Luz e iluminaLuz e iluminacciónión

© U V M

Una definición inicialUna definición inicial

Pitagoras; señalaba en su teoría: la Luz es algo Pitagoras; señalaba en su teoría: la Luz es algo

que emana de los cuerpos luminosos en todas que emana de los cuerpos luminosos en todas

direcciones, choca contra los objetos y rebota de direcciones, choca contra los objetos y rebota de

ellos; cuando ésta penetra en nuestros ojos, ellos; cuando ésta penetra en nuestros ojos,

produce la sensación de ver el objeto desde el produce la sensación de ver el objeto desde el

cual rebotócual rebotó

La La luzluz se puede definir como la se puede definir como la radiación electromagnética que es radiación electromagnética que es capaz de afectar el sentido de la vista.capaz de afectar el sentido de la vista.

La La luzluz se puede definir como la se puede definir como la radiación electromagnética que es radiación electromagnética que es capaz de afectar el sentido de la vista.capaz de afectar el sentido de la vista.

Ondas electromagnéticasOndas electromagnéticas

cc

EE

BB

Eléctrico Eléctrico EEMagnético Magnético BB

Propiedades de onda:Propiedades de onda:

1.1. Las ondas viajan a la Las ondas viajan a la rapidez de la luz rapidez de la luz vv..

2.2. Campos eléctrico y Campos eléctrico y magnético magnético perpendiculares a la perpendiculares a la propagación de la propagación de la onda.onda.

3.3. No requieren medio No requieren medio de propagación.de propagación.

3 x 103 x 1088 m/sm/s

Longitudes de onda de la Longitudes de onda de la luzluz

El espectro electromagnético está disperso El espectro electromagnético está disperso sobre un enorme rango de frecuencias o sobre un enorme rango de frecuencias o longitudes de onda. La longitudes de onda. La longitud de onda longitud de onda se se relaciona con la relaciona con la frecuencia frecuencia ff::

El espectro electromagnético está disperso El espectro electromagnético está disperso sobre un enorme rango de frecuencias o sobre un enorme rango de frecuencias o longitudes de onda. La longitudes de onda. La longitud de onda longitud de onda se se relaciona con la relaciona con la frecuencia frecuencia ff::

v = fv = 3 x 108 m/s

v = fv = 3 x 108 m/s

Las ondas EM visibles (luz) tienen Las ondas EM visibles (luz) tienen longitudes de onda que varían de 0.00004 longitudes de onda que varían de 0.00004 a 0.00007 cm.a 0.00007 cm.

Rojo, Rojo,

0.00007 0.00007 cmcm

Violeta, Violeta,

0.00004 0.00004 cmcm

El espectro EMEl espectro EMUna longitud de onda Una longitud de onda de un nanómetro 1 nm de un nanómetro 1 nm es:es:

1 nm = 1 x 10-9 m1 nm = 1 x 10-9 m

Rojo 700 nm Rojo 700 nm Violeta 400 nm Violeta 400 nm

v = fv = 3 x 108 m/s

v = fv = 3 x 108 m/s

1024

1023

1022

1021

1020

1019

1018

1017

1016

1015

1014

1013

1012

1011

1010

109

108 107 106

105

104

Frecuencia Longitud de ondaf (Hz) nm)

10-7 10-6

10-4

10-3

10-1

1 10 102

103

104

105

106

107

108

109

1010

1011

1012

1013

Rayos gamma

Rayos X

Rayos infrarojos

Ondas de radio cortasTransmisión de radio

Ondas de radio largas

Ultravioleta400 nm 400 nm 700 nm 700 nmEspectro visibleEspectro visible

Ejemplo 1. Ejemplo 1. La luz de un láser helio-neón La luz de un láser helio-neón tiene una longitud de onda de tiene una longitud de onda de 632 nm632 nm. . ¿Cuál es la frecuencia de esta onda?¿Cuál es la frecuencia de esta onda?

8

-9

3 x 10 m/s

632 x 10 m

cc f f

f = 4.75 x 1014

Hzf = 4.75 x 1014

Hz

El láser helio-neónEl láser helio-neón Longitud de Longitud de ondaonda = 632 nm= 632 nm

Láser

vv vv

Propiedades de la luzPropiedades de la luz

• 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.

Cualquier estudio de la naturaleza de la luz Cualquier estudio de la naturaleza de la luz debe explicar las siguientes propiedades debe explicar las siguientes propiedades

observadas:observadas:

Cualquier estudio de la naturaleza de la luz Cualquier estudio de la naturaleza de la luz debe explicar las siguientes propiedades debe explicar las siguientes propiedades

observadas:observadas:

La naturaleza de la luzLa naturaleza de la luz

Los físicos han estudiado la luz por siglos, y Los físicos han estudiado la luz por siglos, y encontraron que a veces se comporta como encontraron que a veces se comporta como partícula y a veces como onda. En realidad, partícula y a veces como onda. En realidad, ¡ambos son correctos!¡ambos son correctos!

Los físicos han estudiado la luz por siglos, y Los físicos han estudiado la luz por siglos, y encontraron que a veces se comporta como encontraron que a veces se comporta como partícula y a veces como onda. En realidad, partícula y a veces como onda. En realidad, ¡ambos son correctos!¡ambos son correctos!

Reflexión y Reflexión y propagación propagación

rectilínea rectilínea (trayectoria en línea (trayectoria en línea

recta)recta)

Dispersión de Dispersión de luz blanca en luz blanca en

colores.colores.

Rayos de luz y sombrasRayos de luz y sombras

Se puede hacer un análisis geométrico de Se puede hacer un análisis geométrico de las sombras al trazar rayos de luz desde las sombras al trazar rayos de luz desde una fuente de luz puntual:una fuente de luz puntual:

sombrsombraa

pantallpantallaa

FuentFuente e puntupuntualal

Las dimensiones de la sombra se pueden encontrar al usar geometría y distancias conocidas.

Las dimensiones de la sombra se pueden encontrar al usar geometría y distancias conocidas.

Ejemplo 2:Ejemplo 2: El diámetro de la bola es El diámetro de la bola es 4 4 cmcm y se ubica a y se ubica a 20 cm20 cm de la fuente de de la fuente de luz puntual. Si la pantalla esta a luz puntual. Si la pantalla esta a 80 cm80 cm de la fuente, ¿cuál es el diámetro de la de la fuente, ¿cuál es el diámetro de la sombra?sombra?

4 cm

20 cm80 cm

h

La razón de La razón de la sombra a la sombra a la fuente es la fuente es la misma la misma que la de la que la de la bola a la bola a la fuente. Por fuente. Por tanto:tanto:

La razón de La razón de la sombra a la sombra a la fuente es la fuente es la misma la misma que la de la que la de la bola a la bola a la fuente. Por fuente. Por tanto:tanto:

(4 cm)(80 cm)

20 cmh h = 16

cm

4cm

80cm 20cm

h

Sombras de objetos Sombras de objetos extendidosextendidos

Fuente Fuente extendidextendid

aa

penumbpenumbrara

umbrumbraa

The The umbraumbra is the region where no light is the region where no light reaches the screen. reaches the screen.

• La La penumbrapenumbra es el área exterior es el área exterior donde sólo parte de la luz alcanza la donde sólo parte de la luz alcanza la pantalla.pantalla.

• La La umbraumbra es la región donde la luz no es la región donde la luz no alcanza la pantalla. alcanza la pantalla.

La curva de sensibilidadLa curva de sensibilidad

Curva de Curva de sensibilidadsensibilidad

Longitud de onda Longitud de onda

Sen

sib

ilid

Sen

sib

ilid

adad

Los ojos humanos no Los ojos humanos no son igualmente son igualmente sensibles a todos los sensibles a todos los colores.colores.

Los ojos son más Los ojos son más sensibles en el sensibles en el rango medio cerca rango medio cerca de de = 555 nm= 555 nm..

555 555 nmnm

400 400 nmnm

700 700 nmnm

40 40 WW

40 40 WW

Las luz Las luz amarillaamarilla parece parece más brillante al ojo que la más brillante al ojo que la luz luz rojaroja..

Las luz Las luz amarillaamarilla parece parece más brillante al ojo que la más brillante al ojo que la luz luz rojaroja..

Intensidad luminosa y Intensidad luminosa y flujo luminosoflujo luminoso

La fotometría es la parte de la óptica cuya La fotometría es la parte de la óptica cuya objetivo es determinar las intensidades de las objetivo es determinar las intensidades de las fuentes luminosas y las iluminaciones de las fuentes luminosas y las iluminaciones de las superficies.superficies.Algunas cosas emiten luz y otras las reflejan. A los Algunas cosas emiten luz y otras las reflejan. A los

cuerpos productores de luz, como el sol, un foco, se cuerpos productores de luz, como el sol, un foco, se les nombra cuerpos luminosos. A los cuerpos que les nombra cuerpos luminosos. A los cuerpos que reciben rayos luminosos, como es el caso de un reciben rayos luminosos, como es el caso de un árbol, una mesa, se les denomina cuerpos árbol, una mesa, se les denomina cuerpos iluminados. iluminados. La intensidad luminosa es la La intensidad luminosa es la cantidad de luz producida e emitida por un cantidad de luz producida e emitida por un cuerpo luminoso. cuerpo luminoso. Para cuantificar la intensidad Para cuantificar la intensidad luminosa de una fuerte de luz, se utiliza en el SI la luminosa de una fuerte de luz, se utiliza en el SI la candela (cd)candela (cd)El flujo luminoso es la cantidad de energía El flujo luminoso es la cantidad de energía

luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los una superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz.rayos de luz.

El lumen como unidad de El lumen como unidad de flujoflujo

La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen (lu). Un lumen es el flujo luminoso recibido (lu). Un lumen es el flujo luminoso recibido durante un segundo por una superficie de 1 m2durante un segundo por una superficie de 1 m2

Iluminación: una superficie está iluminada Iluminación: una superficie está iluminada cuando recibe una cierta cantidad de luz,. Es cuando recibe una cierta cantidad de luz,. Es muy importante para nuestra salud, contar con muy importante para nuestra salud, contar con una iluminación adecuada según la actividad una iluminación adecuada según la actividad que vayamos a realizar.que vayamos a realizar.

Una bombilla incandescente Una bombilla incandescente común de común de 100 W100 W emite una emite una potencia radiante total de potencia radiante total de 1750 1750 lmlm. Esto es para luz emitida en . Esto es para luz emitida en todas direcciones.todas direcciones.

Iluminación.Iluminación.La iluminación es la cantidad de luz que La iluminación es la cantidad de luz que recibe las superficies de los cuerpos, su recibe las superficies de los cuerpos, su unidad de medida es el lux (lx). Un lux es la unidad de medida es el lux (lx). Un lux es la iluminación producida por una candela.iluminación producida por una candela.

1 lux= 1 1 lux= 1 candela/m2candela/m2Como sabemos, los focos incandescentes Como sabemos, los focos incandescentes

con filamento utilizados en los hogares, con filamento utilizados en los hogares, producen una iluminación que depende de producen una iluminación que depende de su potencia medida en watts. La equivalencia su potencia medida en watts. La equivalencia entre una potencia de un watt en un foco y la entre una potencia de un watt en un foco y la intensidad luminosa producida es intensidad luminosa producida es aproximadamente igual a: 1 watt= 1.1 aproximadamente igual a: 1 watt= 1.1 candelascandelas

Un foco de 40 w equivale a 44 candelas , uno Un foco de 40 w equivale a 44 candelas , uno de 60 watt a 66 cd.de 60 watt a 66 cd.

Ley de la iluminación o ley Ley de la iluminación o ley inversa del cuadrado.inversa del cuadrado.

Es una consecuencia de la propagación en Es una consecuencia de la propagación en línea recta de la luz. Por ejemplo:línea recta de la luz. Por ejemplo:

Al colocar un foco de 40 watts a una distancia de un Al colocar un foco de 40 watts a una distancia de un metro de la superficie de una mesa, se produce una metro de la superficie de una mesa, se produce una cierta iluminación sobre ella. Si después elevamos cierta iluminación sobre ella. Si después elevamos el foco a una distancia de 2 metros, observaremos el foco a una distancia de 2 metros, observaremos que la iluminación de la superficie de la mesa se ha que la iluminación de la superficie de la mesa se ha reducido a la cuarta parte de la anterior. reducido a la cuarta parte de la anterior. Finalmente, si triplicamos la distancia colocando el Finalmente, si triplicamos la distancia colocando el foco a 3 metros de la mesa, la iluminación que foco a 3 metros de la mesa, la iluminación que recibe equivale a la novena parte de la inicialrecibe equivale a la novena parte de la inicial

La relación cuadrado La relación cuadrado inversoinverso

2

IE

R

E/9

E/4

E

3 m2 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 Ley de la iluminación o ley inversa del cuadrado.inversa del cuadrado.

La iluminación E que recibe una superficie es La iluminación E que recibe una superficie es directamente proporcional a la intensidad de la directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa I, e inversamente proporcional al fuente luminosa I, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d que existe entre la cuadrado de la distancia d que existe entre la fuente y la superficie .fuente y la superficie .

Matemáticamente se expresa así:Matemáticamente se expresa así:E= I/dE= I/d22

Donde: E= iluminación expresada en lux (lx)Donde: E= iluminación expresada en lux (lx)

I=Intensidad de la fuente luminosa I=Intensidad de la fuente luminosa calculada en calculada en

candela (cd)candela (cd)

d= distancia entre la fuente luminosa y la d= distancia entre la fuente luminosa y la superficie medida en metros (m)superficie medida en metros (m)

Ejemplo 5.Ejemplo 5. Una luz de Una luz de 400 cd400 cd se ubica a se ubica a 2.4 m2.4 m de una mesa de de una mesa de 1.2 m1.2 m22 de área. de área. ¿Cuál es la iluminación y cuál el flujo ¿Cuál es la iluminación y cuál el flujo F F que cae sobre la mesa?que cae sobre la mesa?

R2 2

400 cd

(2.40 m)

IE

R

E = 69.4 lx

Iluminación:Iluminación:

Ahora, al recordar que Ahora, al recordar que E = F/AE = F/A, se , se encuentra encuentra FF a partir de: a partir de:

F = EA = F = EA = (69.4 lx)(1.20 (69.4 lx)(1.20 mm22))

F = 93.3 lm

dd

Luz e iluminaciónLuz e iluminación