Luz e iluminación

Luz e iluminación

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Objetivos:

• Comprender la naturaleza de la luz y su comportamiento.
• Explorar las propiedades de la luz, como la reflexión, refracción, difracción e interferencia.
• Analizar las diferentes fuentes de luz y sus aplicaciones prácticas.
• Estudiar el impacto de la iluminación en la vida cotidiana y en diferentes entornos.
• Aplicar los principios de la luz y la iluminación en situaciones del mundo real.

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Contenido:

¿Qué es la luz?

La luz es radiación electromagnética capaz de afectar el sentido de la vista.

A fines del siglo XVII se propusieron dos teorías para explicar la naturaleza de la luz: la
teoría de partículas (corpuscular) y la teoría ondulatoria. Cada una de esas teorías intentaba explicar las características de la luz observadas en esa época:

1. Propagación rectilínea: La luz viaja en línea recta.
2. Reflexión: Cuando la luz incide en una superficie lisa, regresa a su medio original.
3. Refracción: La trayectoria de la luz cambia cuando penetra a un medio transparente.

La luz es dual. La teoría ondulatoria se conserva ya que se considera que el fotón tiene una frecuencia y una energía proporcional a la frecuencia. En la práctica actual se utiliza la teoría ondulatoria cuando se estudia la propagación de la luz. Por otra parte, la teoría corpuscular es necesaria para describir la interacción de la luz con la materia. Podemos pensar en la luz como energía radiante transportada por fotones y transmitida por un campo ondulatorio.

Propagación de la luz

La teoría electromagnética sostiene que la luz se propaga como campos transversales oscilatorios.
La energía se divide por igual entre los campos eléctrico E y magnético B, que son perpendiculares entre sí.

Espectro electromagnético

La combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares uno del otro que se propagan en un medio, generan las ondas electromagnéticas. A diferencia de otro tipo de ondas como el sonido, que requieren un medio material para propagarse, la radiación electromagnética puede viajar en el vacío.

Las formas en que se manifiestan las OEM pueden ser ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Cada tipo de OEM se define por su longitud de onda y su frecuencia. La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos puntos en los cuales la onda se repite, y la frecuencia (f) representa el número de longitudes de onda completas o repeticiones de la onda por unidad de tiempo.

En el Sistema Internacional de Unidades, la frecuencia se mide en hercios (Hz), esto es, cuantas veces (ciclos) se repite un fenómeno en un segundo. 

Actualmente, se sabe que el intervalo de frecuencias del espectro electromagnético es enorme. La región visible del espectro electromagnético se extiende desde 400 nm para la luz violeta hasta aproximadamente 700 nm para la luz roja.

Las OEM se pueden ordenar en función de su longitud de onda, frecuencia o energía en el denominado espectro electromagnético, que se extiende desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. Como se observa, la energía de la radiación (E) y la longitud de onda (λ) son inversamente proporcionales, es decir, a mayor longitud de onda menor energía y viceversa. De la misma manera, a mayor frecuencia menor es la longitud de onda y viceversa.

Actividades para reforzar el contenido.

Construcción de un Espectroscopio Casero

Objetivo: Comprender la descomposición de la luz en sus componentes de color.

Materiales:

• Caja de cereal vacía
• CD viejo
• Cinta adhesiva
• Tijeras
• Papel aluminio

Instrucciones:

1. Preparación de la Caja: Corta una ranura estrecha en un extremo de la caja de cereal para que entre la luz.
2. Inserción del CD: Coloca el CD en el interior de la caja, inclinándolo ligeramente para que la luz reflejada pase a través de la ranura.
3. Cubierta de Aluminio: Usa papel aluminio para cubrir el interior de la caja y mejorar la reflexión.
4. Observación: Apunta la ranura hacia una fuente de luz y observa cómo se descompone la luz en los colores del espectro.

Creación de un Kaleidoscopio

Objetivo: Explorar los principios de la reflexión múltiple y la simetría.

Materiales:

• Tubo de cartón
• Espejos pequeños o papel de aluminio
• Cinta adhesiva
• Papel celofán de colores
• Tijeras

Instrucciones:

1. Preparación del Tubo: Corta los espejos o papel de aluminio en tiras largas y colócalas dentro del tubo de cartón en forma triangular.
2. Cubierta de Colores: Coloca papel celofán de colores en un extremo del tubo y asegúralo con cinta adhesiva.
3. Observación: Mira a través del tubo y gira para observar los patrones simétricos creados por la reflexión múltiple.

Estudio de la Fotografía con Diferentes Fuentes de Luz

Objetivo: Comprender cómo diferentes tipos de luz afectan la fotografía.

Materiales:

• Cámara o teléfono móvil con cámara
• Diferentes fuentes de luz (lámparas, luces LED, luz natural)

Instrucciones:

1. Preparación: Selecciona un objeto para fotografiar y colócalo en un lugar fijo.
2. Fotografía con Diferentes Luces: Toma fotos del objeto utilizando diferentes fuentes de luz y en diferentes momentos del día.
3. Comparación: Compara las fotos y observa cómo cambia la apariencia del objeto con cada tipo de luz.
4. Análisis: Escribe un breve análisis sobre cómo la luz afecta la percepción y la calidad de la imagen.

Creación de una Cámara Estenopeica

Objetivo: Explorar los principios básicos de la formación de imágenes.

Materiales:

• Caja de cartón
• Papel de aluminio
• Papel fotográfico
• Aguja
• Cinta adhesiva

Instrucciones:

1. Preparación de la Caja: Cubre un extremo de la caja con papel de aluminio y haz un pequeño agujero en el centro con la aguja.
2. Inserción del Papel Fotográfico: Coloca el papel fotográfico en el interior de la caja, en el extremo opuesto al agujero.
3. Captura de la Imagen: Apunta el agujero hacia una escena bien iluminada y deja que la luz entre por unos segundos.
4. Revelado: Revela el papel fotográfico para ver la imagen capturada.

Creación de un Mural Luminoso

Objetivo: Explorar la creatividad utilizando luz y sombras.

Materiales:

• Cartón o papel grande
• Cinta adhesiva
• Tijeras
• Linterna o lámpara

Instrucciones:

1. Diseño del Mural: Recorta formas y patrones en el cartón o papel grande.
2. Montaje: Coloca el cartón recortado en una pared y asegúralo con cinta adhesiva.
3. Iluminación: Usa la linterna o lámpara para proyectar luz sobre el cartón recortado, creando sombras y efectos visuales en la pared.
4. Observación: Experimenta con diferentes ángulos y distancias de la luz para observar cómo cambia el efecto del mural.