Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
49Fuentes de luz y propagación
¿Por qué puedes leer esta página? Una lámpara alumbra — pero la página no es ninguna lámpara y, aun así, tu ojo recibe luz de cada renglón impreso. Entre las cosas que fabrican luz y las que simplemente la pasan adelante hay una distinción sin la cual la óptica no puede vivir; y con ella llega la respuesta completa a la pregunta más antigua de este libro: ¿qué hace falta para ver algo?
49.1 Fabricantes y reenviadores
Definición 49.1 (Fuentes primarias)
Una fuente primaria fabrica su propia luz: el Sol y las estrellas, las llamas, los filamentos incandescentes, el acero al blanco de la fragua, las luciérnagas, los rayos. Su luz existe brille o no brille cualquier otra cosa — apaga el mundo entero y una fuente primaria seguirá luciendo.
Definición 49.2 (Objetos difusores)
Todo lo demás que se ve es un objeto difusor: recibe luz y reenvía — difunde — una parte de ella en todas las direcciones. La página, la manzana, la Luna, tu propia cara: ninguna fabrica ni un destello propio; cada una dispersa con generosidad hacia todos los lados la luz recibida. Un difusor a oscuras es sencillamente invisible.
Ejemplo 49.3 (Difundir no es reflejar como un espejo)
Tanto los espejos como las páginas devuelven la luz recibida — pero con modales opuestos. El espejo la rebota en una única dirección disciplinada (ángulos iguales — tu vieja regla del rebote) y conserva la imagen; la rugosidad microscópica de la página rocía la luz por todas partes, destruye la imagen y se ofrece a todos los ojos a la vez. Por eso un espejo enseña la lámpara mientras que la página se enseña simplemente a sí misma, desde donde te pongas.
Ejemplo 49.4 (El expediente de la Luna, cerrado)
El veredicto de la infancia tiene ya sus palabras formales: la Luna no es ninguna fuente primaria; es un objeto difusor de tamaño planetario — roca gris que dispersa la luz del Sol en todas las direcciones, la nuestra incluida. Así que la luz de la Luna es sol de segunda mano, y su “lado oscuro” es sencillamente la mitad cuyo expediente no guarda, en ese momento, ninguna luz que reenviar.
49.2 Ver, zanjado
Proposición 49.5 (Las dos condiciones de la visión)
Un ojo ve un objeto exactamente cuando
- sale luz del objeto — fabricada, si el objeto es una fuente primaria; difundida, si es un reenviador — y
- esa luz viaja en línea recta y sin obstáculos hasta el ojo.
Rompe cualquiera de las dos condiciones — un difusor sin luz o una pared cruzada en la línea de visión — y el objeto no se ve. Todos los enigmas de visibilidad de este libro se desmontan en estas dos comprobaciones.
Ejemplo 49.6 (El haz hecho visible)
En aire limpio, un haz de linterna que cruza la habitación no se puede ver de lado — el aire no reenvía casi nada, y ninguna luz del haz se tuerce hacia tu ojo. Sacude un paño lleno de polvo: el haz salta a la vista. Cada mota de polvo es un difusor diminuto que atrapa luz del haz y dispersa una parte hacia ti — miles de motas dibujándote la línea recta del haz. La niebla, la bruma y el humo hacen el mismo servicio con los haces de los faros y los proyectores de cine.
49.3 Tres abrigos para la luz
Definición 49.7 (Transparente, translúcido y opaco)
Los materiales reciben a la luz de tres maneras:
- transparente: la luz lo atraviesa casi sin molestias, conservando su orden — el vidrio limpio, el agua en calma, el aire; las imágenes pasan intactas;
- translúcido: la luz lo atraviesa, pero revuelta — el vidrio esmerilado, el papel de calco, una cortina fina; pasa el brillo, no pasan las imágenes;
- opaco: la luz queda detenida — absorbida o difundida de vuelta — la madera, la piedra, el metal, tu mano; detrás de una cosa opaca hay sombra.
Método 49.8 (Clasificar materiales con una linterna)
Una habitación a oscuras, una linterna, una página impresa y la muestra en medio:
- sujeta la muestra sobre el texto impreso con la linterna detrás;
- ¿se lee el texto a través de ella? — transparente;
- ¿se ve resplandor pero no letras? — translúcida;
- ¿se ve oscuridad y una sombra más allá? — opaca.
Haz la prueba con honradez: muchos materiales cambian de equipo con el grosor — una lámina de agua es transparente y el fondo del mar es negro como la noche; una hoja de papel es translúcida y el libro cerrado, opaco.
Ejemplo 49.9 (Los tres equipos de la arquitectura)
Los constructores despliegan los tres a propósito. Vidrio de ventana transparente: vistas y luz a la vez. Cristales translúcidos de baño y mamparas esmeriladas de oficina: luz del día dentro, intimidad conservada — brillo sin imágenes es exactamente su descripción del puesto. Paredes y contraventanas opacas: oscuridad a demanda. Las pantallas de lámpara son la translucidez al servicio del confort: el resplandor cegador del filamento se revuelve hasta convertirse en un brillo suave y sin fuente aparente.
Observación 49.10 (Nada que reenviar, nada que ver)
Adivinanza: una astronauta entre las estrellas mira de lado a través de un vacío inundado de luz del Sol. ¿Qué ve? Negrura — y eso que la luz del Sol le pasa a raudales por delante de los ojos. El espacio no lleva polvo digno de mención: nada difunde hacia ella la luz que pasa, y la luz que no entra en el ojo no pinta nada. El cielo diurno es azul precisamente porque nuestro aire sí nos reenvía la luz del Sol hacia abajo — un planeta entero de difusión suave sobre nuestras cabezas. Sin aire, cielo negro incluso al mediodía: los astronautas de la Luna estuvieron a pleno sol bajo una cúpula negra y sin estrellas.
49.4 Ejercicios
Ejercicio 49.1 ★
Clasifica: la llama de una vela; la Luna; una luciérnaga; esta página; un semáforo en rojo; el planeta Venus al anochecer.
Solución
Solución de Ejercicio 49.1.
Fuentes primarias: la llama de la vela, la luciérnaga y el semáforo en rojo. Difusores: la Luna, esta página y Venus — el planeta luce con luz del Sol difundida, por mucho que parezca una estrella.
Ejercicio 49.2 ★
¿Qué hace un objeto difusor con la luz que recibe — y qué es de él en una habitación a oscuras?
Solución
Solución de Ejercicio 49.2.
Reenvía parte de la luz recibida en todas las direcciones. En una habitación a oscuras no recibe nada, no reenvía nada — y es invisible.
Ejercicio 49.3 ★
Enuncia las dos condiciones de la visión y úsalas: ¿por qué no se puede ver la superficie propia de un espejo perfectamente limpio, sino solo las cosas que refleja? (Cuidado — buena pregunta; responde sencillamente: ¿qué se niega a hacer su pulido con la luz?)
Solución
Solución de Ejercicio 49.3.
Tiene que salir luz del objeto hacia el ojo. Un pulido perfecto se niega a difundir: manda la luz en una única dirección disciplinada, así que ninguna luz le dice “aquí está la superficie” a todos los puntos de vista — el ojo recibe solo las imágenes redirigidas de otras cosas.
Ejercicio 49.4 ★
¿Por qué ven todos los que están alrededor de la mesa la misma manzana, mientras que solo una posición afortunada del ojo atrapa el reflejo de la lámpara en una cuchara?
Solución
Solución de Ejercicio 49.4.
La manzana difunde hacia todas las direcciones a la vez — a todos los ojos les toca una parte. El pulido de la cuchara manda la luz de la lámpara en una sola dirección, y solo una posición del ojo está sobre esa única carretera.
Ejercicio 49.5 ★
¿Por qué es invisible de lado un haz de linterna en aire limpio y visible entre la bruma? Nombra el proceso.
Ejercicio 49.6 ★
Clasifica: el vidrio de una ventana; el papel de calco; un ladrillo; una capa fina de agua limpia; la ampolla esmerilada de una bombilla; el papel de aluminio.
Solución
Solución de Ejercicio 49.6.
Transparentes: el vidrio de la ventana y la capa fina de agua limpia. Translúcidos: el papel de calco y la ampolla esmerilada. Opacos: el ladrillo y el papel de aluminio.
Ejercicio 49.7 ★
¿Qué trabajo hace la translucidez en la ventana de un baño y en una pantalla de lámpara? ¿Qué pasa y qué queda detenido?
Solución
Solución de Ejercicio 49.7.
Pasa el brillo; quedan detenidas (revueltas) las imágenes. La ventana del baño admite la luz del día y niega la vista a los curiosos; la pantalla convierte un filamento puntual y cegador en un resplandor ancho y suave.
Ejercicio 49.8 ★
La Luna está iluminada por el Sol — y, aun así, los astronautas lunares vieron un cielo negro a mediodía. Explícalo con la Observación 49.10 y di por qué el cielo de mediodía de la Tierra es, en cambio, de un azul brillante.
Solución
Solución de Ejercicio 49.8.
La Luna no tiene aire: nada por encima de los astronautas difundía hacia sus ojos la luz del Sol que pasaba, así que el cielo no les ofrecía nada que ver — negro al mediodía. El aire de la Tierra reenvía una parte de la luz del Sol desde todas las direcciones del cielo: nuestra cúpula azul y brillante es difusión sobre nuestras cabezas.
Ejercicio 49.9 ★★
Una sola hoja de papel brilla cálida delante de una linterna; el libro cerrado detiene la luz por completo. ¿Qué le hace el grosor a la pertenencia de un material a un equipo? Da un segundo ejemplo de cambio de equipo.
Solución
Solución de Ejercicio 49.9.
Cada capa añadida revuelve y roba un poco más: los equipos dependen del grosor. El agua es el segundo ejemplo del capítulo — transparente por vasos y opaca por océanos. (El papel fino, translúcido; el libro cerrado, opaco.)
Ejercicio 49.10 ★★
Truco de cine: los haces de los proyectores son invisibles en una sala limpia y, sin embargo, las películas los enseñan cortando el aire de manera dramática. ¿Qué tiene que añadirle al aire el equipo de rodaje y qué física está comprando?
Ejercicio 49.11 ★★
Ves la cara de un amigo junto a una hoguera. Sigue el viaje completo de la luz — fuente, difusión, líneas rectas — y cuenta cuántos difusores hay en la cadena si además ves esa cara reflejada en el lago.
Solución
Solución de Ejercicio 49.11.
El fuego (fuente primaria) línea recta hasta la cara la cara difunde línea recta hasta tu ojo: un difusor en la cadena. Por el lago: la luz difundida por la cara viaja recta hasta el agua en calma, rebota como en un espejo (no se difunde — el lago está pulido) y sigue recta hasta tu ojo: sigue habiendo un solo difusor, más un rebote de espejo — la cara y después el doblez disciplinado del lago.
Ejercicio 49.12 ★★★
El espectáculo de luz de la propia naturaleza: en un día claro, el cielo lejos del Sol es azul y el disco del Sol es de un blanco cegador — y al atardecer el Sol bajo se vuelve naranja mientras las nubes de arriba se tiñen de rosa. Usando únicamente “el aire difunde una parte de la luz que lo atraviesa, y tanto más cuanto más largo es el camino”, explica por qué al sol bajo le roban parte de su luz — y quién recibe la parte robada. (La historia completa del color es el capítulo de espectros del año que viene; razona aquí solo con más camino, más difusión.)
Solución
Solución de Ejercicio 49.12.
La luz del Sol que cruza el aire pierde una parte por difusión a lo largo de todo su camino — cuanto más largo el camino, mayor el robo. Al atardecer, la luz del Sol roza la atmósfera por su carretera más larga, así que el haz directo te llega robado y debilitado — el disco naranja domesticado. La parte robada no ha desaparecido: se dispersó por el camino y se entregó a otros cielos como su luz del día — y una parte, dispersada tarde, pinta de rosa las nubes altas. (Qué colores se roban antes es la historia del año que viene.)
49.5 Problema: iluminar el museo
Problema 49.1
Problema de fin de semana — la nueva sala de esculturas; el turno de noche de una diseñadora de iluminación; fuentes, difusores y tres clases de vidrio
La nueva sala del museo abre el lunes: una estatua de mármol, cuadros en las paredes, una vitrina de vidrio y una conservadora nerviosa. Tú ayudas a la diseñadora de iluminación.
Parte I — Primeros principios sobre el terreno.
- La conservadora pregunta por qué la estatua, “tan brillantemente blanca”, necesita lámparas siquiera. Responde con las dos condiciones de la visión.
- Enumera las fuentes primarias y los difusores de la sala una vez encendidas las lámparas: lámparas, estatua, cuadros, visitantes y el vidrio de la vitrina.
- El mármol parece brillar desde todas partes, sin ningún punto cegador. ¿Qué manera de devolver la luz está actuando y por qué la recibe cualquier posición de los visitantes?
- Una placa de latón pulido, en cambio, lanza un reflejo deslumbrante de una lámpara. Nombra la otra manera y enuncia la regla que gobierna adónde va ese deslumbramiento.
Parte II — Domesticar el deslumbramiento.
- Las bombillas desnudas deslumbran a los visitantes. La diseñadora envuelve cada una en un globo esmerilado. ¿A qué equipo de materiales pertenece el globo y qué le hace a la luz del filamento?
- Los cuadros tienen que estar iluminados, pero ninguna lámpara puede aparecer reflejada en su barniz desde el punto principal de contemplación. Con la regla del espejo, ¿dónde coloca la diseñadora las lámparas respecto al cuadro y al espectador?
- El vidrio limpio de la vitrina es casi invisible — hasta que la manga blanca de un visitante aparece en él como un fantasma. ¿Por qué transmite y a la vez refleja un poco el vidrio limpio? ¿Qué consigue la hornacina de paredes negras que la diseñadora pone detrás de la vitrina?
- A veces flotan motas de polvo por los haces de los focos y dibujan hilos brillantes en el aire. La conservadora: “¡Precioso! Que se quede”. La diseñadora: “Significa aire sucio”. ¿Quién tiene razón sobre la física y qué son los hilos?
Parte III — La prueba nocturna.
- Luces apagadas y contraventanas selladas: el vigilante informa de que la sala está “absolutamente negra — ni siquiera se ve la estatua blanca”. Explica con las dos condiciones por qué la blancura no puede hacer nada a oscuras.
- Se propone un lucernario: vidrio esmerilado en el techo. ¿Qué entregará de día y qué se negará a entregar (vistas de las nubes, deslumbramiento directo del sol)?
- La conservadora teme que la luz del Sol descolore los cuadros y pide “luz sin nada de sol”. La diseñadora sonríe: de día, hasta la luz suave de las ventanas orientadas al norte es luz del Sol. Explícalo — ¿quién la ha reenviado?
- Escribe el informe de la diseñadora: tres frases — una sobre por qué la difusión es la mejor amiga del museo, otra sobre dónde hay que vigilar los reflejos a la manera del espejo y otra sobre el equipo de vidrio elegido para cada cometido.
Solución
Solución de Problema 49.1.
1. El mármol no fabrica luz: ver exige que salga luz del objeto hacia el ojo, y un difusor sin luz no manda nada. El blanco es una promesa sobre el reenvío, y no vale nada sin una entrega. 2. Fuentes primarias: las lámparas, ellas solas. Difusores: la estatua, los cuadros y los visitantes — y débilmente el vidrio de la vitrina (sobre todo transmite). 3. La difusión: la superficie del mármol dispersa la luz recibida en todas las direcciones, así que se sirve a todas las posiciones de la sala y no se deslumbra a ninguna. 4. El reflejo a la manera del espejo: el latón pulido rebota la luz de la lámpara con ángulos iguales en una única dirección — el deslumbramiento aterriza solo donde va esa única carretera. 5. Translúcido: el globo deja pasar el brillo y revuelve la imagen — el resplandor puntual del filamento se convierte en una bola suave de luz. 6. Por la regla del rebote, una lámpara aparece en el barniz cuando la lámpara y el espectador están a ángulos iguales a un lado y a otro de la superficie del cuadro. La diseñadora coloca las lámparas altas y muy inclinadas, para que su carretera de rebote se hunda hacia el suelo delante del cuadro — nunca hacia los ojos del punto principal de contemplación. 7. El vidrio transmite casi todo, pero siempre rebota como un espejo una parte débil — las ventanas limpias son espejos flojos cuando hay oscuridad detrás. La hornacina negra le da a la vista transmitida un fondo oscuro para que los reflejos débiles no puedan competir — las mangas fantasma se desvanecen. 8. Los dos: físicamente, los hilos son difusión en las motas de polvo — luz del haz dispersada hacia los ojos de los visitantes —, y un aire con polvo es efectivamente lo que los hace posibles. La física está de parte de la diseñadora; la poesía, de la conservadora. 9. Sin fuente no sale luz y no hay nada que recibir: la blancura es una alta tasa de reenvío aplicada a la nada. La condición uno falla para todos los objetos a la vez. 10. Una luz del día suave, uniforme y sin sombras sobre la sala — brillo sin imágenes: ni vistas de las nubes ni deslumbramiento directo del sol sobre el mármol. 11. El propio cielo: el aire difundiendo la luz del Sol. La luz del norte es sol reenviado por un hemisferio de aire — suave, sin fuente aparente y solar de todos modos; lo único rechazado es el haz directo. 12. Por ejemplo: “La difusión es nuestra mejor amiga: entrega cada obra a cada visitante sin un solo deslumbramiento. Las superficies que se comportan como espejos — barniz, latón, vidrio de vitrina — hay que vigilarlas, porque entregan lámparas a los ojos por carreteras exactas y previsibles. Y cada vidrio sirve según su equipo: transparente para ver a través, translúcido para el deslumbramiento y el lucernario, y opaco para la oscuridad”.