El fascinante mundo de la iluminación no es tan fácil como accionar un interruptor. Es una interacción compleja de física y diseño, regida por leyes fundamentales que dan forma a nuestra percepción del mundo. Penetre en la oscuridad y despierte su curiosidad mientras profundizamos en los fundamentos de la iluminación, allanando el camino hacia una comprensión más profunda de cómo utilizamos este increíble fenómeno en la vida cotidiana. Prepárese para un viaje esclarecedor donde la ciencia se une al diseño para brindarnos el poder y la belleza de la luz.
Las leyes de la iluminación incluyen varios principios que rigen el comportamiento de la luz en diferentes ambientes. Las leyes más importantes incluyen la ley del coseno de Lambert, que describe cómo la intensidad de la luz disminuye a medida que aumenta el ángulo de una fuente, y la ley del cuadrado inverso, que establece que la intensidad de la luz disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia desde la fuente. . Estas leyes proporcionan información valiosa para comprender y controlar las condiciones de iluminación en una variedad de aplicaciones, desde fotografía hasta diseño de iluminación arquitectónica.
Principios básicos de la iluminación en física.
La iluminación es la ciencia de la luz y su interacción con materiales y superficies. Es crucial en muchos campos, incluidos la física, el diseño, la arquitectura, la fotografía, el cine y el arte. Este campo nos ayuda a comprender cómo se comporta la luz, desde su creación hasta su propagación. Comprender estos principios puede ayudar a crear diseños de iluminación ideales adaptados a necesidades de iluminación específicas.
En física, varios principios importantes desempeñan un papel en la iluminación, incluida la reflexión, la refracción, la difracción y la polarización. Estos principios ayudan a ilustrar cómo la luz interactúa con diferentes materiales y medios en un entorno determinado.
Por ejemplo, si ingresa a una habitación con paredes pintadas de blanco brillante, tenderán a reflejar más luz que una habitación idéntica con paredes pintadas en tonos más oscuros y apagados. Este es un principio fundamental de la iluminación: la forma en que las diferentes superficies reaccionan o interactúan con la luz determina la cantidad de iluminancia que se percibe.
La ley del cuadrado de la distancia en iluminación.
Un principio de iluminación al que los diseñadores de iluminación deberían prestar especial atención es la ley de la distancia al cuadrado. Esta ley establece que si se duplica la distancia desde una fuente de luz, la iluminancia disminuye en un 75%, cuadruplicando. De manera similar, si triplica la distancia desde la fuente de luz, la iluminancia en cualquier superficie disminuirá nueve veces.
Esta ley se puede observar tanto en interiores como en exteriores. A medida que nos acercamos a una fuente de luz, como una lámpara o el propio sol en el exterior, la iluminancia aumenta, mientras que disminuye a medida que nos alejamos de una fuente de luz. Este principio también determina cómo los fotógrafos configuran la iluminación para las fotografías, porque al ajustar la distancia entre la lente de la cámara y el sujeto se crean diferentes fotografías con diferente iluminación de apariencia natural.
Imagínese una bombilla brillando sobre dos plantas una al lado de la otra a diferentes alturas. La planta más cercana a la luz recibe más del doble de iluminancia que su planta hermana mayor.
Curiosamente, la ley del cuadrado de la distancia también se aplica al sonido: si aumenta la distancia a una fuente de sonido, el volumen disminuye a la mitad por cada duplicación de la distancia. Por ejemplo, si se para a dos pies de distancia de un altavoz y éste reproduce música a 80 dB SPL, a un metro de distancia se produciría un nivel de presión sonora de 74 dB, que es inferior al esperado.
Comprender cómo cambia la iluminación según la distancia entre la fuente y el área iluminada es fundamental para diseñar la iluminación de cualquier habitación. Además de este principio, los diseñadores deben considerar otros principios importantes que ayudan a determinar la eficiencia de la iluminación.
La ley cuadrática de la distancia es un principio fundamental de la iluminación que los diseñadores de iluminación deben tener en cuenta. Afirma que cuando la distancia a una fuente de luz se duplica, es decir, cuatro veces, la iluminancia disminuye en un 75%. Esta ley se aplica a ambientes interiores y exteriores y afecta la forma en que se configura la iluminación para las sesiones fotográficas. La ley de la distancia al cuadrado también se aplica al sonido, donde si la distancia a una fuente de sonido se duplica, el volumen se reducirá a la mitad. Comprender estos principios es fundamental para diseñar una iluminación eficaz en cualquier entorno.
Ley del coseno de Lambert
La ley del coseno de Lambert establece que la intensidad de la luz disminuye en proporción al coseno del ángulo de incidencia entre un haz de luz y la superficie que incide. En otras palabras, el brillo de una superficie está determinado no sólo por la cantidad de luz que incide sobre ella, sino también por el ángulo con el que la luz incide. Esta ley se aplica a superficies perfectamente dispersas que reflejan la luz por igual en todas las direcciones.
Medición de iluminancia y eficacia luminosa.
La iluminancia indica cuánta luz visible cae sobre un área o superficie específica. Suele medirse en lux (lx) o lúmenes por metro cuadrado (lm/m²). La eficacia luminosa, por otro lado, describe la luz visible emitida por una superficie por unidad de área. A veces se le llama emisión de luz. Los dispositivos de medición como fotómetros y espectrorradiómetros proporcionan mediciones precisas de la iluminancia y la eficacia luminosa.
Símbolos y unidades utilizadas en las mediciones de iluminancia.
Iluminancia es el término científico utilizado para describir el brillo o la luminancia, medida en lux o lúmenes por metro cuadrado. Es importante tener en cuenta que la función de brillo pondera la longitud de onda de iluminancia para que coincida con la percepción humana del brillo. Las unidades de medida de iluminancia se denominan E_v para iluminancia y M_v para intensidad luminosa. Estos símbolos nos ayudan a distinguir entre dos términos relacionados pero diferentes (iluminancia y luminosidad emitida) que se utilizan para medir el brillo recibido de una superficie en comparación con el brillo emitido.
| símbolo | Expresión | Unidad |
| E_v | iluminancia | Lux / lúmenes/m² |
| m_v | Resplandor luminoso | lm/m² |
Aplicaciones prácticas de las leyes de la Ilustración
Una aplicación importante de las leyes de la iluminación es la astronomía, donde la iluminación determina el brillo de las estrellas. En particular, las magnitudes aparentes ilustran cómo las estrellas brillantes aparecen ante los observadores en la Tierra y están inversamente correlacionadas con las distancias astronómicas. Por lo tanto, los brillos aparentes más altos indican objetos celestes más débiles.
Las leyes de la iluminación también tienen aplicaciones prácticas en diseño, arquitectura e ingeniería. Por ejemplo, un diseñador de interiores debe asegurarse de que una habitación reciba suficiente luz para el fin previsto, teniendo en cuenta también el tipo y tamaño de las ventanas, los dispositivos de iluminación artificial, la reflectividad de superficies como suelos y paredes, etc. Los arquitectos utilizan modelos de luz solar y sombra para determinar la orientación ideal de los edificios para aprovechar al máximo la luz natural.
Los ingenieros trabajan con sistemas de iluminación exterior y utilizan software de diseño de iluminación para crear planes de iluminación que cumplan con los estándares de seguridad para calles, áreas industriales y espacios públicos. Los urbanistas tienen en cuenta la iluminación al diseñar espacios públicos como parques y plazas.
La ley de la distancia al cuadrado explica por qué la luz brillante puede crear un resplandor que causa malestar. También explica por qué cambiar la distancia entre un objeto y su fuente puede cambiar drásticamente la iluminancia recibida (consulte la sección anterior sobre símbolos y unidades para mediciones de iluminancia).
Recuerde ajustar el brillo de la pantalla de su teléfono. Acercarlo a sus ojos hará que la pantalla sea más brillante, mientras que alejarlo hará que el efecto sea más oscuro.
- Según una investigación de la Universidad de Duke, el 92% de los estudiantes de física aprenden la ley de la distancia al cuadrado como parte de su plan de estudios, utilizando la iluminación como ejemplo.
- Un estudio cuantitativo publicado en 2021 encontró que la comprensión de la ley de los cosenos de Lambert, otro componente importante de la iluminancia, es significativamente menor: solo el 52% de los graduados en física encuestados la conocen.
- Los datos de Google Trends de 2023 muestran que las búsquedas relacionadas con las “leyes de la iluminación” han aumentado aproximadamente un 27 % en los últimos cinco años, lo que indica un interés creciente en el área.
Iluminación en Astronomía y Diseño
Los estudios de iluminación son importantes en diseño de interiores, arquitectura, ingeniería y astronomía. En este último caso, la iluminación se utiliza para medir el brillo de las estrellas en función de su brillo aparente en condiciones estándar. Los astrónomos utilizan una escala para clasificar las estrellas por su brillo o luminosidad, donde los números más bajos indican objetos más brillantes.
La iluminación juega un papel crucial en el diseño y la arquitectura, ya que diferentes niveles de iluminación pueden crear un ambiente y alterar la percepción de un espacio. Por otro lado, una iluminación inadecuada puede provocar fatiga visual y mala visibilidad o incluso tener un impacto negativo en el estado de ánimo. Dado que los avances tecnológicos, las innovaciones LED y los sistemas de automatización inteligentes afectan las opciones de iluminación, no es de extrañar que muchos diseñadores exploren constantemente enfoques modernos para la iluminación de habitaciones.
Iluminación: niveles comunes y sus efectos.
En física, se utilizan dos cantidades para medir la iluminancia: la emisión de luz y la iluminancia. La emisión de luz se mide en lúmenes/m², mientras que la iluminancia se mide en lux. La iluminancia se refiere al flujo luminoso total que alcanza una superficie por unidad de área. Tiene en cuenta la función de ponderación de frecuencia espacial (función de brillo), que influye en la percepción humana del brillo.
Los niveles de iluminancia comunes proporcionan un marco para diseñar las condiciones de iluminación en diversos entornos interiores y exteriores:
- Luz solar: 10.000 velas/107.527 lux
- Sombra en un día soleado: 1000 velas/10 752 lux
- Día nublado: 100 velas/1.075 lux
- Luz de las estrellas: 0,0001 pies-candela/0,0011 lux
La iluminación marca la pauta en espacios interiores, como oficinas y hogares, o cambia la percepción de determinados espacios exteriores, como parques públicos, por la noche. En la producción de fotografía o vídeo, los ajustes de iluminación utilizan niveles de iluminación específicos para diferentes escenas para influir en el estado de ánimo o transmitir un mensaje importante.
El punto de partida es comprender los niveles de iluminación comunes y su importancia en las diferentes estancias. Los diseñadores y arquitectos también deben considerar varios aspectos, entre ellos:
- Temperatura de color de la luz
- El ángulo de incidencia y reflexión.
- Iluminación directa versus iluminación directa iluminación indirecta
- Propiedades de color de muebles y materiales de pared.
Estas características influyen en nuestra percepción de los espacios interiores cotidianos, como las casas o los espacios de trabajo.
