¿Por qué los objetos no se vuelven más brillantes cuando les devuelvo la luz?

Question

En una habitación bien iluminada, una fuente de luz proyecta luz sobre los objetos de la habitación, parte de la cual se refleja en los objetos. Podemos hacer que la fuente de luz sea más brillante haciendo que emiten más fotones lo que significa que más fotones inciden sobre los objetos y también se reflejan en ellos, por lo que también parecen más brillantes.

Por lo tanto, parece que si coloco un espejo en la habitación que refleje la luz que sale de un objeto hacia él, el objeto debería ser más brillante, porque ahora le llegan más fotones que antes. Pero cuando hago esto físicamente, el objeto no se vuelve más brillante.

Esto es cierto incluso si coloco el espejo en una parte de la habitación que estaba más a la sombra que el objeto, para eliminar un posible efecto de que el objeto simplemente recibe menos luz de la dirección del espejo que antes:

(versiones de mayor resolución: un dos )

El suelo es igual de brillante en la zona en la que el espejo refleja la luz del suelo y en la zona en la que no lo hace.

¿No debería ser el suelo más brillante con más fotones sobre él que antes?

Answer 1

"¿Por qué los objetos no se vuelven más brillantes cuando les devuelvo su luz?".

Lo hacen. Es sólo eso:

• Para notar estos fenómenos en general, hace falta un ojo entrenado, en parte porque estamos tan acostumbrados a que las cosas se iluminen con luz rebotada que ni siquiera sabemos qué buscar, y en parte porque nuestro cerebro nos juega malas pasadas; además, para tener alguna posibilidad de notar una diferencia en el tipo de montaje que estás intentando requiere unas condiciones de iluminación muy específicas.
• La luz rebotada suele ser menos brillante que la luz entrante (no se obtiene una reflexión total), por lo que el efecto puede ser bastante sutil.
• Si sólo desea observar el rebote de la luz en una superficie difusa, un espejo puede no ser la mejor herramienta.

Por ejemplo, aquí tienes algo que es consecuencia del rebote de la luz y en lo que probablemente no habías pensado, que se puede observar en tus imágenes. Para los puntos del suelo que están en sombra, el camino directo a la fuente de luz es bloqueado . Es decir, no les llega luz directamente de la fuente luminosa. Sin embargo, las sombras son no negro como el carbón, ¿por qué? ¿Por qué no aparecen sombras como en la primera imagen?

Es porque estas zonas son iluminado por la luz que rebota en las paredes de tu habitación (o, si estás fuera, por la que rebota en el ambiente y procede del cielo). Las paredes son reflectores difusos (a diferencia de un espejo), lo que significa que la luz rebota en ellas en todas direcciones, básicamente al azar.

Veamos otro ejemplo: la parte trasera del espejo.

La carcasa es negra, pero también es parcialmente reflectante (más como un espejo que como las paredes). Se puede ver el reflejo del suelo en ella - no estás viendo el color oscuro de la carcasa. El sitio motivo Esto se debe a que la luz rebota en el suelo e incide en la parte posterior (y luego rebota en la carcasa e incide en el ojo).

Pero, además, fíjate bien en el propio suelo, justo al lado de la parte trasera del espejo. Es un poco más brillante que el suelo más lejos. Es la luz que rebota en la carcasa e incide en el suelo. En la imagen de la derecha, he intentado ajustar el contraste para que se vea mejor el efecto. Supongo que la franja oscura se debe a algún tipo de escritura o etiqueta en la superficie que es menos reflectante que la propia carcasa.

Ahora, he dicho que un espejo es una mala opción - si quieres ver la luz que rebota de un reflector difuso. Eso es porque, a diferencia de las paredes de la habitación que reflejan la luz entrante en todas las direcciones desde cada punto, un espejo refleja cada rayo de luz en una dirección, y esta dirección depende del ángulo de incidencia (el ángulo con el que llega la luz con respecto a la superficie del espejo).

Sí que se pueden hacer más brillantes los objetos rebotando la luz con un espejo. Se ve así:

Se obtiene un área brillante claramente delimitada.

El suelo es igual de brillante en la zona en la que el espejo refleja la luz del suelo.

El problema es que el espejo no refleja la luz procedente del suelo. Cuando colocas un espejo verticalmente en el suelo, la luz que rebota en el suelo y llega al espejo no vuelve al suelo, sino que se refleja en el techo. Parte de ella incide en tus ojos, por eso puedes ver el reflejo. Piensa en una pequeña bola de billar rebotando: si viniera del suelo, no volvería a él. Parte de la luz procede de las paredes y el techo. es reflejada por el espejo en el suelo, pero esto sólo compensa la luz que de otro modo habría venido de detrás del espejo, que ahora estás bloqueando. El efecto es demasiado sutil para notarlo.

Además, intentar hacerlo poniendo el espejo mirando al suelo no va a funcionar bien. Estás intentando rebotar la luz que sale del suelo (un reflector difuso) pero no se ve mucho porque el efecto es tan tenue que apenas se nota. Además, al dirigir el espejo hacia el suelo y acercarlo cada vez más, en realidad estás bloqueando la luz ambiental entrante, por lo que puede que disminuya la luminosidad general.

En lugar de un espejo, coge una hoja de papel blanco y colócala contra una de las paredes, de forma que la superficie del papel quede orientada hacia la luz. Intenta hacerlo relativamente cerca de una fuente de luz brillante. Es mejor si puedes organizar las cosas de modo que sólo haya una fuente de luz en la habitación (por lo tanto, apaga los monitores de ordenador, televisores, etc.).

En la imagen anterior, observa que la zona más oscura entre el papel y la zona iluminada no es la sombra del papel, sino el brillo de la pared sin el papel. Puedes ver la sombra muy por detrás.

O coge algo de color y observa cómo la luz que rebota adopta el color del objeto (por eso el objeto nos parece de ese color en primer lugar: sólo refleja ciertas longitudes de onda de luz, sólo ciertas partes del arco iris):

Answer 2

Tal vez. Lo único que importa es el flujo total de luz del ángulo sólido subtendido por el espejo desde cualquier punto que estés investigando, más posiblemente tu mano. Es posible que éste siga siendo menor que sin el espejo, si la luz ambiental es lo suficientemente intensa.

También es posible que el flujo total sea en realidad ligeramente superior, pero la iluminación directa es tan intensa que la diferencia relativa es demasiado pequeña para ser observada. La respuesta del ojo humano es aproximadamente logarítmica, como indica la Ley Weber-Fechner . Si el espejo subtiende un ángulo sólido de $1\ \mathrm{sr}$ que equivale aproximadamente al 16% del hemisferio superior ( $2\pi\ \mathrm{sr}$ ), y el flujo total de ese ángulo sólido es un 10% mayor de lo que sería sin el espejo, el flujo resultante relativa aumento de la iluminancia del 1,6 % sería probablemente difícil de ver.

Una estimación muy aproximada

Imaginemos que la iluminancia directa del Sol es $100000\ \mathrm{lx}$ y del resto del hemisferio superior (cielo) $10000\ \mathrm{lx}$ . Como la superficie no está en la sombra, la iluminación directa no cambia, pero el espejo bloquea parte de la iluminación directa. $1600\ \mathrm{lx}$ de luz ambiente, para un total de $108400$ lux sin reflejos.

Digamos que la superficie es perfectamente mate (o Lambertiano ), y refleja el 50% de la luz incidente, o $54200\ \mathrm{lx}$ . De esta cantidad, aproximadamente el 16% llegará al espejo. De hecho será incluso menos, ya que con una superficie lambertiana la mayor parte de la luz reflejada se concentra alrededor de la normal, lo que claramente no es el caso. Por lo tanto $6000\ \mathrm{lx}$ de dispersos llega al espejo después de un reflejo. Aunque el espejo sea perfecto, sólo puede reflejar esa cantidad.

Despreciando las reflexiones múltiples, la iluminancia total es entonces $108400 + 6000 = 114400$ lux, o alrededor de $10^{5.0584}$ en comparación con $110000 \approx 10^{5.0414}$ lux sin el espejo. Esto podría medirse con equipos especializados o quizá con una cámara de consumo en modo manual, pero es demasiado pequeño para verlo con ojos humanos, sobre todo si no puede compararse lado a lado.

Answer 3

El brillo de un punto en el suelo se aproxima bien al brillo integrado/medio de todo lo que podrías ver si la pupila de tu ojo estuviera situada en ese punto. Puedes utilizar este dato para intuir el efecto de los espejos.

Al desplazar el punto de vista por el suelo, el ángulo sólido subtendido por el espejo varía, y la fracción del espejo a través de la cual es visible el suelo también varía, pero sólo varían gradualmente. No hay ningún punto en el suelo desde el que un pequeño movimiento provoque un gran cambio en la luminosidad media visible, excepto en el caso de la luz procedente directamente del sol, que quedará completamente ocluida por un pequeño movimiento si el sol está cerca de un objeto opaco desde ese punto de observación. Por lo tanto, las únicas variaciones bruscas de brillo que debería esperar ver en el suelo son los bordes de las sombras procedentes de la luz solar directa. En tu segunda imagen puede haber una zona de mayor brillo, pero con un borde tan amplio/desdibujado que es prácticamente imposible de ver.

Ten en cuenta también que es probable que la vista bloqueada por el espejo sea de algo bastante luminoso, como un edificio o el cielo, aunque el propio espejo esté en la sombra. Si la foto se tomara en un interior, lo más probable es que bloquee la vista de la pared o el techo, que probablemente sean tan luminosos como el suelo.

Answer 4

La respuesta es una mezcla de física y biología. Nuestro ojo convierte las señales ópticas en eléctricas gracias al efecto fotoeléctrico. Las fuentes que emiten más fotones/segundo parecerán más brillantes que otras que no lo hacen. Sin embargo, el ojo humano está diseñado por naturaleza para captar logarítmicamente el brillo de una fuente, lo que significa que apenas reconoce la diferencia entre dos fuentes claras y se sobreexcita cuando ve las diferencias entre dos fuentes oscuras.

Answer 5

Otras respuestas tienen puntos válidos, pero no veo donde mencionan que simplemente tienes los ángulos equivocados para lo que estás tratando de lograr. En la primera foto, es evidente que un espejo vertical no reflejará la luz hacia el suelo, sino hacia arriba. La segunda foto también parece que reflejaría la imagen del suelo más horizontalmente o hacia arriba que hacia el suelo. Si quieres reflejar la luz del suelo hacia sí mismo, el espejo tendría que estar paralelo al suelo.

La respuesta de Martin explica muy bien la luminosidad relativa y cómo no es lineal. Piensa en una bombilla de 100 vatios que ilumina toda una habitación. La pared puede parecer brillante, pero si la bombilla ilumina 200 pies cuadrados con ese brillo, el espejo que refleja la luz de 1/10 de pie cuadrado de la pared no va a hacer mucha diferencia.

Y puede que pienses que el espejo emite un haz de luz rectangular. Al fin y al cabo, cuando lo utilizas para reflejar la luz del sol, eso es lo que parece, ves una mancha rectangular brillante. Pero eso es sólo porque refleja una pequeña fuente luminosa. En realidad, el espejo está reflejando el cielo alrededor de la zona brillante del reflejo del sol, pero es tan tenue en comparación y está tan disperso que no se nota. En tu ejemplo habría un pequeño aumento general de la luminosidad si los ángulos fueran correctos, pero estaría disperso y sería difícil de diferenciar.