Leyes de la iluminación (explicación y fórmulas)

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

Las leyes de la iluminación son fundamentales en el mundo de la fotografía, el cine, la televisión y cualquier otra disciplina que requiera de la correcta manipulación de la luz. Estas leyes establecen las bases para entender cómo funciona la luz y cómo se puede controlar para conseguir el efecto deseado.

En esta explicación, nos adentraremos en las leyes de la iluminación, analizando cada una de ellas y presentando las fórmulas necesarias para su cálculo. Desde la ley de la inversa del cuadrado hasta la ley de Lambert, pasando por la ley de reflexión, descubriremos cómo la luz se comporta en diferentes situaciones y cómo podemos usar este conocimiento para conseguir imágenes espectaculares.

Si eres un fotógrafo, cineasta o simplemente sientes curiosidad por cómo funciona la luz, esta explicación sobre las leyes de la iluminación es para ti. ¡Comencemos!

Conceptos básicos de la iluminación

Antes de adentrarnos en las leyes de la iluminación, es importante entender algunos conceptos básicos que nos ayudarán a comprender mejor el tema:

Fuente de luz

Es el objeto que emite luz, como una bombilla, una vela o el sol.

Intensidad luminosa

Es la cantidad de luz que emite una fuente de luz en una dirección determinada. Se mide en candelas (cd).

Ejemplo: Una bombilla de 100 W tiene una intensidad luminosa de aproximadamente 1200 cd.

Flujo luminoso

Es la cantidad total de luz que emite una fuente de luz en todas las direcciones. Se mide en lúmenes (lm).

Ejemplo: Una bombilla de 100 W emite unos 1600 lm.

Irradiancia

Es la cantidad de luz que llega a una superficie por unidad de área. Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2).

Ejemplo: Si una bombilla de 100 W está a una distancia de 1 metro de una pared, la irradiancia de la pared será de aproximadamente 16 W/m2.

Iluminancia

Es la cantidad de luz que incide sobre una superficie por unidad de área. Se mide en lux (lx).

Ejemplo: Si una bombilla de 100 W está a una distancia de 1 metro de una mesa, la iluminancia de la mesa será de aproximadamente 160 lx.

Reflexión

Es el fenómeno por el cual una superficie devuelve parte de la luz que recibe. La cantidad de luz reflejada depende del ángulo de incidencia y de las propiedades de la superficie. Se mide en porcentaje (%).

Ejemplo: Una pared blanca tiene una reflexión del 80%, lo que significa que refleja el 80% de la luz que recibe.

Transmisión

Es el fenómeno por el cual la luz atraviesa un material, como el vidrio o el agua. La cantidad de luz transmitida depende del ángulo de incidencia y de las propiedades del material. Se mide en porcentaje (%).

Ejemplo: Un cristal transparente tiene una transmisión del 90%, lo que significa que deja pasar el 90% de la luz que incide sobre él.

Sombra

Es la zona donde la luz no llega directamente debido a la presencia de un objeto que la bloquea. La sombra puede ser parcial o total.

Ejemplo: Si colocamos un objeto opaco frente a una fuente de luz, se formará una sombra detrás de él.

Estos son algunos de los conceptos básicos que debemos tener en cuenta para entender mejor las leyes de la iluminación. Ahora podemos adentrarnos en ellas y comprender cómo funcionan.

Características de la luz

Antes de adentrarnos en las leyes de la iluminación, es importante conocer las características de la luz. Estas son:

  • La luz se propaga en línea recta: La luz viaja en línea recta desde su fuente hasta el objeto que ilumina.
  • La luz se refleja: La luz puede rebotar en una superficie y cambiar su dirección.
  • La luz se refracta: La luz puede cambiar de dirección al pasar de un medio a otro, como del aire al agua.
  • La luz puede ser absorbida: La luz puede ser absorbida por una superficie y convertirse en calor o energía química.
  • La luz tiene una velocidad constante: La luz viaja a una velocidad de aproximadamente 299,792 kilómetros por segundo en el vacío.
  • La luz tiene una longitud de onda: La luz se compone de ondas que tienen diferentes longitudes y frecuencias.
  • La luz tiene una intensidad: La intensidad de la luz se mide en unidades como lúmenes o candelas.
  • La luz tiene un color: El color de la luz depende de su longitud de onda y puede ser medido en unidades como kelvin o nanómetros.

Conocer estas características de la luz es fundamental para entender las leyes de la iluminación y cómo aplicarlas en la práctica.

Por ejemplo, si queremos iluminar una habitación de manera uniforme, necesitamos saber que la luz se propaga en línea recta y que se refleja en las superficies, por lo que debemos ubicar nuestras fuentes de luz de manera estratégica para evitar sombras.

También es importante entender la refracción de la luz al elegir materiales para ventanas o lentes de cámaras, ya que esto puede afectar la calidad de la iluminación y las imágenes que capturamos.

Ahora que hemos visto las características de la luz, podemos adentrarnos en las leyes de la iluminación y cómo aplicarlas en la práctica para crear ambientes adecuadamente iluminados.

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Tipos de luz

La luz es un fenómeno físico que puede ser descrito tanto por su naturaleza ondulatoria como por su comportamiento corpuscular. En términos generales, la luz se puede clasificar en tres tipos:

Luz natural

La luz natural proviene de la fuente primaria de iluminación que es el sol. Esta luz es la más completa y equilibrada en términos de espectro y su intensidad varía a lo largo del día y las estaciones. Además, la luz natural tiene un efecto positivo sobre la salud y el bienestar humano, ya que influye en la producción de vitamina D y regula los ritmos circadianos.

Luz artificial

La luz artificial es creada por el hombre y puede tener diferentes fuentes, como bombillas incandescentes, luces fluorescentes, LED, entre otras. La luz artificial se utiliza para iluminar espacios interiores y exteriores, y se puede ajustar en términos de intensidad y temperatura de color.

Luz ultravioleta

La luz ultravioleta es invisible al ojo humano y se encuentra en la parte del espectro electromagnético que se encuentra por encima de la luz visible. Esta luz puede ser dañina para la piel y los ojos si se expone en exceso, pero también tiene aplicaciones beneficiosas, como la esterilización de superficies y el tratamiento de ciertas enfermedades dermatológicas.

Además de estos tipos de luz, es importante tener en cuenta la dirección, la intensidad y el color de la luz al momento de iluminar un espacio, ya que estos factores pueden influir en la percepción visual y en el ambiente general. Por esta razón, existen algunas leyes de la iluminación que pueden ayudar a diseñar una iluminación adecuada y eficiente.

Desarrollo de las leyes de la iluminación

La iluminación es un factor esencial en el diseño de interiores y exteriores, y su correcta aplicación puede mejorar significativamente el ambiente y la funcionalidad de un espacio. Para entender cómo funcionan las leyes de la iluminación, es importante conocer su desarrollo y las fórmulas que las rigen.

Primera ley de la iluminación: El principio de inversión cuadrática

La primera ley de la iluminación establece que la intensidad de la luz disminuye a medida que aumenta la distancia de la fuente de luz. Esto se debe al principio de inversión cuadrática, que establece que la intensidad de la luz es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente de luz.

La fórmula para calcular la intensidad de la luz es:

I = E / D^2

Donde:

  • I: Intensidad de la luz (en lux)
  • E: Flujo luminoso de la fuente de luz (en lúmenes)
  • D: Distancia de la fuente de luz (en metros)

Por lo tanto, a medida que la distancia de la fuente de luz aumenta, la intensidad de la luz disminuye en proporción al cuadrado de la distancia. Por ejemplo, si la distancia de la fuente de luz se duplica, la intensidad de la luz disminuirá a una cuarta parte de su valor original.

Segunda ley de la iluminación: La ley de Lambert

La segunda ley de la iluminación establece que la intensidad de la luz que llega a una superficie disminuye a medida que el ángulo de incidencia de la luz se aleja de la perpendicular a la superficie. Esto se debe a la ley de Lambert, que establece que la intensidad de la luz incidente sobre una superficie es proporcional al coseno del ángulo de incidencia.

La fórmula para calcular la intensidad de la luz en una superficie es:

I = E * cos(theta) / D^2

Donde:

  • I: Intensidad de la luz en la superficie (en lux)
  • E: Flujo luminoso de la fuente de luz (en lúmenes)
  • theta: Ángulo de incidencia de la luz (en grados)
  • D: Distancia de la fuente de luz a la superficie (en metros)

Por lo tanto, cuanto mayor sea el ángulo de incidencia de la luz, menor será la intensidad de la luz que llega a la superficie. Por ejemplo, si el ángulo de incidencia es de 90 grados (perpendicular a la superficie), la intensidad de la luz será máxima. Si el ángulo de incidencia es de 0 grados (paralelo a la superficie), la intensidad de la luz será nula.

Tercera ley de la iluminación: La ley de la adición de la luz

La tercera ley de la iluminación establece que la iluminación total en un punto es igual a la suma de la iluminación directa e indirecta en ese punto. Esto se debe a la ley de la adición de la luz, que establece que la iluminación en un punto es igual a la suma de la iluminación directa y la iluminación reflejada en ese punto.

La fórmula para calcular la iluminación total en un punto es:

E = Ed + Er

Donde:

  • E: Iluminación total en el punto (en lux)
  • Ed: Iluminación directa en el punto (en lux)
  • Er: Iluminación reflejada en el punto (en lux)

Por lo tanto, para calcular la iluminación total en un punto, es necesario sumar la iluminación directa y la iluminación reflejada en ese punto. La iluminación directa es la que proviene directamente de la fuente de luz, mientras que la iluminación reflejada es la que proviene de las superficies que reflejan la luz hacia ese punto.

Conclusión

Las leyes de la iluminación son fundamentales para el diseño de interiores y exteriores, y su correcta aplicación puede mejorar significativamente el ambiente y la funcionalidad de un espacio. La primera ley establece que la intensidad de la luz disminuye a medida que aumenta la distancia de la fuente de luz, la segunda ley establece que la intensidad de la luz que llega a una superficie dismin

Aplicaciones de las leyes de la iluminación

Las leyes de la iluminación son fundamentales para entender cómo la luz se comporta y cómo podemos controlarla para conseguir el efecto deseado en nuestras fotografías o en cualquier otro tipo de proyecto que requiera iluminación. A continuación, explicaremos algunas de las aplicaciones más comunes de estas leyes:

1. Calcular la exposición

Una de las aplicaciones más importantes de las leyes de la iluminación es calcular la exposición correcta en una fotografía. Para ello, es necesario conocer la cantidad de luz que llega a nuestro sensor o película y ajustar los parámetros de la cámara (apertura, velocidad de obturación e ISO) en consecuencia.

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2. Controlar la profundidad de campo

La profundidad de campo se refiere a la zona de la imagen que aparece enfocada. Para controlarla, es necesario jugar con la apertura del diafragma. Cuanto mayor sea la apertura, menor será la profundidad de campo y viceversa. Las leyes de la iluminación nos ayudan a entender cómo afecta este cambio de apertura a la cantidad de luz que llega al sensor.

3. Crear efectos de luz

Las leyes de la iluminación también nos permiten crear efectos de luz interesantes, como sombras duras o suaves, halos de luz, etc. Para conseguir estos efectos, es necesario jugar con la dirección, la intensidad y la calidad de la luz.

4. Diseñar escenarios de iluminación

En fotografía de estudio o cinematografía, el diseño de escenarios de iluminación es fundamental para conseguir el efecto deseado. Las leyes de la iluminación nos permiten entender cómo funciona la luz en diferentes situaciones y cómo podemos combinar diferentes fuentes de luz para conseguir el resultado que buscamos.

5. Realizar mediciones de luz

Por último, las leyes de la iluminación son fundamentales para realizar mediciones de luz precisas. Para ello, es necesario conocer la relación entre la intensidad de la luz, la distancia y el ángulo de iluminación. Con esta información, podemos medir la cantidad de luz que llega a un punto determinado y ajustar nuestros parámetros de exposición en consecuencia.

Desde calcular la exposición correcta hasta diseñar escenarios de iluminación complejos, estas leyes nos permiten crear arte a través de la luz.

Fórmulas para el cálculo de la iluminación

Al hablar de iluminación, no solo se trata de colocar luces en un espacio, sino también de calcular la cantidad necesaria para obtener una buena visibilidad y un ambiente adecuado. Existen diferentes fórmulas que nos permiten hacer este cálculo de manera precisa.

Ley de Lambert

La Ley de Lambert establece que la cantidad de luz que llega a una superficie es proporcional al coseno del ángulo entre la superficie y la dirección de la luz. Esta ley se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

E = I x cos(θ)

  • E: iluminancia en lux (lx)
  • I: intensidad luminosa en candelas (cd)
  • θ: ángulo entre la superficie y la dirección de la luz

Un ejemplo de aplicación de esta fórmula sería el cálculo de la cantidad de luz que llega a un escritorio desde una lámpara. Si sabemos que la intensidad luminosa de la lámpara es de 500 cd y el ángulo entre la superficie del escritorio y la dirección de la luz es de 30 grados, podemos calcular la iluminancia de la siguiente manera:

E = 500 x cos(30) = 433,01 lx

Ley de Beer-Lambert

La Ley de Beer-Lambert establece que la cantidad de luz que atraviesa un medio disminuye exponencialmente a medida que la distancia recorrida aumenta. Esta ley se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

I = I0 x e-kx

  • I: intensidad luminosa después de atravesar el medio
  • I0: intensidad luminosa incidente
  • k: coeficiente de absorción del medio
  • x: distancia recorrida por la luz en el medio

Un ejemplo de aplicación de esta fórmula sería el cálculo de la cantidad de luz que llega a una ventana desde una fuente de luz exterior. Si sabemos que la intensidad luminosa incidente es de 1000 cd y que la distancia de la fuente de luz a la ventana es de 5 metros, y que el coeficiente de absorción del vidrio de la ventana es de 0,1, podemos calcular la intensidad luminosa después de atravesar la ventana de la siguiente manera:

I = 1000 x e-0,1 x 5 = 605,35 cd

Ley de los cuadrados inversos

La Ley de los cuadrados inversos establece que la intensidad luminosa disminuye en función del cuadrado de la distancia a la fuente de luz. Esta ley se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

I = I0 / d2

  • I: intensidad luminosa a una determinada distancia de la fuente de luz
  • I0: intensidad luminosa en la fuente de luz
  • d: distancia a la fuente de luz

Un ejemplo de aplicación de esta fórmula sería el cálculo de la cantidad de luz que llega a una pared desde una lámpara colgante. Si sabemos que la intensidad luminosa en la lámpara es de 1000 cd y la distancia a la pared es de 2 metros, podemos calcular la intensidad luminosa en la pared de la siguiente manera:

I = 1000 / 22 = 250 cd

Conclusión

Con estas fórmulas es posible hacer un cálculo preciso de la iluminación necesaria en un espacio determinado. Al conocer la intensidad luminosa, el ángulo de incidencia, la distancia y los coeficientes de absorción del medio, podemos obtener una iluminación adecuada y eficiente.

Efectos de la iluminación

La iluminación es un elemento clave en la fotografía y en la realización de cualquier tipo de evento o producción audiovisual. La forma en que se utiliza la luz puede tener un gran impacto en la apariencia del sujeto o escena que se está fotografiando o grabando. En este artículo hablaremos sobre los efectos que puede tener la iluminación en una imagen.

Sombra

La sombra es el resultado de la ausencia de luz en una determinada área de la imagen. Puede ser utilizada para crear efectos dramáticos en la imagen, como por ejemplo, en fotografía de retrato para resaltar los rasgos faciales del sujeto o en fotografía de naturaleza para crear un contraste entre la luz y la sombra.

Contraste

El contraste se refiere a la diferencia entre las áreas iluminadas y las áreas en sombra en una imagen. Un alto contraste puede crear una imagen más dramática y visualmente impactante, mientras que un bajo contraste puede crear una imagen más suave y equilibrada.

Color

La iluminación también puede afectar el color de la imagen. La temperatura del color de la luz puede afectar la apariencia de los colores en la imagen. Por ejemplo, la luz del sol puede crear una imagen con tonos cálidos, mientras que la luz de la luna puede crear una imagen con tonos más fríos.

Textura

La iluminación puede resaltar la textura de una superficie, creando un efecto visual interesante en la imagen. Por ejemplo, la luz que incide en una pared de ladrillo puede resaltar la textura de los ladrillos, creando un efecto visual interesante en la imagen.

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Profundidad

La iluminación también puede ser utilizada para crear una sensación de profundidad en la imagen. Al iluminar diferentes áreas de la imagen con diferentes intensidades de luz, se puede crear un efecto tridimensional en la imagen, creando una sensación de profundidad y realismo.

En resumen

La iluminación puede tener un gran impacto en la apariencia de una imagen. Desde la sombra hasta la profundidad, la iluminación puede ser utilizada para crear una imagen visualmente impactante y emocionalmente poderosa.

Recuerda que la iluminación es una herramienta poderosa en la fotografía y la realización audiovisual, y conocer los efectos que puede tener en una imagen es clave para crear imágenes de alta calidad.

Efectos de la iluminación

La iluminación es un elemento clave en la fotografía y en la realización de cualquier tipo de evento o producción audiovisual. La forma en que se utiliza la luz puede tener un gran impacto en la apariencia del sujeto o escena que se está fotografiando o grabando. En este artículo hablaremos sobre los efectos que puede tener la iluminación en una imagen.

Sombra

La sombra es el resultado de la ausencia de luz en una determinada área de la imagen. Puede ser utilizada para crear efectos dramáticos en la imagen, como por ejemplo, en fotografía de retrato para resaltar los rasgos faciales del sujeto o en fotografía de naturaleza para crear un contraste entre la luz y la sombra.

Contraste

El contraste se refiere a la diferencia entre las áreas iluminadas y las áreas en sombra en una imagen. Un alto contraste puede crear una imagen más dramática y visualmente impactante, mientras que un bajo contraste puede crear una imagen más suave y equilibrada.

Color

La iluminación también puede afectar el color de la imagen. La temperatura del color de la luz puede afectar la apariencia de los colores en la imagen. Por ejemplo, la luz del sol puede crear una imagen con tonos cálidos, mientras que la luz de la luna puede crear una imagen con tonos más fríos.

Textura

La iluminación puede resaltar la textura de una superficie, creando un efecto visual interesante en la imagen. Por ejemplo, la luz que incide en una pared de ladrillo puede resaltar la textura de los ladrillos, creando un efecto visual interesante en la imagen.

Profundidad

La iluminación también puede ser utilizada para crear una sensación de profundidad en la imagen. Al iluminar diferentes áreas de la imagen con diferentes intensidades de luz, se puede crear un efecto tridimensional en la imagen, creando una sensación de profundidad y realismo.

En resumen

La iluminación puede tener un gran impacto en la apariencia de una imagen. Desde la sombra hasta la profundidad, la iluminación puede ser utilizada para crear una imagen visualmente impactante y emocionalmente poderosa.

Recuerda que la iluminación es una herramienta poderosa en la fotografía y la realización audiovisual, y conocer los efectos que puede tener en una imagen es clave para crear imágenes de alta calidad.

En conclusión, las leyes de la iluminación son fundamentales para entender cómo funciona la luz y cómo podemos controlarla para lograr los efectos que deseamos en nuestras fotografías o videos. Aunque parezcan complicadas al principio, las fórmulas y conceptos que hemos visto en este artículo pueden ser aplicados de manera sencilla y práctica en nuestro trabajo diario. Conociendo las leyes de la iluminación, podremos experimentar y crear imágenes más impactantes y profesionales. ¡A practicar!

En resumen, las leyes de la iluminación son un conjunto de principios que describen cómo la luz se comporta y cómo afecta a los objetos. Estas leyes son esenciales para entender cómo funciona la iluminación y son aplicables en una amplia variedad de campos, desde la fotografía y el cine hasta la arquitectura y el diseño de interiores.

Las tres leyes principales de la iluminación son la ley del coseno, la ley de Lambert y la ley de la reflexión. La primera ley establece que la intensidad de la luz disminuye a medida que aumenta el ángulo entre la fuente de luz y la superficie iluminada. La segunda ley establece que la cantidad de luz que se refleja en una superficie depende del ángulo de incidencia de la luz. La tercera ley establece que el ángulo de incidencia de la luz es igual al ángulo de reflexión.

Además de estas leyes, existen varias fórmulas que se utilizan para calcular la iluminación en diferentes situaciones. Estas fórmulas incluyen la ley de Beer-Lambert, que describe la absorción de luz por un medio, y la fórmula de la ley de Stefan-Boltzmann, que se utiliza para calcular la cantidad de energía radiante emitida por un cuerpo negro.

En conclusión, las leyes de la iluminación son fundamentales para entender cómo la luz afecta a nuestro entorno y cómo podemos manipularla para crear diferentes efectos visuales. Con estas leyes y fórmulas en mente, los diseñadores, fotógrafos y otros profesionales creativos pueden crear iluminación efectiva y funcional en cualquier proyecto.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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