CÁMARA OSCURA

Johannes Kepler

Fue Johannes Kepler (1571-1630) el primero en acuñar el término Cámara Oscura. La cámara oscura original era una habitación cuya única fuente de luz era un minúsculo orificio en una de las paredes. La luz que penetraba en ella por aquel orifício y proyectaba una imagen del exterior en la pared opuesta. Aunque la imagen así formada resultaba invertida y borrosa, los artistas utilizaron esta técnica para esbozar escenas proyectadas por la cámara. Con el transcurso de los siglos la cámara oscura evolucionó y se convirtió en una pequeña caja manejable y al orificio se le instaló una lente óptica para conseguir una imagen más clara y definida.

Posiblemente nunca se sabrá con precisión quién y cuándo descubrió la cámara oscura pero su presencia a lo largo de la historia de la humanidad es constante.

Fue en la antigua Grecia donde surgió la preocupación por encontrar una explicación del fenómeno lumínico. Esto condujo a los filósofos a observar los efectos de la luz en todas sus manifestaciones. Aristóteles sostuvo que los elementos que constituían la luz se trasladaban de los objetos al ojo del observador con un movimiento ondulatorio. Para comprobar su teoría, construyó la primera cámara oscura de la que se tiene noticia en la Historia, describiéndola de la siguiente manera: "Se hace pasar la luz a través de un pequeño agujero hecho en un cuarto cerrado por todos sus lados. En la pared opuesta al agujero, se formará la imagen de lo que se encuentre enfrente".

Leonardo Da Vinci

En la segunda mitad del siglo XV, se volvió a tener noticia de la cámara oscura a través de Leonardo da Vinci (1452-1519), quien redescubrió su funcionamiento y le adjudicó una utilidad práctica por lo que se le ha otorgado el crédito de su descubrimiento. El italiano Leonardo da Vinci y el alemán Alberto Durero (1471-1528) emplearon la cámara oscura para dibujar objetos que en ella se reflejaban. A partir de ese momento se utilizó como herramienta auxiliar del dibujo y la pintura, extendiéndose rápidamente en Europa.

En el siglo XVI un físico napolitano, Giovanni Battista Della Porta (1535-1615), antepuso al orificio una lente biconvexa (lupa) y con ella obtuvo mayor nitidez y luminosidad en la imagen. A partir de este avance varios científicos se dedicaron a perfeccionarla.

Pero, ¿cómo "funciona" la cámara oscura?... Para explicarlo, partamos de la imagen inferior:

La luz que llega a un objeto, en este caso un árbol, se refleja y algunos de los haces de luz logran entrar a la cámara a través del pequeño orificio y llegar hasta el fondo que es la pantalla sobre la que se forma la imagen. La imagen se forma invertida debido a que la luz viaja en línea recta (también se invierten izquierda y derecha por la misma razón). Al observar la figura queda claro entonces la razón de la inversión de la imagen, y por tanto, también nos sirve para comprobar experimentalmente que la luz viaja en línea recta.

El agujero de la cámara debe de ser lo más pequeño posible para permitir la entrada pequeñito de unos pocos haces de luz, cuanto más grande sea el orificio más difusa será la imagen formada.

El ojo humano funciona como una cámara oscura también, probablemente hemos oído que las imágenes que vemos se forman invertidas en la retina. En el caso del ojo además del pequeño orificio, que es la pupila, existen otros elementos orgánicos como el cristalino y la córnea, cuya función es enfocar cualquier objeto, este cerca o lejos, en la retina.

Para construir nuestra cámara oscura vamos a utilizar los planos que se encuentran en el siguiente enlace:

PLANO CÁMARA OSCURA (Plano 1)
PLANO CÁMARA OSCURA (Plano 2)

Esta es la cámara oscura construida siguiendo el plano anterior. Se le ha añadido una tela oscura para realizar una observación mejor.

Por último, este es el vídeo de las imágenes conseguidas con esta cámara oscura. En directo las imágenes son muchísimos mejores. Además, el día de la grabación estaba parcialmente nublado (la mejor opción es como mucha luz solar colocada detrás de la cámara). Volveremos a repetir el vídeo con mejores opciones de luz.

Repetición de la grabación con mejores opciones de luz.

Probando nuestras cámaras oscuras.

Informe realizado por Adrián, Bogdan, José Antonio y Marina sobre la cámara oscura.

Cámara oscura: características y construcción

¿RADIOMETRO SOLAR o MOLINILLO TÉRMICO?

Aunque, como ya veremos, su nombre lleva a engaño porque ni mide ni es solar, éste es un aparato con grandes posibilidades para entender algunos aspectos de la Física.

También conocido como Molinillo de Luz o Radiómetro de Crookes, este dispositivo fue desarrollado en 1873 por el químico de origen inglés sir William Crookes (1832 - 1919) a partir de observaciones realizadas (y que no tenían nada que ver) en sus investigaciones sobre un nuevo elemento químico que acababa de descubrir en 1861: el Talio (Tl). Este dispositivo, que a primera vista parece una bombilla de incandescencia, está constituido por un bulbo en cuyo interior se ha realizado un vacío parcial. Las cuatro aspas están construidas de igual forma: con una cara plateada y otra oscura. Todo el conjunto se encuentra suspendido sobre una aguja.

Williams Crookes

La explicación de su funcionamiento no fue tan sencilla como parece a primera vista, e incluso, el propio Crookes ofreció una explicación errónea del mismo: La luz golpea las aspas del molinillo con sus fotones. La luz que golpea las caras negras es absorbida mientras que la de las blancas es rebotada (un cuerpo negro se calienta antes al sol que uno blanco) y esto hace que el balance total de golpes de las partículas de luz sea mayor en las caras blancas que en las negras, habiendo una fuerza total que haga girar el molinillo. Error. Si esto fuese verdad, giraría en sentido contrario al que realmente lo hace. Muchos científicos trabajaron en la explicación de este fenómeno: Martin Knudsen, James C. Maxwell, Albert Einstein u Osborne  Reynolds. En la actualidad, aunque no hay unanimidad, parece que la explicación más aceptada en una combinación de las idea de A. Einstein y O. Reynolds.

La explicación más aceptada la propuso O. Reynolds, en 1879, al hablar de  la Transpiración Térmica, que es el flujo de gas a través de una superficie porosa causado por una diferencia de temperatura en ambos lados del aspa.

Osborne Reynolds

La primera objeción se obvia: Las aspas del radiómetro no tienen poros. Debemos fijarnos en los bordes de las aspas. Miremos las aspas desde arriba. La parte inferior de nuestra línea corresponde al lado negro (más caliente) y la superior al lado blanco (más frío). Las moléculas que chocan en los bordes desde el lado caliente son, en promedio, más que las del lado frío, y por tanto, el resultado final es que en los bordes tenemos una fuerza hacia el lado blanco, que hace girar el dispositivo. Este efecto es conocido como Deslizamiento o Arrastre Térmico porque arrastra las moléculas a lo largo de una superficie donde hay un gradiente térmico (variación gradual de temperatura).

Una explicación parcial ya planteada con anterioridad fue puesta en valor nuevamente por A. Einstein. Las moléculas del gas que chocan en el lado caliente del aspa aumentarán un poco la velocidad del aspa. Si una molécula da este empuje extra eficaz, implica que una mínima presión es ejercida sobre el aspa. El desequilibrio de este efecto entre el lado caliente y el frío genera una presión neta equivalente a un empuje en el lado negro, resultando un giro con el lado negro atrás, tal y como vemos funcionar al aparato. El problema fue que el movimiento de las moléculas más rápidas produce más fuerza, pero también frena a las otras moléculas que van a chocar en el aspa. Por lo tanto, la fuerza total en el aspa debería ser exactamente la misma ya que una mayor temperatura disminuye la densidad (se dispersan más las moléculas y dejan más espacio libre) resultando la misma fuerza en ambos lados. Años después de que esta explicación fuese descartada, A. Einstein mostró que debido a la diferencia de temperatura en los bordes las dos presiones no se cancelan totalmente. La fuerza predicha por A. Einstein sería suficiente como para mover las aspas, pero no tan rápido como lo observamos en la  realidad.

Actualmente,  la explicación más aceptada es una suma de la presión de O. Reynolds y la de A. Eisntein.

Podemos concluir que es la diferencia de temperatura la responsable del movimiento de nuestro aparato. Para demostrarlo, en el vídeo se muestran dos experimentos:

1. Poner el molinillo bajo la acción de un secador de pelo.

2. Poner el molinillo bajo la acción de una placas de congelación. En este caso, y es el único, nuestro aparato gira en sentido contrario (la cara oscura por delante) debido a que esta cara se enfría antes.

En conclusión, lo que nos venden como un Radiómetro no es más que un Molinillo Térmico. No gira, como se indica en la misma caja del aparato, por la fuerza de la luz solar. La presión que ejerce la luz del sol es muy, muy pequeña, de modo que la presión que hace realmente sobre las aspas del molinillo es tan pequeña que no es capaz de vencer la fuerza de rozamiento que hace la puta de la aguja sobre la cápsula de vidrio. Los radiómetros de verdad, que miden la presión de radiación de la luz, son muy diferentes: cuelga de un hilo largo tal que no genera rozamiento y es prácticamente libre de girar. Además, está en una cámara de alto vacío, donde se ha extraído todo vestigio de materia gaseosa posible. Entonces, y sólo entonces, el radiómetro gira en el sentido que predice la presión de radiación, el que predice la teoría electromagnética de J. C. Maxwell, la que predijo W. Crookes.

LUZ, SONIDO Y BEETHOVEN (RESPUESTA)

Hace una semanas mostrábamos la combinación entre luz y sonido con la ayuda de Beethoven. Si quieres recordarlo, aquí tienes el enlace:

Luz, Sonido y Beethoven

La Luz y el Sonido son magnitudes físicas que comparten el hecho de ser ondas. Sin embargo, sus diferencias son mayúsculas. Su velocidad de propagación es muy diferente ( unos 1235 km/h para el Sonido en el aire y unos 1080000000 km/h para la Luz en el vacío). Además, el Sonido necesita un medio material para propagarse frente a la luz que es capaz de propagarse en el vacío. Recuerda este dato la próxima vez que escuches la explosión de una nave espacial en una película del espacio...

Ángela, Daniel, Raúl y Silvia se encargan de explicarnos este curioso experimento amplificador casero construido con una lata de champiñones:

GLOBO SOLAR 2 (Historia de un exitoso fracaso)

Hace unaS semanas mostramos el funcionamiento de los globos solares y sus posibles aplicaciones. La entrada era la siguiente:

GLOBO SOLAR

Manuel, Yanet, Jesús y Adrián se encargan de explicar por qué ocurre. Además, mostramos nuestro existoso fracaso a la hora de intentar hacerlo volar nuevamente

¿SE ENCIENDE LA BOMBILLA? (RESPUESTA)

Hace unas semanas mostramos un vídeo sobre una bombilla que parecía iluminarse al incidir sobre ella un láser. Esta era la entrada:

¿SE ENCIENDE LA BOMBILLA?

Ahora, Raimundo, Manuel, Daniel y Jesús explican qué es lo que ocurre en este experimento con la luz. Por cierto, láser significa Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación.

¿UN COLOR O VARIOS COLORES? RESPUESTA

Hace un par de semanas, mostramos lo que ocurría con una curiosa esfera que inicialmente parecía de un color, y luego, eran varios. Para recordarlo, pincha en el siguiente enlace:

¿UN COLOR O VARIOS COLORES?

Ahora nos llega la explicación dada por Raimundo, Diana, Adrián, Manuel y Jesús.