3 tipos de fotómetros para medir la intensidad luminosa

Los fotómetros son aparatos que permiten comparar intensidades luminosas aplicando el principio de iluminación.

En esta ocasión hablaremos de 3 tipos de fotómetros:

1. Fotómetro de Rumford. Sobre una pantalla P se producen dos sombras S₁, S₂ del objeto O por dos fuentes Iᵤ (unidad) y Iₓ (intensidad desconocida). Sirviéndonos del sentido de la vista movemos Iₓ hasta que las sombras se vean iguales. Entonces se miden R₁ y R₂ y se aplica la fórmula de la iluminación que es la misma para los dos focos:
   
   
   
   
   
2. Fotómetro de Bunsen. Utiliza una pantalla translúcida P que tiene una mancha de grasa G. La pantalla se mueve entre la lámpara unidad I y la lámpara desconocida I, hasta que la grasa quede igualmente iluminada por ambos lados. Entonces se mide R₁ y R₂ y se aplica la fórmula de iluminación de igual manera a los dos focos:
   
   
   
   
   
   Ver también: 2 conceptos de fotometría para entender la iluminación
   
   En general, para dos lámparas luminosas de intensidad I₁, I₂ y produciendo igual cantidad de iluminación sobre una superficie a R₁ y R₂ de distancia respectivamente, el principio de la fotometría queda así:
   
   
   
   
   
3. Exposímetro. Para medir directamente la iluminación, los fotógrafos utilizan los exposímetros, que tienen sustancias que producen electricidad con la luz (efecto fotoeléctrico). El equipo mide la corriente eléctrica producida pero dando la lectura directamente en unidades de iluminación: lux.
   
   
   

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2 conceptos de fotometría para entender la iluminación

1. Flujo luminoso
   
   Si en un segundo medimos el número de fotones que irradió una vela y un foco de 100 w, encontraremos que éste envió al espacio mayor número. Decimos que el flujo luminoso F del foco es mayor que el de la vela. Entonces el flujo luminoso se define como la cantidad de fotones (energía luminosa) que emana la fuente de luz, durante una unidad de tiempo.
   
   
   
   
   
   Ver también: Propagación de la luz
   
   
2. Iluminación
   
   La iluminación es la razón del flujo luminoso F al área A que lo recibe. La abreviaremos con la letra E.




Consideremos una vela que tomaremos como patrón y llamaremos bujía. En un instante dado, emite un flujo luminoso F que incide sobre una esfera de radio R, considerada en el espacio.




Entonces la iluminación es:





pero


Como la vela ha sido tomada como una unidad, haremos:

Entonces




y todas las demás fuentes luminosas quedarán relacionadas con esta unidad: bujía (b). El sistema internacional de unidades, la unidad de iluminación es el lux:




La tabla siguiente nos proporciona intensidades luminosas de lámparas incandescentes de tungsteno y fluorescentes.




El mínimo recomendado para una correcta lectura es una iluminación de 100 lux.
Supongamos que queremos saber a qué distancia habría que colocar un foco de fluorescente de 30 w para obtener una iluminación higiénica (100 lux)
En la tabla anterior I para un foco fluorescente de 30 w es de 119 b
Entonces, despejando y sustituyendo valores en la última fórmula obtenemos:




En la práctica esta distancia puede acortarse un poco porque parte de la luz emitida por el foco es absorbida por la superficie iluminada.

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5 aplicaciones del rayo Laser

El nombre Laser es un acrónimo para Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = amplificación de la luz por la emisión estimulada de la radiación. Este rayo fue inventado por Charles H. Townes. Las ondas luminosas, tanto naturales como artificiales tienen diferentes longitudes de onda y direcciones, o sea se producen en forma desordenada o incoherente.

Para producir luz coherente (rayo Laser) se enciende un tubo de flash fotográfico T alrededor de una varilla de rubí R. La luz del flash excita a los electrones de la varilla que desprenden energía luminosa de igual longitud de onda. Parte de la luz excita más átomos de rubí originando más luz. Al abrir el diafragma D sale un rayo laser de luz coherente.

Ver también: Propagación de la luz

Algunas de las aplicaciones del rayo Laser son:

1. Transmisiones de TV. Estando en peligro de congestión los canales de transmisión de radio, la región de luz visible pero en forma de rayo Laser puede permitir hasta 80 millones de canales de TV.


2. Medicina. Para cirugía dedicada: soldar retinas desprendidas.


3. Comunicaciones. Como radar óptico, el cual es 10 000 veces más preciso. También para hacer mediciones más exactas de distancias.


4. Ingeniería. Direcciones precisas en construcción. Por ejemplo, la construcción de largos túneles, al hacerse por ambos lados. También es usado en microsoldadura.


5. Navegación espacial. Para el control de las trayectorias de vuelo. A la menor desviación el receptor de Laser actúa sobre la nave, corrigiendo el vuelo.

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Propagación de la luz

Si colocamos un cuadro de cartón delante de un proyector, obtenemos un cuadro oscuro en una pantalla.

La razón es que la luz se propaga en línea recta. Sin embargo los objetos luminosos no son puntos. Por lo tanto, el cuadro negro (sombra) no es nítido: los rayos 1 y 3 determinan una región oscura en la pantalla (sombra) y los rayos 2 y 4 una zona menos oscura (penumbra). Si acercamos C y P, la distancia d disminuye.

La cámara oscura, o sea una caja con un orificio practicado con un alfiler en una de sus caras, teniendo en la opuesta una ventana de papel mantequilla, nos demuestra la propagación rectilínea de la luz: el foco se ve al revés.

Ver también: Velocidad de la luz

Los eclipses no son más que una consecuencia de la propagación rectilínea de la luz: suceden cuando un astro entra en la penumbra o sombra de otro astro.

En la mecánica relativista de Einstein se concluye que la masa se transforma en energía y viceversa. Como vimos que la luz es una forma de energía, debe tener masa y al pasar por una gran masa debe ser atraída. Efectivamente es lo que pasa: durante un eclipse total de sol, una estrella E se observa en E' debido a que el rayo de luz se curvó hacia el Sol.

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Velocidad de la luz

Los pensadores griegos afirmaron que los rayos de luz se propagaban instantáneamente. Galileo no lo creyó así y trató de calcular su velocidad en 1667 midiendo lo que tardaba en recorrer 3.2 km pero no lo logró, dada su enorme rapidez. En 1675, Römer, midió la velocidad de la luz por método astronómico. Una de las lunas de Júpiter (la cual llamaremos L)tiene un eclipse cada 42 horas aproximadamente. Römer encontró, al volver a medir en el punto B, seis meses después, un atraso de 22 minutos. Como conocía la distancia d entre las dos mediciones, aplicando la fórmula c=d/t, obtuvo que la velocidad de la luz era de 307,000 km/s.

Ver también: 2 tipos de fuentes de luz

Michelson, entre 1880 y 1931 realizó medidas muy precisas para calcular la velocidad de la luz. Colocó un espejo E giratorio de 8 caras a 35.4 km de otro espejo cóncavo. Al mandar un rayo de luz desde la fuente luminosa A, el rayo se reflejaba en la dirección (1) y luego de reflejarse en el espejo plano p tomaba la dirección (2) hasta el ojo O, siempre que el espejo E estuviera fijo en posición adecuada. Al girar E se pierde la visión de la luz. Al ir aumentando la velocidad de rotación se volverá a tener una posición "estática" del rayo. En ese momento se anota la velocidad angular ω y así se obtiene el período T. Entonces la luz cuenta para recorrer 2d con un tiempo de T/8.
Se aplica c = v/t y Michelson obtuvo, en 1926 que c = 299,796 km/s, cifras no muy seguras. Actualmente se acepta que la velocidad de la luz es de 300,000 km/s.

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