rapidez de la luz v. Campos eléctrico y magnético perpendiculares a la propagación de la onda. No requieren medio de propagación. 3 x 108 m/s

Longitudes de onda de la luz El espectro electromagnético está disperso sobre un enorme rango de frecuencias o longitudes de onda. La longitud de onda l se relaciona con la frecuencia f: v = fl v = 3 x 108 m/s Las ondas EM visibles (luz) tienen longitudes de onda que varían de 0.00004 a 0.00007 cm. Rojo, l 0.00007 cm Violeta, l 0.00004 cm

El espectro EM Una longitud de onda de un nanómetro 1 nm es: 1024 1023 1022 1021 10201019101810171016 101510141013101210111010109 108 107 106 105 104 Frecuencia Longitud de onda f (Hz) l ( nm) 10-7 10-6 10-4 10-3 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 1010101110121013 Rayos gamma Rayos X Rayos infrarojos Ondas de radio cortas Transmisión de radio Ondas de radio largas Ultravioleta Una longitud de onda de un nanómetro 1 nm es: 1 nm = 1 x 10-9 m 400 nm  700 nm Espectro visible Rojo 700 nm  Violeta 400 nm v = fl v = 3 x 108 m/s

Ejemplo 1. La luz de un láser helio-neón tiene una longitud de onda de 632 nm. ¿Cuál es la frecuencia de esta onda? El láser helio-neón Longitud de onda l = 632 nm Láser v v f = 4.75 x 1014 Hz

Propiedades de la luz Cualquier estudio de la naturaleza de la luz debe explicar las siguientes propiedades observadas: Propagación rectilínea: La luz viaja en líneas rectas. Reflexión: Cuando la luz incide en una superficie lisa, los rayos luminosos son rechazados o reflejados en una sola dirección. La luz que golpea una superficie suave regresa al medio original. Refracción: Desviación que sufre la luz al llegar a la superficie de separación entre dos sustancias de diferente densidad. La luz se desvía cuando entra a un medio transparente.

La naturaleza de la luz Dispersión de luz blanca en colores. Los físicos han estudiado la luz por siglos, y encontraron que a veces se comporta como partícula y a veces como onda. En realidad, ¡ambos son correctos! Reflexión y propagación rectilínea (trayectoria en línea recta) Dispersión de luz blanca en colores.

Rayos de luz y sombras Se puede hacer un análisis geométrico de las sombras al trazar rayos de luz desde una fuente de luz puntual: sombra pantalla Fuente puntual Las dimensiones de la sombra se pueden encontrar al usar geometría y distancias conocidas.

Ejemplo 2: El diámetro de la bola es 4 cm y se ubica a 20 cm de la fuente de luz puntual. Si la pantalla esta a 80 cm de la fuente, ¿cuál es el diámetro de la sombra? 4 cm 20 cm 80 cm h La razón de la sombra a la fuente es la misma que la de la bola a la fuente. Por tanto: h = 16 cm

Sombras de objetos extendidos Fuente extendida penumbra umbra La umbra es la región donde la luz no alcanza la pantalla. The umbra is the region where no light reaches the screen. La penumbra es el área exterior donde sólo parte de la luz alcanza la pantalla.

La curva de sensibilidad Los ojos humanos no son igualmente sensibles a todos los colores. Curva de sensibilidad Longitud de onda l Sensibilidad 555 nm Los ojos son más sensibles en el rango medio cerca de l = 555 nm. 400 nm 700 nm 40 W 40 W Las luz amarilla parece más brillante al ojo que la luz roja.

Intensidad luminosa y flujo luminoso La fotometría es la parte de la óptica cuya objetivo es determinar las intensidades de las fuentes luminosas y las iluminaciones de las superficies. Algunas cosas emiten luz y otras las reflejan. A los cuerpos productores de luz, como el sol, un foco, se les nombra cuerpos luminosos. A los cuerpos que reciben rayos luminosos, como es el caso de un árbol, una mesa, se les denomina cuerpos iluminados. La intensidad luminosa es la cantidad de luz producida e emitida por un cuerpo luminoso. Para cuantificar la intensidad luminosa de una fuerte de luz, se utiliza en el SI la candela (cd) El flujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz.

El lumen como unidad de flujo La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen (lu). Un lumen es el flujo luminoso recibido durante un segundo por una superficie de 1 m2 Iluminación: una superficie está iluminada cuando recibe una cierta cantidad de luz,. Es muy importante para nuestra salud, contar con una iluminación adecuada según la actividad que vayamos a realizar. Una bombilla incandescente común de 100 W emite una potencia radiante total de 1750 lm. Esto es para luz emitida en todas direcciones.

Iluminación. 1 lux= 1 candela/m2 La iluminación es la cantidad de luz que recibe las superficies de los cuerpos, su unidad de medida es el lux (lx). Un lux es la iluminación producida por una candela. 1 lux= 1 candela/m2 Como sabemos, los focos incandescentes con filamento utilizados en los hogares, producen una iluminación que depende de su potencia medida en watts. La equivalencia entre una potencia de un watt en un foco y la intensidad luminosa producida es aproximadamente igual a: 1 watt= 1.1 candelas Un foco de 40 w equivale a 44 candelas , uno de 60 watt a 66 cd.

Ley de la iluminación o ley inversa del cuadrado. Es una consecuencia de la propagación en línea recta de la luz. Por ejemplo: Al colocar un foco de 40 watts a una distancia de un metro de la superficie de una mesa, se produce una cierta iluminación sobre ella. Si después elevamos el foco a una distancia de 2 metros, observaremos que la iluminación de la superficie de la mesa se ha reducido a la cuarta parte de la anterior. Finalmente, si triplicamos la distancia colocando el foco a 3 metros de la mesa, la iluminación que recibe equivale a la novena parte de la inicial

La relación cuadrado inverso 3 m 2 m 1 m 1 m2 4 m2 9 m2 Si la intensidad es 36 lx a 1 m, será 9 lx a 2 m y sólo 4 lx a 3 m.

Ley de la iluminación o ley inversa del cuadrado. La iluminación E que recibe una superficie es directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa I, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d que existe entre la fuente y la superficie . Matemáticamente se expresa así: E= I/d2 Donde: E= iluminación expresada en lux (lx) I=Intensidad de la fuente luminosa calculada en candela (cd) d= distancia entre la fuente luminosa y la superficie medida en metros (m)

Ejemplo 5. Una luz de 400 cd se ubica a 2. 4 m de una mesa de 1 Ejemplo 5. Una luz de 400 cd se ubica a 2.4 m de una mesa de 1.2 m2 de área. ¿Cuál es la iluminación y cuál el flujo F que cae sobre la mesa? W R d E = 69.4 lx Iluminación: Ahora, al recordar que E = F/A, se encuentra F a partir de: F = 93.3 lm F = EA = (69.4 lx)(1.20 m2)

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