Proceso investigador sobre Cámara Oscura - Parque de las ...

Colegio Marista “La Inmaculada” de Granada – www.maristasgranada.com

Proyecto interdisciplinar para 2ºESO

Proceso investigador sobre Cámara Oscura

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¿Qué es una cámara oscura?

Una cámara oscura o cámara estenopeica (sin lentes), es un instrumentofotográfico simple que consiste en una caja con un pequeño agujero en suparte frontal, y un dispositivo receptor de imágenes (película fotográfica,papel fotosensible o papel semitransparente) en su parte trasera. Cuando lacaja se sustituye por una habitación se habla de “habitación obscura”,donde la imagen se proyecta sobre una pantalla.

La descripción completa del proyecto, realizado por los alumnos de 2ºESOdel Colegio Marista “La Inmaculada” el viernes 9 de diciembre de 2016, seencuentra en la dirección web:

http://www.danipartal.net/fisica_quimica_sesiones/camara-oscura.pdf

Aquí ofrecemos un resumen de la verificación experimental de las hipótesisplanteadas por los propios alumnos durante el desarrollo del proyecto.

Proyección sobre papel de la imagen invertida del edificio frente al colegio, creada por una “habitaciónobscura” con lente convergente.

http://www.maristasmediterranea.com/

http://www.danipartal.net/fisica_quimica_sesiones/camara-oscura.pdf




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Negativo y positivo obtenidos con cámara estenopeica de 0,3-0,4mm de apertura y focal 7cm. Tiempo deexposición de 40 segundos en día algo nublado. Sol situado por detrás de la cámara.





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¿Cuál es la orientación óptima de la habitación oscura?

Orientada al Norte. Si fuera hacia el Sur, la luz del Sol entraría directamentepor la apertura y su alta intensidad impediría apreciar a simple vista laimagen del exterior.

Las ventanas de las aulas de 2ºESO están orientadas al Norte, y frente aellas se encuentra un edificio de paredes blanca y marrón claro, lo cualproporciona luminosidad uniforme suficiente para formar una imagen nítidaen pantalla.

Proyección sobre lienzo de imagen invertida del exterior del aula, con una lente convergente de +0,5D.

¿Cuál debe ser el diámetro del agujero de entrada?

En una habitación obscura este valor no es tan crítico como en una cámaraestenopeica, ya que podemos desplazar la pantalla hasta obtener unaimagen nítida. Un diámetro de apertura de 5cm es suficiente.

¿Y si aplicamos un diámetro de apertura de apenas 1mm? Se obtiene una





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imagen muy definida en su contorno pero con poca luminosidad

¿Y si abrimos la apertura hasta los 10cm? Ganamos luz en imagen peroperdemos definición en los bordes.

¿Qué ventajas tiene colocar una lente convergente en la apertura?

Con una lente focalizamos más luz y conocemos la distancia exacta dondese formará la imagen más nítida, ya que la inversa de la potencia (dioptrías)es la distancia focal (metros).

Probamos distintas lentes, desde +5D hasta +0,25D. Conforme disminuimosla potencia, aumenta la focal y debemos alejar cada vez más la pantalla deproyección para obtener la imagen nítida. Con las lentes de +0,5D (focal 2metros) y +0,25 D (focal 4 metros) obtuvimos resultados espectaculares pordimensiones, iluminación y nitidez.

Ventanas forradas de negro en habitación obscura. La luz solo entra por la lente colocada en la apertura.





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¿Por qué la imagen es invertida?

La luz es una onda que se propaga de forma rectilínea. La longitud de ondade la luz es muy pequeña (del orden de los cientos de nanometros)comparada con la apertura de la cámara oscura (del orden de centímetros).

En estas condiciones estamos en el campo de la óptica geométrica, dondepodemos dibujar la luz como rayos propagándose en línea recta. Los rayosque salen de la parte superior del objeto pasan por la apertura y, en pantalla,aparecen recogidos en la parte inferior. Se obtiene una imagen invertida.

Imagen tomada de http://www.mirinconpersonal.eu/images/02_Aprender/ID_0022/CamaraOscura_I.jpg

¿Qué dispositivos ópticos funcionan como una cámara oscura?

Una cámara de fotos es una cámara oscura. La lente más externa delobjetivo regula el diámetro de apertura, el juego de lentes del interior delobjetivo focaliza la luz a una distancia conocida y el sensor hace las veces depantalla.

Nuestros ojos son cámaras oscuras. La pupila regula la apertura, la córnea yel cristalino son las lentes y la retina es la zona de proyección.

¿Y por qué vemos del derecho y no del revés, preguntan los chicos? Porquenuestro cerebro se encarga de invertir la imagen en retina y de generar lasensación de imagen derecha.


http://www.mirinconpersonal.eu/images/02_Aprender/ID_0022/CamaraOscura_I.jpg




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¿Qué ocurre si colocamos una lente divergente?

Usamos una lente divergente de -1D y no se forma imagen en pantalla,porque genera una imagen virtual que solo puede verse si colocamosnuestros ojos tras la lente divergente para que generan la imagen comoproyección de los rayos incidentes.

¿Qué ocurre si giramos la pantalla de proyección?

Algunos alumnos, de manera instintiva, responden “la imagen se invierte ypodremos verla derecha”. La inercia les hace creer que están viendo unafotografía que pueden girar libremente. Hasta que la comprobaciónexperimental les muestra que la imagen generada es como “un vídeo entiempo real del exterior”. La orientación de “este vídeo” no depende de cómocoloquemos la pantalla.

Pantallas de proyección superpuestas.





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¿Y si tapamos la mitad del agujero de entrada?

Prácticamente el 100% de los alumnos responden: “si tapamos la mitad de laapertura, se verá la mitad de la imagen”.

Gran sorpresa se llevan al comprobar que la imagen se ve con las mismasdimensiones, pero con menos luz. Tapar parte de la apertura hace las vecesde diafragma de las cámaras de fotos, que regula la cantidad de luz.

¿Qué pasa si cambiamos la pantalla por un espejo a 45º con laperpendicular al agujero de entrada, orientado al techo?

La luz se refleja en el espejo y la imagen se formará en el techo del aula.

Dimensiones de la cámara estenopeica

Con una caja de cartón, y papel fotosensible, los alumnos fabricaron supropia cámara de fotos portátil.

La dimensión de la apertura (pinhole) y la distancia donde colocar el papelfotosensible son críticos, ya que buscamos una imagen nítida lo más grandeposible. Si acercamos el papel demasiado a la apertura, el campo visible esmuy pequeño. Si alejamos demasiado el papel, la fotografía saldrádesenfocada.

La ecuación empírica d =√ f625

relaciona ambas magnitudes, donde d es el

diámetro de apertura y f la distancia focal. Para una caja de 70mm deprofundidad necesitamos una apertura de 0,3-0,4mm (del grosor aproximadode la punta de un alfiler).

¿Sobre qué material realizar el pinhole?

Si sobre el cartón de la caja perforamos con una aguja, tenemos unproblema. El grosor del cartón va a producir aberraciones en la imagen.Necesitamos reducir al máximo ese grosor. ¿Cómo?

Realizando una perforación de 5mm aproximadamente, con una broca, sobrela caja de cartón, y sobre esta perforación colocamos una fina chapa dealuminio (de una lata de refresco) donde hemos realizado previamente laperforación con el alfiler.





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Cálculos y fabricación de la cámara estenopeica.





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Tiempo de exposición

En fotografía la correcta exposición se consigue relacionando la sensibilidad,la dimensión de diafragma y el tiempo de apertura del obturador.

En fotografía estenopeica la sensibilidad es fija (la marcada por el papelfotosensible), el tamaño del pinhole es fijo, y solo podemos variar el tiempode exposición.

Fotografía estenopeica de muñecos

Determinar este tiempo de exposición para una fotografía estenopeica deexterior es un claro ejemplo de ensayo-error. Influye la iluminación del cielo(soleado, nuclado, cubierto), influye la reflexión del paisaje e influye latemperatura y color de los objetos a fotografiar (que emiten sucorrespondiente radiación).





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Realizamos pruebas en el patio del colegio, con un día de otoño muysoleado. Objetos muy claros, nos generaban sobreexposición y películasquemadas. Fondos con rejas metálicas, por ejemplo, también sobreexponíanla película. Tiempos de exposición de 30 segundos, eran excesivos. Con 10segundos nos quedábamos cortos.

Tras una hora de pruebas, con sus correspondienntes revelados, fijamos untiempo empírico de exposición de 20 segundos.

Cartel resumen con negativos y positivos de las fotografías de los alumnos.





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Revelado

La colocación del papel fotosensible y su posterior revelado se realiza enhabitación oscura, iluminada únicamente por luz roja.

Los alumnos cargaron sus cámaras con el papel fotosensible y lo revelaroncon el líquido revelador, el líquido de paro y el líquido fijador.

Una vez seco los negativos, obtuvimos los positivos estimulando nuevospapeles a partir de luz incidente sobre los negativos.

Revelador, fijador y papel fotográfico ILFORD. Agua con vinagre hizo las veces de líquido de paro.





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Referencias. Para saber más

• http://www.estenopolis.com.ar/

• http://estenopeicasdelojoblindado.blogspot.com.es/2008/08/cmo-armar-un-laboratorio-casero.html

• https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_estenopeica

• http://www.lomography.es/magazine/234581-pinhole-pasin-mi-cmara-estenopeica-de-110

• AA.VV. Unidad Didáctica. Ciencia con luz propia. Aplicacionestecnológicas de la luz. Fundación española para la ciencia y latecnología. 2015. Versión online:

https://www.fecyt.es/es/publicacion/unidad-didactica-ciencia-con-luz-propia-aplicaciones-tecnologicas-de-la-luz

Secado de negativos.


http://www.lomography.es/magazine/234581-pinhole-pasin-mi-cmara-estenopeica-de-110

http://www.lomography.es/magazine/234581-pinhole-pasin-mi-cmara-estenopeica-de-110

https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_estenopeica

http://estenopeicasdelojoblindado.blogspot.com.es/2008/08/cmo-armar-un-laboratorio-casero.html

http://estenopeicasdelojoblindado.blogspot.com.es/2008/08/cmo-armar-un-laboratorio-casero.html

http://www.estenopolis.com.ar/



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