La Llum: Teories, Espectre Electromagnètic i Percepció Visual
La Llum: Teories i Evolució Històrica
La intenció de resoldre la pregunta sobre la naturalesa de la llum ha desenvolupat diverses teories al llarg de la història.
Les Primeres Aportacions Gregues
Les primeres aportacions venen de Grècia amb les escoles:
- Escola Atomista: Deia que els objectes no emetien llum.
- Col·legi Pitagòric (c. 300 aC): Deia que els nostres ulls tenien la capacitat i la propietat de palpar els objectes a través d'uns tentacles.
Teories Posteriors i Models Científics
- Al-Hàssan ibn al-Hàytham (Alhazen de Bàssora): Va dir que la llum provenia dels raigs de sol.
- Isaac Newton (1642-1727): Defensava la teoria corpuscular, dient que hi havia unes partícules, els corpuscles, que sortien dels cossos.
- Christiaan Huygens (1678): Va dir que la llum es desplaçava de forma ondulatòria.
- Albert Einstein (Premi Nobel 1921): Va contribuir a la teoria quàntica de la llum.
Propietats de la Llum i l'Espectre Electromagnètic
La llum és energia electromagnètica, ones que es desplacen en horitzontal o vertical en línia recta, però formant corbes.
Llum i Color: Longitud i Amplitud d'Ona
- La longitud d'ona determina el color de la llum.
- L'amplitud d'ona determina la intensitat de la llum.
La llum visible representa només una petita part de l’espectre electromagnètic, que s’estén des de les ones de ràdio (les ones amb la longitud d’ona més llarga) fins als raigs gamma (els de longitud d’ona més curta).
En la zona intermèdia es troba l’espectre de la llum visible, que comprèn els colors visibles: des del violeta fins al vermell.
L’ull humà només és capaç de distingir les radiacions entre els 400 i els 700 nm.
Descomposició de la Llum Blanca
La llum blanca és en realitat una mescla de longituds d’ona. Quan la fem passar a través d’un prisma, la tornem a descompondre en diferents bandes contínues de colors o longituds d’ona diferents, que tindran sempre el mateix ordre. Igual que la podem descompondre, també la podem tornar a compondre utilitzant un altre prisma.
Fenòmens Físics de la Llum
Quan la llum incideix en un cos, el seu comportament varia segons la superfície i constitució del cos, i la inclinació dels raigs incidents. Això dona lloc als diferents fenòmens físics: Absorció, Transmissió, Refracció, Dispersió i Reflexió.
Absorció
La llum és absorbida quan incideix en matèries opaques de color negre que l’absorbeixen i la transformen en calor.
Transmissió
Quan passa a través de superfícies no opaques, ho fa de manera:
- Directa, quan el medi és transparent.
- Difusa, quan el medi és translúcid.
- Selectiva, en el cas dels filtres.
Refracció
La llum viatja en línia recta, però quan incideix obliquament en un material transparent o de diferent densitat, canvia de direcció. Això passa perquè disminueix la seva velocitat.
Aquest fenomen té molta importància en la fotografia, ja que la llum abans de formar la imatge fotogràfica ha de canviar sovint de medi: aire, filtres, òptiques dels objectius.
Dispersió
La llum dispersada és una conseqüència de la refracció. Quan la llum incideix obliquament i passa a través d’un prisma, la llum blanca és dispersada en les diferents longituds d’ona de l’espectre visible. (Aquest fenomen es pot observar els dies de pluja a l’arc de Sant Martí, quan la llum és dispersada per les gotes d’aigua).
Reflexió
La reflexió pot ser de dos tipus:
- Reflexió especular: Quan la llum incideix sobre una superfície llisa i brillant, es reflecteix en un angle igual al d'incidència.
- Reflexió difusa: Si la superfície no és llisa i brillant, es reflectirà només part de la llum que arriba i ho farà en totes les direccions.
El Color dels Objectes
El color de cada objecte depèn del tipus de longitud d’ona que el mateix objecte envia als nostres ulls.
- Quan un cos és transparent, els raigs de llum el travessen sense patir cap alteració.
- Quan un cos és opac, absorbeix algunes longituds d’ona i en reflecteix d’altres, que són les que percep el nostre ull.
La intensitat de radiació d’una font lluminosa disminueix de manera inversament proporcional al quadrat de la seva distància respecte al focus lluminós.
La Percepció de la Llum i el Color
L'ésser humà percep la llum i el color gràcies a les característiques de l’ull. Altres animals, per no tenir algun dels seus components, veuen en blanc i negre; i els insectes veuen més colors que nosaltres, ja que la seva estructura ocular és diferent.
L'Ull Humà i els Fotoreceptors
Els ulls capten el color a través de la retina, que n’és la superfície interna.
El nostre ull conté unes cèl·lules bipolars (fotosensibles) situades a la retina que actuen com a fotoreceptores. Aquestes capten les longituds d’ona i les envien al cervell en forma de senyals elèctrics a través del nervi òptic.
Aquestes cèl·lules contenen 120 milions de bastons i 6 milions de cons:
- Els bastons són sensibles a la intensitat de la llum, és a dir, la mesuren.
- Els cons són sensibles al color.
Sensibilitat dels Cons i Daltonisme
Els cons estan dividits en tres grans grups, i cada grup és sensible a una longitud d’ona diferent:
- Ona llarga (vermell)
- Ona curta (blau violaci)
- Ona mitjana (verd)
La retina pot tenir diversos tipus d’anomalies anomenades daltonisme; les més comunes són la disfunció dels cons sensibles al color verd i l’absència d’aquests mateixos cons.
El diafragma és el mecanisme que ens permet regular el feix de llum que entra dins de la càmera.