Uno de los experimentos de química que se suelen hacer en época escolar es el consistente en generar energía eléctrica con un cítrico.
Como si de una batería se tratase, se introduce en la naranja o el limón un objeto de cobre (quizás una moneda) y un objeto de zinc (quizás un tornillo galvanizado). Estos dos objetos trabajan como electrodos, causando una reacción electroquímica que genera una pequeña cantidad de electricidad.
A estos polos se conectan sendos cables eléctricos cuyos extremos están a su vez conectados a un led.
La corriente circula a través del ácido cítrico, que actúa como electrolito, y consigue encender levemente el LED.
Comoquiera que el voltaje producido es insuficiente para encender un LED estándar por completo, se ensamblan dos o más cítricos en serie para poder iluminarlo.
A continuación un par de videos en el que se lleva este sencillo experimento a niveles insospechados: encender un rótulo luminoso y… ¡cargar la batería de un iphone!
Se deben manipular con guantes o con una esponjita o con un plástico, como el de la funda en las que suelen venir envueltas.
¿Y eso por qué? Pues porque se reduce su vida útil, se funden antes.
Pero para saber por qué ocurre esto, antes veremos cómo funcionan las lámparas.
Las lámparas de incandescencia —las bombillas de toda la vida— constan de una ampolla de vidrio que contiene un gas inerte (argón o criptón) y un filamento de wolframio. Y es el paso de la corriente eléctrica la que hace que el filamento de wolframio alcance altas temperaturas —que oscilan alrededor de los de 2000 ºC— que dan como resultado la emisión de luz visible.
Comoquiera que el color de esta luz es algo amarillento —como corresponde a la zona de menor energía del espectro visible— se hace necesario aumentar la temperatura del filamento para conseguir una luz más blanca. Pero el wolframio puede sublimar y el filamento hacerse más delgado en algunos puntos. Y es en estos puntos en los que puede fundirse, dando como resultado un filamento roto y una bombilla oscurecida por el wolframio enfriado y depositado. Decimos entonces que la bombilla se ha fundido.
Para obtener una luz más blanca se utilizan actualmente las lámpara halógenas, que permiten que el filamento alcance una temperatura más elevada sin que el wolframio llegue a fundir.
¿Y cómo lo consiguen?
Las lámparas halógenas además de su filamento de wolframio o tungsteno, contienen una atmósfera gaseosa formada por el gas inerte y por un halógeno (generalmente yodo o bromo), que consigue que el wolframio se mantenga más estable de la siguiente manera: cuando el wolframio pasa a estado gaseoso y entra en contacto con las paredes de la lámpara se enfría, combinándose con el halógeno para formar el halogenuro correspondiente. Por otra parte, en las zonas del filamento donde haya sublimado más wolframio, el conductor disminuye de grosor y por tanto aumenta la temperatura. Y es en estas zonas donde el metal se deposita sobre el filamento reparándolo.
Este ciclo regenerador permite una temperatura mayor de lo habitual y ofrece una luz más blanca, pero requiere de un compuesto de cuarzo —que soporta mejor las altas temperaturas— para la fabricación de la bombilla.
Pero el compuesto de cuarzo no se puede tocar con los dedos, porque restos de grasa corporal quedan adheridos a la superficie. Esta fina capa adherida se calienta y presenta diferente temperatura que el resto de la lámpara. Cuando el wolframio llega al cuarzo ya no se enfría y se rompe el ciclo regenerador. Además la huella de suciedad provoca una alteración química del cuarzo que es conocida como desvitrificación y que provoca su deterioro y contribuye a que el filamento se funda.
Al someter el hierro al fuego de proporcionamos gran cantidad de calor. Esta energía suministrada hace que los átomos del metal se muevan con mayor intensidad y vibren aceleradamente.
Pero cuando no toda la energía puede ser admitida se pierde en forma de radiación lumínica mostrando el color rojizo característico del hierro calentado en la forja.
Pero… ¿por qué rojo y no otro color?
De hecho el rojo no es el único color. La luz roja tiene una longitud de onda larga, que se corresponde con una energía baja, y es el primer color adquirido por el hierro candente. Si intensificamos el calor, si aumentamos la temperatura, obtendremos emisiones lumínicas con unas frecuencias cada vez más altas y unas longitudes de onda más cortas. Y el color cambiará del rojo al amarillo, de ahí al blanco y finalmente al azul.
Y no solamente le pasa eso al hierro, podemos observar el mismo efecto en otras sustancias que con calor se vuelven luminosas.
Nota sabionda: El color ideal para el forjado es un blanco-anaranjado. Como deben ser capaces de apreciar las diferentes tonalidades, muchos herreros trabajan en lugares de baja iluminación.
Nota sabionda: La astrofísica utiliza esta relación entre los colores y la temperatura en su estudio de las estrella.
Eso. ¿Por qué no son de otro color? ¿Por qué no rosa para ver la vida color de rosa?
Antes de saber del color, veamos cómo funcionan.
El ojo humano no capta todo el espectro electromagnético, solamente una parte que se denomina por ello el espectro visible. Diferentes longitudes de onda pasan desapercibidas para nuestro órgano de la visión durante el día. Pero con la llegada de la noche, o simplemente en la oscuridad, las escasez de iluminación provoca un corrimiento hacia el infrarrojo de la luz reflejada. Infrarrojo que nuestro ojo no detecta, por lo que nuestra vivión es más deficiente.
Aclaremos que para que las gafas funcionen es necesaria luz (visible o no) y que la total ausencia de onda electromagnética alguna no permitiría percibir imagen.
Las gafas están diseñadas para captar la luz infrarroja y amplificarla. Cuando los fotones entran en las gafas rebotan en unos pequeñísimos tubos de vidrio dispuestos en forma de disco. Al chocar con las paredes producen fotones secundarios que son acelerados al aplicar voltaje entre las superficies de los discos. Estos fotones secundarios crean nuevos fotones adicionales en un proceso de multiplicación que amplifica la fuente de luz.
La luz enfocada es absorbida por un fotocátodo que convierte los fotones en electrones. Estos electrones emitidos son dirigidos electrostáticamente hacia la pantalla en la que se formará la imagen de manera similar a una cámara fotográfica pero sin inversión de imagen.
Esta pantalla, por cuestiones de coste, es de fósforo verde. Como aquellos monitores antiguos que acompañaban a los viejos ordenadores. Así que los haces de electrones excitan el fósforo verde de manera que se forma la imagen.
Nota sabionda: Cuando las condiciones de iluminación son muy deficientes se suele iluminar la escena con una lámpara de infrarrojos. Indistinguible para el ojo humano pero no para las gafas de visión nocturna.
Nota sabionda: Las gafas de visión nocturna amplifican la imagen, pero no permiten ver a través de la neblina o una pared. Para ello se utilizan las cámaras térmica.
Un espejismo es una ilusión óptica debida a la reflexión total de la luz, originada cuando ésta atraviesa capas de aire de distinta densidad. Así objetos lejanos ofrecen una imagen invertida como si se reflejasen en el agua, o bien aparecen flotando en el aire o sobre la superficie del mar.
Pero… ¿cuál es el mecanismo que los forma?
Ya se apuntaba en el primer párrafo: el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad, que se mide con el índice de refracción, que no es más que la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate.
Así, cuando la onda de luz incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios, y si éstos tienen índices de refracción distintos, se produce la refracción. El ejemplo clásico de este fenómeno es el de un lápiz y otro objeto semi-sumergido en un vaso con agua: la cuchara parece quebrada.
También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura (y por ello densidad), de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.
Los espejismos pueden ser de dos tipos: superiores e inferiores, dependiendo de en qué lugar se encuentra la capa de aire caliente.
¿Cómo es eso?
Los espejismos superiores se producen cuando el aire que está cerca de la superficie es más frío (y por lo tanto más denso) que el aire que se encuentra justo encima. Esta inversión térmica se suele dar en latitudes altas donde los mares son fríos y la capa de aire cercana a la superficie del mar está más fría que la superior. La luz ascendente es refractada hacia abajo por la capa cálida produciendo una imagen invertida que parece flotar en el cielo.
Los espejismos inferiores son más comunes, y se producen cuando el aire que está más cerca de la superficie es más caliente (y por lo tanto menos denso) que el aire que se encuentra justo encima. Este fenómeno se observa preferentemente en los desiertos donde el espejismo puede dar la apariencia de un lago o mar desde cierta distancia y, en un ejemplo mucho más cercano, en el asfalto recalentado de las carreteras, con la apariencia de una superficie líquida que refleja imágenes, como un charco. Pero cuanto más se avanza hacia esa zona más parece alejarse, hasta que de repente desaparece.
Veamos algunas imágenes más:
Nota sabionda: Si hace mucho calor y el asfalto de la carretera está muy caliente, incluso se puede apreciar a simple vista como asciende el aire caliente. Y la diferente densidad de ese aire ascendente provoca que llegue una imagen borrosa al observador, pues el diferente índice de refracción hace que la luz se refracte de forma continua al atravesar las distintas capas de aire y se curve.
Nota sabionda: Una cosa parecida ocurre al repostar el automóvil. Si el día es soleado se puede observar en los alrededores de la entrada al depósito, un efecto óptico, una distorsión de imagen. En este caso provocada por los gases desprendidos por el combustible. De una densidad diferente al la del aire circundante y por ello provocadores de refracción.
Respuesta a una consulta de Leonel Domínguez Quijano
El ojo humano es capaz de adaptarse continuamente y de forma eficaz a diferentes condiciones de iluminación. La pupila se dilata o contrae según la luz que recibe, de forma que somos capaces de apreciar con claridad cualquier escena siempre que haya una mínima cantidad de luz.
Esto no ocurre con la fotografía. El fotómetro que incorporan las cámaras fotográficas calcula un valor medio de las zonas de luces y sombras de la imagen a captar, y se realiza la toma de acuerdo a ésta. Así, puede ocurrir que unas zonas queden muy oscuras y otras muy claras si la escena contiene fuertes contrastes de luz.
La técnica HDR (high dynamic range), ‘alto rango dinámico’, pretende paliar este defecto y, efectivamente, consigue imágenes con todas sus zonas correctamente iluminadas aunque hayan recibido diferentes cantidades de luz.
Para ello se utilizan diferentes tomas de la misma imagen con diferentes iluminaciones para después combinarlas digitalmente. Generalmente se trabaja con tres imágenes (una sobreexpuesta, otra subexpuesta y otra normal) aunque se pueden conseguir resultados aceptables con una sola imagen a la que modificar la exposición con un programa de tratamiento de imágenes.
Utilizando las tres fotografías anteriores, y con trabajo y maña, se obtiene el siguiente resultado: una imagen mucho más real. Aunque, en ocasiones, esta realidad nunca vista hasta ahora en fotografía, lo que consigue es lo contrario: escenarios irreales.
Algunos ejemplos más.
Nota sabionda: El HDR fue desarrollado por Paul Debevec.
Nota sabionda: La técnica HDR se aplica en videojuegos para dotarles de un elevado grado de realismo. Los primeros en utilizar el HDR fueron Far Cry y Half-Life 2: Lost Coast.
Nota sabionda: Puedes ver una galería de imágenes HDR aquí.
Una lámpara de lava es un elemento decorativo más que de iluminación. Aunque originalmente recibió el nombre de Astrolight, es más conocida como lámpara de lava por el fluir apacible de los fluidos de su interior que recuerdan una corriente de lava.
Esta lámpara consta de un recipiente transparente en cuyo interior se suelen mover dos (aunque en ocasiones son más) sustancias coloreadas y una base metálica en la que se oculta la fuente de luz que las ilumina.
Una de estas sustancias es agua (en ocasiones coloreada) y la otra una cera o aceite (también coloreado). Son inmiscibles entre sí ya que son agua y aceite, por lo que el aceite o cera suele mostrar formas esféricas en suspensión.
Merced al calor que proporciona la fuente luminosa, la materia grasa se fluidifica y pierde densidad, de manera mucho más rápida que el fluido hidrosolubre que las rodea, y por ello asciende. Una vez en la parte superior de la lámpara y lejos de la fuente calorífica, la cera, mal conductor térmico, se enfría rápidamente, su densidad aumenta y, consecuentemente, se vuelve a hundir.
De esta manera se establece un movimiento convectivo de curiosas formas y volúmenes, que se mantendrá mientras la lámpara este encendida y proporcione el calor necesario al sistema.
Nota sabionda: La temperatura exterior influye en el tamaño y cantidad de las gotas de cera. Así, en verano se formarán muchas y pequeñas, mientras que en invierno tardarán más en formarse y serán pocas y de mayor tamaño.
Nota sabionda: La lámpara de lava fue un icono de los años 1960, pues el constante cambio y la demostración intensa de color fueron comparados a las alucinaciones psicodélicas de drogas como el LSD.
Una rareza, una curiosidad… eso fue el cine en 3D en el pasado. Pero actualmente parece que la industria del entretenimiento empieza a apostar por él.
Cada vez más se dispone en los hogares de sistemas de reproducción de gran calidad: pantallas de grandes dimensiones, sistemas de reproducción digital de video, sonido envolvente y otras maravillas que permiten disfrutar del cine en casa. Así que es lógico que se nos ofrezca algo diferente para poder visionar en las salas comerciales.
Hay diferentes sistemas para ofrecer cine en 3D que con el paso del tiempo se han ido perfeccionando, pero todos ellos se basan en el mismo principio: la visión estereoscópica.
¿Y qué es la visión estereoscópica?
Nuestros ojos son como cámaras fotográficas que obtienen imágenes planas, de dos dimensiones. Debido a la separación que existe entre ambos ojos, esta visión binocular consigue dos imágenes que son ligeramente distintas, y esa diferencia varía en función de la distancia a la que se encuentran los diferentes objetos que caen en nuestro campo de visión.
Nuestro cerebro es el encargado de interpretar esas imágenes planas de manera queconstruye la tridimensionalidad a la que estamos acostumbrados.
Así que los diferentes sistemas de cine tridimensional intentan reproducir la forma en que nuestros ojos registran imágenes del mundo real, para que percibamos la imágen proyectada en un pantalla plana como si no fuera bidimensional.
Mucho tiempo ha pasado desde los primeros intentos, aquellos basados en el color, en los que el espectador utilizaba unas gafas especiales que cubrían los ojos con un celofán semitransparente de color rojo sobre un ojo y de color azul sobre el otro. Así cada ojo percibía una imágen diferente, según la porción de color que cada uno de los celofanes dejaba pasar sin filtrar. El resultado era una aceptable sensación de tridimensionalidad.
Posteriormente empezaron a proyectarse las imágenes en color real (no el rojo-verde del anterior método) y a usarse gafas de cristales polarizados, de tal manera que el cristal de un ojo permitía ver la imagen emitida en una luz polarizada y el otro la imagen emitida en otra luz polarizada.
Actualmente la película es en realidad dos películas proyectadas a la vez con los frames intercalados y las gafas tienen un filtro LCD que está sincronizado con el sistema de proyección, de manera que se oscurecen los cristales alternativamente para que un ojo vea una película y el otro vea la otra y que las ligeras diferencias entre ambas conformen la imagen tridimensional, de la misma manera que el cerebro forma la imagen tridimensional a partir del mundo real.
Si la frecuencia de proyección es suficientemente elevada, no se detectan parpadeos de ninguna clase y la sensación 3D es muy convincente.
Nota sabionda: Para que un ser vivo pueda disfrutar de visión tridimensional, es indispensable que disponga de dos ojos situados en el frente de su cráneo. Se trata de una adaptación evolutiva imprescindible para calcular las distancias correctamente.
Nota sabionda: Y el siguiente paso parece que será el cine holográfico, aún en desarrollo, que consta de una pantalla compuesta de multitud de pequeñas unidades a las que se les puede cambiar su transparencia, brillo y color. Al incidir la luz sobre esos elementos en diferente estado, se consigue que la luz reflejada en la pantalla forme la imagen deseada. Si los cambios se realizan con la suficiente rapidez se logra la sensación de movimiento.
Aunque desde la Antigüedad eran conocidos los principios de la simetría de reflexión y se pulían piezas de piedra caliza para formar ángulos y observar las imágenes multiplicadas, no fue hasta 1816 que el inglés David Brewster desarrolló una versión contenida dentro de un tubo y la denominó caleidoscopio.
El caleidoscopio es un juguete infantil clásico, de gran sencillez y resultados sorprendentes. Su propio nombre nos habla de su función: del griego kalós, ‘bello’, éidos, ‘imagen’ y scopéo, ‘observar’, es un aparato para observar bellas imágenes.
Se trata de un tubo que contiene tres espejos, dispuestos con su parte reflectante hacia el interior, de tal forma que forman un prisma de lados rectangulares y base triangular. En uno de los extremos se encuentran dos láminas traslúcidas entre las que se disponen plásticos, cristales o cuentas de colores y formas diferentes, cuyas imágenes se ven multiplicadas simétricamente al ir girando el tubo mientras se mira por el extremo opuesto.
Al dirigir el caleidoscopio hacia la luz, se pueden ver las formas contenidas en el triángulo basal, sus reflexiones en los tres espejos y las refexiones entre éstos, de manera que se puede observar un dibujo con varios ejes de simetría de una gran belleza geométrica.
Utiliza el ratón y las teclas del cursor sobre la imagen.
Además del descrito existen diferentes tipos de caleidoscopios: el caleidoscopio de agua, el caleidoscopio de disco, el caleidoscopio polarizado y el teleidoscopio.
El caleidoscopio de agua tiene las piezas de plásticos de colores suspendidas en agua, lo que provoca un lento movimiento contínuo de las mismas.
El caleidoscopio de disco sustituye las cuentas de colores por un disco de plástico coloreado, lo que limita bastante las combinaciones posibles.
El caleidoscopio polarizado sustituye la parte inferior por un cristal polarizado, de manera que la figuras que se forman están compuestas por la irisada descomposición de la luz que lo atraviesa.
El teleidoscopio sustituye la parte inferior de los cristales o plásticos por una lente. Así, lo que se ve bajo el filtro de los prismas son los objetos cotidianos a los que lo dirigimos.
Nota sabionda: Aunque lo más común es que contenga tres espejos que formen entre ellos tres ángulos de 60º, los espejos pueden ser más —y consecuentemente otra la medida de los ángulos— para la obtención de diferentes efectos.
Ya se apuntaba en el primer párrafo: el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad, que se mide con el índice de refracción, que no es más que la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate.
Mucho tiempo ha pasado desde los primeros intentos, aquellos basados en el color, en los que el espectador utilizaba unas gafas especiales que cubrían los ojos con un celofán semitransparente de color rojo sobre un ojo y de color azul sobre el otro. Así cada ojo percibía una imágen diferente, según la porción de color que cada uno de los celofanes dejaba pasar sin filtrar. El resultado era una aceptable sensación de tridimensionalidad.
