Guia de um fotógrafo para a luz – o que é luz?

Se você gostaria de saber mais sobre o papel essencial que a luz desempenha na fotografia, então você vai adorar nosso curso, Guia do Fotógrafo para a Luz. Nesta lição, você aprenderá alguns dos fundamentos da luz.

O que é Luz?

Quando usamos a palavra luz, na maioria das vezes estamos nos referindo a visível luz, luz que é visível ao olho humano. O tipo de luz que torna possível o nosso sentido de visão. A luz visível é apenas uma parte do espectro de radiação eletromagnética, no entanto.

O espectro maior de radiação eletromagnética inclui: rádio, microondas, infravermelho, a região visível que percebemos como luz, ultravioleta, raios X e raios gama.

A radiação eletromagnética, incluindo o espectro visível, se comporta como uma onda e como uma partícula. As ondas de luz que encontram um obstáculo podem interferir umas nas outras, o que é chamado de refração.

Na fotografia, você pode estar familiarizado com esse conceito. Se você fechar demais a abertura, a luz começará a criar um padrão de interferência no sensor de imagem e sua imagem ficará mais suave. Isso é difração em ação.

A luz também atua como uma partícula. No final do século 19 e início do século 20, experimentos com luz e metais mostraram que a luz poderia fazer com que elétrons fossem emitidos ou ejetados de metais. Isso significava que a luz agia como uma partícula, e essas partículas eram chamadas de fótons.

Essa ideia de luz se comportando como uma onda e luz se comportando como uma partícula é uma coisa muito complexa. A natureza de partícula da luz foi explicada pela primeira vez por Albert Einstein, mas você não precisa entendê-la no nível dele! No entanto, é importante entender pelo menos no básico como a luz age como partícula e onda, porque isso ajudará a explicar como a luz interage com a matéria, como as coisas que você deseja fotografar.

Um exemplo

Às vezes é mais fácil pensar na luz interagindo com a matéria como uma partícula, e às vezes é mais fácil pensar na luz interagindo com a matéria como uma onda. Isso não é algum tipo de atalho científico, é mais sobre usar a explicação que faz mais sentido para aqueles de nós que não passaram a vida estudando física.

Quando uma onda passa por uma abertura ou fenda, a onda irradia para fora com um padrão esférico. Essa aparente mudança de direção é chamada de difração. Se você fizer isso com luz, cria uma faixa de luz na parede atrás da abertura que é maior que a fenda.

Com duas fendas, você esperaria duas faixas de luz do outro lado, mas na verdade o que acontece é algo muito diferente. A luz que passa pela fenda cria um padrão de interferência na parede. Isso é chamado de experimento da fenda dupla e no início de 1800 esse experimento ajudou a solidificar a aceitação da teoria ondulatória da luz.

Exemplo da vida real de um padrão de interferência

Neste experimento um laser verde é apontado para duas fendas muito estreitas criadas por três pedaços de grafite colados juntos, eles estão quase se tocando.

Quando o grafite é empurrado para a frente do laser, o mesmo padrão de interferência é criado.

Efeito fotoelétrico

Aqui, uma lata de alumínio é conectada a um fio de aço, que é conectado a tiras de papel alumínio. Para carregar o metal com elétrons, você pode esfregar um saco plástico em um cano de PVC, então se o cano encostar nas tiras de alumínio, os elétrons serão transferidos para elas e elas se repelirão.

Eles fazem isso porque o aparelho de lata e tira agora tem uma carga líquida negativa e cargas semelhantes se repelem.

Se uma luz UV for apontada para a lata, as tiras de papel alumínio relaxarão.

Isso se deve à luz UV fazendo com que os elétrons sejam ejetados da lata, neutralizando a carga. Se isso fosse repetido com um laser verde, nada aconteceria, porque a luz verde não tem a mesma energia que a luz UV, por mais brilhante que seja. Um holofote muito brilhante também não funcionaria, porque a quantidade de energia na luz está relacionada à sua frequência, não à quantidade.

A luz UV tem uma energia mais alta em comparação com a luz visível, então fará com que os elétrons sejam ejetados da lata neste experimento. Energia mais baixa – e, portanto, frequência mais baixa – luz, não terá nenhum efeito.

A parte científica

Einstein explicou que a radiação eletromagnética é composta de fótons. Os fótons são pequenos pedaços de energia que viajam através do vácuo na velocidade da luz. Os fótons não têm massa e carregam um certo nível quantificável de energia, que também está relacionado à frequência da onda eletromagnética.

O campo eletromagnético ao redor do fóton flutua de positivo para negativo e de volta para positivo à medida que os fótons se movem pelo espaço. Isso pode ser pensado como uma onda oscilante transversal auto-propagadora.

Autopropagação refere-se ao fato de que um campo elétrico variável gera um campo magnético variável e o campo magnético variável gera um campo elétrico variável. O resultado é que ele cria um loop infinito que se auto propaga pelo espaço.

Uma onda transversal é uma onda em movimento que consiste em oscilações que ocorrem perpendicularmente à direção da onda. Se uma onda está se movendo ao longo do eixo X, as oscilações devem estar no eixo Y ou no eixo Z. As ondas eletromagnéticas têm dois componentes: um campo elétrico e um campo magnético, que estão orientados a 90 graus um do outro e estão sempre em fase.

Neste exemplo, o campo elétrico está no eixo Y e o campo magnético está no eixo Z. A onda está viajando no eixo X.

Olhando para mais exemplos de como essas ondas funcionam, fica confuso olhar para os dois campos ao mesmo tempo, e muitas vezes é bom apenas falar sobre a direção e orientação do campo elétrico.

Essa onda tem muitas semelhanças com outras ondas com as quais você pode estar familiarizado, como ondas de água. Tem cristas e vales e a distância entre eles é o comprimento de onda.

Frequência é o número de ciclos de onda completos ou comprimentos de onda que passam por um ponto no espaço em um segundo. Essa medida é chamada de Hertz, em homenagem a Heinrich Rudolf Hertz, um físico alemão que primeiro provou conclusivamente a existência de ondas eletromagnéticas. Essas ondas foram teorizadas pela teoria eletromagnética da luz de James Clerk Maxwell.

Ao contrário das ondas de água, quanto mais rápido uma onda eletromagnética oscila, ou quanto maior a frequência, mais energia a onda tem. No espectro visível, vemos essas diferenças de frequência como cor.

Vermelho, tem o maior comprimento de onda e, portanto, a menor energia da luz visível. Violeta, é a frequência mais alta e tem a energia mais alta da luz visível. Logo acima do violeta está a luz ultravioleta.

A luz ultravioleta, tem ainda mais energia que a luz visível, e é aí que as ondas eletromagnéticas começam a se tornar prejudiciais aos seres humanos.

À medida que você sobe na escala, você entra em raios-X e raios gama, que são ainda mais prejudiciais. À medida que você desce na escala, logo após a luz visível, você chega ao infravermelho, depois às micro-ondas e, finalmente, às longas ondas de rádio.

Infravermelho, é frequentemente associado ao calor. Isso ocorre porque a energia infravermelha faz com que as moléculas vibrem mais rápido, e sentimos isso como calor. Na verdade, tudo no universo está emitindo luz infravermelha. Ao contrário de outras formas de energia, a radiação eletromagnética não precisa de um meio para viajar. A radiação eletromagnética pode viajar através do vácuo.

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sobre os autores

David Bode criou o curso em vídeo que inclui esta lição. Dave é especialista em produção de vídeo e áudio e mora no interior de NY. Ele trabalha como operador de câmera, editor, inventor, designer gráfico, engenheiro de gravação e músico de estúdio.

Marie Gardiner escreveu a versão em texto desta lição e foi editada e publicada por Jackson Couse. Jackson é fotógrafo e editor da seção Foto e Vídeo do Envato Tuts+.