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0. Introducción
1. Óptica geométrica
2. Óptica ondulatorias
3. Colorimetría
4. Ilusiones ópticas y perspectivas
5. Tecnologías sustentables en la arquitectura
C O NT E N I D O
3. Cuando se habla de la Óptica en la Arquitectura, es necesario entender que ésta es
una de las ramas de la Física y trata de la interacción de la luz con la materia y de que
la Arquitectura es el arte de modelar el espacio por medio de la luz, esencia de todo
diseño arquitectónico.
Objetivo: Que los participantes conozcan los principios básicos de la óptica y su
potencial aplicación en la Arquitectura.
Día 1: Óptica geométrica, en la que se tratará a la luz desde un punto de vista
geométrico sin atender la naturaleza de la misma.
Día 2: Se analizará la luz en que presenta un comportamiento ondulatorio y que ésta
es parte del espectro electromagnético, se entrará en el importantísimo tema en
Arquitectura que se refiere a la iluminación y su medida para interiores y exteriores.
Día 3: Se abordará otro de los temas esenciales de la Arquitectura que es la
espectrofotometría, colorimetría y la psicología del color. Continuando se tratará el
tema de las ilusiones ópticas y perspectivas.
Día 4: El último día se abordará el tema de actualidad que trata de tecnologías
sustentables en la arquitectura.
I n t r o d u c c i ó n G e n e r a l
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1. Óptica geométrica
Introducción
¿Por qué vemos los objetos?..... ¡Esto es debido a que luz que se refleja en
ellos, llega hasta nuestros ojos!.
Se basa en el concepto de haz o rayo luminoso y de acuerdo con la idea de
Isaac Newton en que en 1704 publica su óptica y asienta el modelo
corpuscular de la luz (basado en Descartes), donde la trayectoria que
siguen las partículas luminosas emitidas por los cuerpos las trata desde un
punto de vista geométrico.
Aquí se tratará de explicar la parte de la óptica que utiliza
representaciones geométricas, de los cambios de dirección que
experimentan los rayos luminosos que inciden en objetos y que asociamos
a fenómenos de sombras, penumbras, reflexión, esparcimiento, refracción
y dispersión que se aplican en la óptica y su relación con diferentes
trabajos arquitectónicos.
https://teoriassobreelorigendelaluz.wikispaces.com/TEOR%C3%8DA+CORPUSCULAR+DE+LA+LUZ
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Sombras y penumbras
•Principio de Fermat
Se refiere a la trayectoria que sigue la luz cuando va de un punto a otro,
es decir, es el camino más corto que sigue en el mínimo de tiempo, lo
anterior infiere que el camino es rectilíneo para un medio homogéneo e
isotrópico.
•Un fenómeno que se observa es el de la sombra que proyecta un
objeto cuando le incide la luz, si la fuente que lo ilumina es de
dimensiones pequeñas la sombra es nítida y la proyección del objeto
tiene una forma similar al objeto bien delimitada, ahora si la fuente es
extensa la sombra se forma de dos partes, la región detrás del objeto
que no recibe la luz se define como sombra (umbra) y la otra que está
en una zona intermedia es la penumbra (casi sombra).
Óptica, E. Hecht, 3ra Edición, Pearson-Addison Wesley
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• En Arquitectura, existen innumerables trabajos de prestigiados arquitectos
que utilizan el fenómeno en sus obras:
La luz y la sombra, por separado no crean referencias, pero cuando actúan juntas es cuando son de interés para la arquitectura, porque pueden
ser instrumento para modelar el espacio.
http://www.casasrestauradas.com/sombras-y-arquitecutra/
Kimball Houseby Rangr Studio, Cabrera, Dominican Republic
Martino Cusano, Italy
Tadao Ando
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“Lo bello no es una sustancia en sí, sino un juego de claroscuros producido por la yuxtaposición de las
diferentes sustancias que va formando el juego sutil de las modulaciones de la sombra”.
Junichiro Tanizaki (1886-1965) El elogio de la sombra:
“Los occidentales se asombran de la sencillez de las habitaciones japonesas, no viendo en ellas más que
paredes cenicientas desprovistas de adornos. La reacción es comprensible pero revela la incapacidad de
comprender el misterio de las sombras”.
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estudi-arte.blogspot.com
Autor: Rembrandt Harmenszoon van Rijn (1606-1669)
Fecha: 1642
Localización: Rijksmuseum, Amsterdam
Estilo: Barroco holandés. Se trata de un retrato corporativo, típico de la tradición pictórica holandesa.
Forma: Pintura sobre lienzo
Medidas: 3,59 x 4,38 metros (originalmente mayor)
Método:Obra realizada al óleo mediante pincel
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Reflexión
Cuando un rayo de luz incide de un medio a otro, en las fronteras entre
ambos ocurre que parte de la luz se refleja, dependiendo de la
superficie, se presentan dos tipos a) Especular y b) Difusa. Ambos casos
se aplican en la iluminación de exteriores e interiores de casas y
edificios.
En el caso de reflexión especular, la superficie es pulida como es el caso
de vidrio, espejos, aguas quietas. En estos casos se aplica la ley de la
reflexión, que dice que para un cierto ángulo de incidencia θi el ángulo
reflejado θr es exactamente el mismo, es decir: θi = θr
webdelprofesor.ula.ve
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•Para la reflexión difusa, la superficie presenta irregularidades que
ocasionan que la luz se refleje en muchas direcciones, dependiendo del
grado de rugosidad, algunos casos son que presentan especular y difusa
es lo que se conoce como satinados. Éste fenómeno, es el más usual y
el comportamiento de la luz presenta el esparcimiento (no confundir
con el de dispersión) de la misma en todas direcciones, por lo que
podemos apreciar nuestro entorno.
arqusach1-lab.blogspot.com
11. 10
•Ejemplos de reflexión especular, satinada y difusa.
http://fisicade5to.wikispaces.com/Reflexi%C3%B3n www.ucm.es www.ucm.es
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Refracción
•La refracción ocurre cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro,
ocasionando que la velocidad de la luz disminuya o aumente dependiendo
del tipo de medio proveniente, esto significa que si se pasa de un medio
como el aire a un medio como el vidrio o el agua, la tasa de
proporcionalidad, se le conoce como índice de refracción n dado como:
Donde c es la velocidad de la luz en el vacío o el aire y v es la velocidad de
la luz en el medio, en éste caso a diferencia de la ley de reflexión, la
relación entre el ángulo de incidencia y el transmitido, se da por la ley de
Snell, que se expresa como:
Donde ni es el índice de refracción del medio incidente y nt es el índice de
refracción del medio en que se transmite.
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En el caso de que el material transmitido, no sea totalmente transparente,
es decir translúcido, tenemos el fenómeno de esparcimiento, en el que en
forma similar a la reflexión difusa, la luz emerge en múltiples direcciones
como en el caso del papel albanen, el vidrio esmerilado, etc.
https://www.google.com.mx/search?newwindow=1&rlz=1C1AVNG_enMX644MX644&espv=2&biw=1422&bih=1025&tbm=isch&sa=1&q=reflexion+y+refrac
cion+arquitectura&oq=reflexion+y+refraccion+arquitectura&gs_l=img.3...53753.70674.0.72020.22.22.0.0.0.0.225.2292.12j8j1.21.0....0...1c.1.64.img..1.10.10
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17. 25
Lentes
Se considera formada por dos superficies, una de ellas por lo menos es delgada o gruesa en la parte
central y curva. Al ser atravesados por un rayo luminoso, éste se refracta. Existen dos tipos de lentes.
Lentes convergentes.Son de mayor espesor en el centro que en los bordes.
Lentes divergentes.Son más delgadas en el centro que en los bordes.
Elementos de una lente
• Centros de curvatura C, C', son los centros geométricos de las superficies curvas que limitan el medio
transparente.
• Eje principal, es la línea imaginaria que une los centros de curvatura.
• Centro óptico O, Es el punto de intersección de la lente con el eje principal.
• Foco f y fi, es el punto del eje principal por dónde pasan los rayos refractados en la lente, que provienen
de rayos paralelos al eje principal.
• Distancia focal f y f', es la distancia entre el foco y el centro óptico.
Imágenes producidas por las lentes: La construcción de imágenes en las lentes, se realizan aplicando
las tres propiedades siguientes:
1.Todo rayo paralelo al eje principal, se refracta pasando por el foco.
2.Todo rayo que pasa por el centro óptico, no se desvía.
3.Todo rayo que pasa por el foco, se refracta paralelo al eje principal.
Siendo:
so = distancia del objeto a la lente. Por convenio le tomamos siempre < 0
si = distancia de la imagen a la lente
fi = distancia focal imagen y f=distancia focal de la lente
• Si la lente es convergente, fi es un foco real y fi > 0
• Si la lente es divergente, fi es virtual y fi < 0
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Construcción de imágenes en una lente
La ecuación de las lentes
Ec. de Gauss Ec. del fabricante
Aumento MT
o =>
Física Cuántica - WordPress.com
20. 28
Aplicación de lentes enArquitectura
www.bvsde.paho.org
Las 14.000 piezas cuelgan e pequeños ganchos, en hileras
que las mantienen ordenadas como en un muestrario de
joyas. Cuando sopla el viento, emiten un tintineo sordo y
lejano que recuerda de manera inesperada al oleaje,
también emulan al mar en el modo en que brillan al sol.
noticias.arq.com.mx
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Dispersión.
Dentro de las diferentes manifestaciones del fenómeno de refracción, Newton fue el
primero en desplegar un espectro solar utilizando un prisma de vidrio. Hoy en día se
utilizan diversos instrumentos para realizar estudios espectrales de absorción,
emisión y/o transmisión de la luz por un material (líquido, solido o gaseoso), en
función de la longitud de onda.
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Metro de Copenhague
antesmientrasydespuesque.wordpress.com
Estas piezas, dependiendo del ángulo del
sol, la intensidad y el color cambian
continuamente con la hora, el día y la
temporada, por lo que son percibidas
siempre bajo una luz nueva y fresca.
Arcoíris en la arquitectura
Peter Erskine es un artista que utiliza los colores
de la luz para llevar a cabo intervenciones en las
que genera arcoíris mediante prismas, elegidos
especificamente para las condiciones del entorno
donde se van a colocar. Así sus instalaciones han
conseguido superponen el espectro solar a
edificios públicos de todo el mundo .
23. 31
La vista humana y la percepción de su entorno
Uno de los sentidos que más se utiliza en la Arquitectura, la Pintura y las Artes Plásticas es el sentido de la vista,
por lo que el comportamiento del ojo humano dependerá de las diferentes condiciones de iluminación.
Los ojos son una parte muy pequeña, pero muy importante del cuerpo humano, responsables del sentido de la
vista, pues gracias a ellos se puede ver formas, colores y movimientos de todo lo que está alrededor. Cada ojo
tiene una estructura compacta, ya que cada globo ocular mide aproximadamente 2.5 cm de diámetro.
Los ojos y las cámaras fotográficas analógicas funcionan de manera similar, aunque son más complejos y
sofisticados que cualquier tecnología existente.
En el proceso de la visión, cada ojo deja penetrar la luz al interior a través de la pared externa del globo ocular
(córnea) y por una pequeña abertura (pupila). Una lente ajustable (cristalino) enfoca la luz en una capa de células
sensibles a la luz en la parte posterior del globo ocular (retina), comparable con la película sensible a la luz de la
cámara, donde se crea la imagen resultante.
La luz que llega al fondo de cada globo ocular produce reacciones químicas que generan impulsos eléctricos, los
cuales permiten la comunicación entre ojos y cerebro a través del nervio óptico. Mediante este proceso los globos
oculares hacen posible la visión binocular y siguen el movimiento rápido. Con todo lo cual podemos percibir
imágenes en movimiento, vívidas, en colores y tridimensionales, más rápido que un parpadeo.
24. 32
Basado en lo anterior se tiene la agudeza visual, que es la capacidad de percibir detalles, cuya resolución dependerá
del campo visual que se utilice, así como de factores externos, como son el nivel de luminosidad del objeto
observado la edad y la ausencia de defectos visuales (miopía, hipermetropía, astigmatismos, etc.)
Campo visual : Se refiere a lo que abarca la mirada cuando se dirige hacia algún punto fijo, que se mire
directamente, y dentro del cual se sitúan los objetos que nuestra vista alcanza. El campo visual es el área dentro de
la cual se perciben imágenes alrededor de un cierto objeto sobre el cual se mantiene la vista fija. El campo visual
varía de persona a persona dentro de un cierto intervalo. Cada ojo ve aproximadamente 150º sobre el plano
horizontal y con la superposición de ambos se abarcan los 180º. Sobre el plano vertical sólo son unos 130º, 60º por
encima de la horizontal y 70º por debajo. Los campos de la visión se clasifican como:
Campo focal: Se encuentra en una región del eje óptico haciendo un ángulo de 1°, que es donde se alcanza la
máxima agudeza visual.
Campo de trabajo: En éste caso se tiene un ángulo de 30°, con una buena agudeza visual, apreciando bien la
profundidad estereoscópica (zona tridimensional).
Campo estereoscópico: Aquí se tiene una región en el ángulo de 60°, con una mediana agudeza visual, conservando
aún la apreciación de profundidad.
Campo periférico: Es donde se alcanza hasta los 90°, con muy baja agudeza del entorno.
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El ojo es muy sensible a la intensidad de las diferentes fuentes de luz sea natural o artificial y que
usualmente son reflejadas por los objetos de su entorno, que es lo que se conoce como brillo o
luminiscencia. La adaptabilidad depende de los ambientes con diferentes grados de iluminación en que se
encuentre.
Los rangos de adaptabilidad del ojo, van de 100,000 lux (día soleado) a menos de 0.1 lux (luz de la luna). Es
muy común los cambios bruscos con relaciones que van de 1/10 a 1/100, los excesos pueden ser muy
dolorosos (deslumbramiento) o casi imperceptibles en la noche. El elemento que se encarga de la
adaptación es la pupila [Manuel Martín Monroy,”Iluminación Aire Calor Ruido, Manual de Iluminación”,
CalidadAmbiental en la Edificación, 2003-2006 ].
Otra propiedad del ojo, es la adaptabilidad de la retina a la sensibilidad para condiciones de baja
iluminación.
Adaptabilidad del ojo a condiciones de iluminación.
