Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
59Los colores y los espectros de la luz
¿Dónde viven los colores? En la manzana, dice el sentido común — el rojo está ahí mismo, en la piel. Y sin embargo, lleva la manzana a un gimnasio iluminado de azul profundo y la manzana “roja” se pone negra como el carbón. Los colores, resulta, son una conversación a tres entre la luz, el objeto y el ojo — y empieza con el hecho más extraño de la óptica: la luz blanca no es blanca.
59.1 La luz blanca, desempaquetada
Proposición 59.1 (La luz blanca es una mezcla)
La luz “blanca” corriente — la del Sol, la de una lámpara — es una mezcla de todos los colores a la vez. Enviada a través de un prisma de vidrio, la mezcla se desempaqueta: cada color se desvía una cantidad ligeramente distinta al cruzar el vidrio, así que los colores se abren en abanico formando una banda continua del rojo (el que menos se desvía) al violeta (el que más). A la banda se la llama espectro, y al desempaquetado, dispersión.
Ejemplo 59.2 (Espectros sin laboratorio)
La naturaleza y el cajón de los trastos están llenos de prismas. El arcoíris: cada gota de lluvia es un prisma y espejo diminuto, y el arco del ancho del cielo es luz del Sol dispersada por millones de gotas — siempre en la mitad del cielo opuesta al Sol, que es la razón de que los cazadores de arcoíris se coloquen con el Sol a la espalda. La niebla fina de la manguera del jardín conjura uno a la orden. La cara ranurada de un CD lanza espectritos por el techo; el borde biselado de un espejo raya la pared las tardes soleadas. La luz blanca delata su mezcla en todas partes donde se encuentra con una estructura fina o con un vidrio inclinado.
Ejemplo 59.3 (Volver a empaquetar la mezcla)
El desempaquetado funciona también al revés. Pinta un disco con sectores de arcoíris y hazlo girar deprisa: el ojo, demasiado lento para seguirlo, recibe de cada punto todos los colores prácticamente a la vez — y lee la mezcla: un blanco grisáceo, pálido y desvaído. El gran físico que desempaquetó por primera vez la luz del Sol con un prisma hizo girar exactamente un disco así para defender el empaquetado — y su golpe más atrevido fue un segundo prisma, que recogía el espectro y lo plegaba de vuelta en un único haz blanco: mezcla demostrada en los dos sentidos.
59.2 Por qué la manzana es roja
Proposición 59.4 (El color de un objeto)
El color de un objeto opaco se fabrica por resta. Al recibir luz, el objeto absorbe una parte de la mezcla y difunde el resto — y ese resto difundido es lo que llega a tu ojo y le pone nombre al color. Una manzana roja absorbe casi todos los colores de la luz blanca y devuelve sobre todo el rojo. Una página blanca devuelve casi todo; un abrigo negro no devuelve casi nada — lo absorbe todo (y se calienta en consecuencia, como atestiguan los coches oscuros en verano). El color no está en la piel de la manzana: es la respuesta de esa piel a la luz que se le ofreció.
Ejemplo 59.5 (La prueba del gimnasio)
Volvamos al gimnasio iluminado de azul. La piel de la manzana roja hace lo que hace siempre: absorbe todo menos el rojo y se queda lista para devolver rojo — pero el foco azul no contiene rojo que devolver. Nada difundido, nada recibido: la manzana se ve negra. La página blanca bajo esa misma luz devuelve lo que le dan: se ve azul. Regla del teatro: un objeto solo puede devolver los colores que trajo la luz — cambia la luz y cambiarás todos los trajes de la sala.
Método 59.6 (Predecir un color con cualquier luz)
- enumera lo que trae la luz (blanca: todo; una lámpara de color: sobre todo su propio color);
- enumera lo que devuelve el objeto con luz blanca — su color a la luz del día le pone nombre;
- cruza las dos listas: el objeto difunde lo que aparece en las dos;
- cruce vacío: el objeto se ve negro.
Una gorra azul con luz roja: devuelve solo azul, le ofrecen solo rojo — cruce vacío: gorra negra. Con luz blanca: la oferta completa se encuentra con la respuesta azul — gorra azul.
59.3 Construir colores con luz
Ejemplo 59.7 (Tres lámparas los hacen todos)
Mezclar luces suma. Superpón tres focos — rojo, verde y azul: el rojo y el verde juntos dan amarillo; el verde y el azul, un cian turquesa; el azul y el rojo, magenta; los tres, blanco. Con solo tres primarios bien elegidos, la mezcla de luces construye prácticamente todos los colores que el ojo sabe nombrar — por eso el tres es el número mágico de todas las pantallas que brillan.
Ejemplo 59.8 (La pantalla que llevas en el bolsillo)
Examina con una lupa potente una zona blanca de la pantalla de un móvil o de un televisor: no hay blanco por ninguna parte — solo tiras diminutas rojas, verdes y azules, todas encendidas. Todos los colores que enseña la pantalla son esas tres lámparas en proporciones dosificadas; todos los “blancos” son el trío cantando a pleno pulmón, mezclado por la distancia de tu ojo. La caja de pinturas funciona al revés — los pigmentos absorben, y mezclarlos resta luz en vez de sumarla —, y por eso mezclar todas las pinturas da una oscuridad turbia mientras que mezclar todas las luces da blanco; la historia completa del pintor pertenece a la clase de plástica y a la química.
Observación 59.9 (El atardecer, pagado del todo)
La promesa del atardecer del año pasado vence hoy. El aire difunde la luz del Sol — pero no de manera imparcial: el extremo azul de la mezcla se dispersa con mucha más facilidad que el rojo. Mira de día en dirección contraria al Sol y verás la parte robada, reenviada desde todo el cielo: azul. Al atardecer, la carretera rasante del haz directo a través del aire es la más larga y el robo del azul es casi completo — y el superviviente que llega a tu ojo es el resto rojo anaranjado, con las nubes rosadas recogiendo las dispersiones tardías. El cielo azul y el atardecer rojo son un mismo robo, visto desde los dos lados del libro de cuentas.
59.4 Ejercicios
Ejercicio 59.1 ★
¿Qué es un espectro y qué es la dispersión? ¿Qué color se desvía menos en el prisma y cuál más?
Solución
Solución de Ejercicio 59.1.
La banda continua de colores escondida en la luz blanca, ya desempaquetada; la dispersión es el desempaquetado — cada color desviado su propia cantidad. El rojo se desvía lo mínimo; el violeta, lo máximo.
Ejercicio 59.2 ★
¿Por qué tiene que colocarse un cazador de arcoíris con el Sol a la espalda? ¿Qué hace de prisma?
Ejercicio 59.3 ★
Da las dos demostraciones de que la luz blanca es una mezcla — una que desempaqueta y otra que vuelve a empaquetar.
Ejercicio 59.4 ★
En lenguaje de restas: ¿por qué es verde la hierba? ¿Por qué es blanca la página blanca y negra la pizarra?
Solución
Solución de Ejercicio 59.4.
La hierba absorbe casi toda la mezcla y devuelve sobre todo verde. La página devuelve casi todo — blanca; la pizarra no devuelve casi nada y lo absorbe todo — negra.
Ejercicio 59.5 ★
Predice con el método: una bufanda amarilla con luz blanca; con luz azul.
Ejercicio 59.6 ★
¿Por qué la manzana roja se pone negra en el gimnasio azul — y en cambio el pañuelo blanco que tiene al lado se pone azul?
Solución
Solución de Ejercicio 59.6.
La manzana solo puede devolver rojo, y el foco azul no trae ninguno: negra. El pañuelo devuelve lo que le llegue — si le ofrecen azul, devuelve azul: un pañuelo azul.
Ejercicio 59.7 ★
Nombra los tres primarios de la mezcla de luces y los resultados de superponerlos de dos en dos — y de los tres juntos.
Solución
Solución de Ejercicio 59.7.
Rojo, verde y azul. Rojo verde: amarillo. Verde azul: cian. Azul rojo: magenta. Los tres: blanco.
Ejercicio 59.8 ★
¿Qué revela la lupa en el “blanco” de una pantalla? ¿Dónde ocurre la mezcla?
Solución
Solución de Ejercicio 59.8.
Solo tiras diminutas rojas, verdes y azules, todas encendidas — no hay blanco por ninguna parte. La mezcla ocurre en tu ojo, demasiado lejos para separar las tiras.
Ejercicio 59.9 ★★
¿Por qué mezclar todas las luces da blanco mientras que mezclar todas las pinturas da una oscuridad turbia? Una frase por cada lado del libro de cuentas.
Solución
Solución de Ejercicio 59.9.
Las luces suman lo que traen, y el juego completo de colores juntos es blanco — la suma completa la mezcla. Las pinturas absorben, cada una restando su parte de la luz, y el juego completo de restas no deja casi nada — oscuridad por comité.
Ejercicio 59.10 ★★
Completa las cuentas del atardecer: qué roba preferentemente el aire, quién recibe lo robado y en calidad de qué, y qué sobrevive a la carretera rasante más larga — y por qué la Luna eclipsada del año pasado brilla exactamente con ese superviviente.
Solución
Solución de Ejercicio 59.10.
El aire roba preferentemente el azul; todo el cielo recibe ese azul robado y lo reenvía hacia abajo como la cúpula azul del día; el resto rojo anaranjado sobrevive a la carretera rasante del atardecer. A la Luna eclipsada solo la ilumina luz que ha rozado el borde de la Tierra — filtrada por el atardecer en todo el contorno del planeta —, así que brilla con ese mismo superviviente rojo.
Ejercicio 59.11 ★★
El probador de una tienda está iluminado con lámparas cálidas rojizas “que favorecen el tono de la piel”. Una clienta compra una chaqueta que se veía de un marrón cálido y profundo — y a la luz del día la encuentra de un verde apagado. Reconstruye el engaño con el método de predicción.
Solución
Solución de Ejercicio 59.11.
Las lámparas cálidas rojizas ofrecían poco verde; la respuesta verdadera de la chaqueta — sobre todo verde con algo de rojo, que da una mezcla apagada — solo podía enseñar su parte amiga del rojo, y eso se leyó como un marrón cálido. La oferta completa de la luz del día dejó hablar a la respuesta verde: engaño de una luz tacaña, condenado por la regla del cruce.
Ejercicio 59.12 ★★★
Escenografía: una diseñadora necesita una pancarta con letras luminosas y legibles sobre fondo negro con las luces blancas de sala — pero la pancarta entera tiene que desaparecer, uniformemente negra, letras y fondo por igual, bajo el baño rojo profundo del final. Elige el color de las letras y el del fondo (entre: blanco, rojo, verde, azul y negro), justifica cada elección con las reglas de la resta y explica por qué unas letras blancas — la elección tentadora — traicionarían el final.
Solución
Solución de Ejercicio 59.12.
Letras azules, fondo negro. Con las luces blancas de sala, las letras azules devuelven su azul mientras el fondo negro no devuelve nada: letras de un azul brillante sobre negro — legibles. Bajo el baño rojo profundo, a las letras azules no se les ofrece nada que puedan devolver y el fondo negro no devuelve nada, como siempre: negro uniforme, pancarta desaparecida. Unas letras blancas traicionarían el final: el devolvedor universal responde incluso a un baño rojo con letras de un rojo brillante, legibles contra el fondo negro.
59.5 Problema: el teatro de la luz
Problema 59.1
Problema de fin de semana — ensayo general con focos de colores; vestuario, filtros y una escena saboteada; el examen de la diseñadora de iluminación
Ensayo general: tres focos (rojo, verde y azul) con reguladores, un perchero de vestuario y un guion con trampas dentro. Tú llevas el plano de luces.
Parte I — Ejercicios de calentamiento.
- Los tres focos a tope: ¿qué luz baña el escenario, y por qué?
- Rojo y verde a tope, azul apagado: ponle nombre a la luz del escenario.
- Con esa mezcla de rojo y verde, predice el aspecto de: una camisa blanca; una banda azul; un vestido amarillo.
- El ciclorama blanco del fondo con azul solo — y la razón de que un fondo sea siempre de tela blanca.
Parte II — Consulta de vestuario.
- El abrigo del villano tiene que verse negro en la escena uno (baño rojo) y de un verde intenso en la escena dos (luz blanca). ¿Qué color de abrigo a la luz del día sirve, y por qué?
- La túnica del fantasma tiene que seguir viéndose blanca con cualquier iluminación. ¿De qué color la túnica, y qué enseñará en realidad bajo cada foco por separado?
- Una bufanda roja de un actor tiene que “desangrarse” — quedar indistinguible de la cortina negra — en un momento dado. ¿Qué focos pueden estar encendidos para el truco, y por qué falla en el instante en que se les une el foco rojo?
- Las letras doradas del programa se veían espléndidas a mediodía y turbias con el preajuste vespertino cargado de azul. Explícalo, tratando el dorado como un amarillo cálido.
Parte III — El sabotaje. Escena inicial: el arco de arcoíris del decorado (franjas pintadas de rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta) con luz blanca a tope.
- Un bromista cambia el preajuste blanco por rojo puro. Franja a franja, ¿qué ve ahora el público?
- El director, improvisando, pide los focos rojo y azul juntos. ¿Qué franjas reviven, y qué le hace ese baño amagentado a la franja verde?
- El regidor pregunta por qué no se puede sencillamente “devolver el arco a la normalidad” con un único foco verde muy potente. Responde con la única luz que enseña las seis franjas.
- Escribe la respuesta de examen de la diseñadora: las dos leyes del teatro de la luz — una sobre lo que hacen las luces cuando se mezclan y otra sobre lo que hacen los objetos con lo que les dan —, cada una en una frase.
Solución
Solución de Problema 59.1.
1. Blanca — los tres primarios a plena potencia suman la mezcla completa. 2. Amarilla. 3. Camisa blanca: devuelve la oferta — amarilla. Banda azul: no le ofrecen azul — negra. Vestido amarillo: la respuesta amarilla coincide con la oferta amarilla — amarillo brillante. 4. Fondo azul. La tela blanca devuelve lo que le mande la diseñadora: un solo fondo, todos los colores a la carta — el paralelo de la pantalla blanca del cine. 5. Un abrigo verde: bajo el baño rojo, su respuesta verde no se encuentra con ningún verde — villano negro; con luz blanca, la oferta completa deja hablar al verde — verde intenso. 6. Una túnica blanca — el devolvedor universal: roja bajo el foco rojo, verde bajo el verde, azul bajo el azul y blanca bajo los tres; siempre lo más brillante del escenario, siempre “de aspecto blanco” en relación con la escena. 7. Cualquier iluminación sin rojo: el foco azul, el foco verde o los dos juntos — si no le ofrecen rojo, la bufanda no devuelve nada y se funde con la cortina negra. En el instante en que se les une el foco rojo, la oferta contiene exactamente lo que la bufanda responde: arde en rojo, y el truco muere. 8. El dorado, tratado como amarillo cálido, responde con generosidad al rojo y al verde, y apenas al azul. El preajuste cargado de azul le ofrecía poco que pudiera devolver: letras turbias y apagadas. La mezcla completa del mediodía dejó arder el amarillo. 9. Franja roja: rojo brillante. Naranja y amarilla: versiones rojizas y apagadas de sí mismas (sus respuestas incluyen algo de rojo). Verde: negra. Azul y violeta: negras (la violeta, apenas de un oscuro de brasa). El arco se derrumba en una ruina roja y negra. 10. Reviven las franjas roja y azul; la violeta brilla débilmente (responde al azul y a algo de rojo); la naranja y la amarilla solo enseñan sus flojas partes rojas; la franja verde sigue negra — la luz magenta no contiene nada de verde. 11. Solo la luz blanca — la mezcla completa — enseña las seis franjas: cada franja devuelve su propio color, y solo una oferta que contenga los seis puede ser respondida por los seis. Un foco verde, por potente que sea, enciende una franja y asesina cinco. 12. Por ejemplo: “Las luces mezcladas suman: el rojo, el verde y el azul construyen todos los colores y, juntos, el blanco. Y todos los objetos restan: devuelven solo su parte de lo que trajo la luz — no le ofrezcas nada que pueda devolver y se vestirá de negro”.