Esamina la fisica e la percezione delle luci di scena, tracciando le teorie storiche della luce e spiegando le unità fotometriche, l'ottica (riflessione, rifrazione, legge dell'inverso del quadrato) e la risposta visiva umana, con una guida pratica per designer, tecnici e coreografi per creare immagini di scena più chiare e coerenti
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Vladimir Lukasevich (1956–2014) è stato un eccezionale lighting designer che si è dedicato alla scenografia e al lavoro con la luce. Questo testo è il risultato delle sue ricerche meticolose e dell'esperienza di palcoscenico generalizzata.
Pubbliciamo questo materiale con l'intento di trasmettere il valore delle sue idee e conoscenze a un vasto pubblico, con il dovuto rispetto per la personalità e la professione dell'autore.
! Tutti i diritti esclusivi sul testo originale appartengono alla famiglia di Vladimir Lukasevich !
La pubblicazione viene effettuata con il consenso dei detentori del copyright.
Il testo presentato è destinato a scopi educativi.
Possa la memoria di questo artista di talento continuare a vivere nelle sue opere e ispirare una nuova generazione di professionisti del teatro.
Questa sezione, Parte 2: Fisica e Percezione, spiega le basi fisiche e percettive della visione scenica. Guida il lettore attraverso la natura e la storia della luce (teorie corpuscolari vs. teorie ondulatorie, teoria elettromagnetica), le grandezze fotometriche utilizzate nel lavoro di illuminazione (flusso luminoso, intensità, illuminamento, luminanza, exitanza) e le leggi ottiche pratiche (riflessione, rifrazione, trasmissione, legge dell'inverso del quadrato).
Collega le misure fisiche alla percezione umana e fornisce esempi pratici pertinenti all'illuminazione scenica (ad esempio, l'illuminazione laterale per la danza).
Il testo segnala anche figure ed equazioni che devono essere inserite testualmente dall'originale e termina con riferimenti e note del traduttore/editore sulla terminologia e potenziali insidie.
Abbiamo già detto che, proprio come uno scultore rivela una composizione eliminando il superfluo da un blocco di pietra, un lighting designer, estraendo oggetti e figure dall'oscurità, rivela una composizione scenica al pubblico. In questo senso, l'illuminazione scenica crea una "visione scenica". Questo processo di "visione scenica" è a più fasi e complesso, e non tutte le sue fasi sono comprese in modo univoco o esaustivamente studiate. Dopo tutto, ancora oggi la natura della luce non è trattata in modo univoco: come compromesso tra teorie concorrenti, è accettata come manifestazione del "dualismo onda-particella".
Se scomponiamo il processo di "visione scenica" nei suoi componenti, otteniamo la seguente sequenza: una fonte di luce emette energia luminosa; tale energia, dopo aver riflesso dalle superfici posizionate sul palcoscenico e rifratta nell'occhio, raggiunge la retina.
La retina trasforma l'energia ricevuta in impulsi elettrici tramite un meccanismo fotochimico; tali impulsi viaggiano lungo il nervo ottico fino al cervello, che a sua volta fa più che semplicemente leggere quei segnali — li interpreta in un modo specifico. È molto importante capire che queste fasi non sono collegate in modo strettamente lineare. Il semplice fatto che l'immagine formata sulla nostra retina sia invertita, ma tuttavia la percepiamo correttamente, dimostra che i segnali in arrivo sono interpretati dal cervello a un livello inconscio. Questo è un piccolo ma significativo esempio; di seguito discutiamo le caratteristiche della percezione in maggiore dettaglio. Per ora, è importante notare che ogni fase della visione dipende dal meccanismo di quella fase. Una fonte di luce emette energia che, nel nostro contesto, viene trasformata in molti modi prima di raggiungere l'occhio dell'osservatore, governata da leggi fisiche — riflessione, rifrazione, trasmissione, diffrazione, ecc. — poi, una volta raggiunto l'occhio, viene trasformata secondo le particolarità fisiologiche della visione, e successivamente viene anche interpretata dal cervello, tenendo conto non solo dell'esperienza psicologica ma, come vedremo più avanti, sociale della persona che chiamiamo osservatore. È probabilmente impossibile per un lighting designer studiare a fondo ogni aspetto della psicofisiologia della percezione visiva — è il compito di altre professioni — ma la conoscenza delle principali leggi e caratteristiche dell'intera catena del processo di "visione scenica" consentirà a un designer di prendere decisioni migliori e più precise nella ricerca dei mezzi per raggiungere i propri obiettivi.
Le prime nozioni sulla natura della luce apparvero tra i pensatori greci ed egiziani antichi. Con l'invenzione e il miglioramento degli strumenti ottici (specchi parabolici, il microscopio, il telescopio), quelle nozioni si evolsero e si trasformarono.
Alla fine del XVII secolo emersero due teorie sulla luce: la teoria corpuscolare (Isaac Newton) e la teoria ondulatoria (Robert Hooke e Christiaan Huygens).
Secondo la teoria corpuscolare, la luce è un flusso di particelle (corpuscoli) emesse dai corpi luminosi. Newton credeva che il moto dei corpuscoli di luce obbedisse alle leggi della meccanica. Così, la riflessione della luce era compresa in modo analogo alla riflessione di una palla elastica da una superficie piana. La rifrazione era spiegata come un cambiamento nella velocità dei corpuscoli quando passano da un mezzo a un altro. Nel caso della rifrazione al confine vuoto-mezzo, la teoria corpuscolare portava a una formulazione della legge della rifrazione che implicava una relazione tra la velocità della luce nel vuoto (c) e la velocità della luce nel mezzo (v).
La teoria ondulatoria, in contrasto con la teoria corpuscolare, trattava la luce come un fenomeno ondulatorio, simile alle onde meccaniche. La base della teoria ondulatoria era il principio di Huygens: ogni punto raggiunto da un’onda diventa il centro di onde secondarie, e l’inviluppo di queste onde determina la posizione del fronte d’onda al momento successivo. Utilizzando il principio di Huygens, furono spiegate le leggi della riflessione e della rifrazione.
Per il caso della rifrazione al confine vuoto–mezzo, la teoria ondulatoria portò a una conclusione diversa riguardo al rapporto tra v e c. La legge della rifrazione derivante dalla teoria ondulatoria contrastava con il risultato di Newton: la teoria ondulatoria prevedeva v < c, mentre la teoria corpuscolare prevedeva v > c.
Così, all’inizio del diciottesimo secolo c'erano due approcci opposti per spiegare la natura della luce: la teoria corpuscolare di Newton e la teoria ondulatoria di Huygens. Entrambe spiegavano la propagazione rettilinea della luce e le leggi della riflessione e della rifrazione. L'intero diciottesimo secolo fu un secolo di lotta tra queste teorie. Tuttavia, all'inizio del diciannovesimo secolo la situazione cambiò fondamentalmente. La teoria corpuscolare fu respinta e la teoria ondulatoria trionfò. Molto credito per questo va al fisico inglese Thomas Young e al fisico francese Augustin-Jean Fresnel, che studiarono l’interferenza e la diffrazione. Una spiegazione completa di questi fenomeni poteva essere data solo sulla base della teoria ondulatoria. Una significativa conferma sperimentale della teoria ondulatoria arrivò nel 1851, quando Jean Foucault misurò la velocità della luce nell’acqua e ottenne un valore che mostrava v < c.
Sebbene a metà del diciannovesimo secolo la teoria ondulatoria fosse generalmente accettata, la questione della natura delle onde luminose rimaneva irrisolta.
Negli anni 1860 James Clerk Maxwell stabilì le leggi generali del campo elettromagnetico, il che lo portò a concludere che la luce è un'onda elettromagnetica. Una conferma importante di questa visione fu la coincidenza della velocità della luce nel vuoto con il valore derivato dalle costanti elettromagnetiche.
La natura elettromagnetica della luce fu ulteriormente confermata dagli esperimenti sulle onde elettromagnetiche di Heinrich Hertz (1887–1888). All'inizio del ventesimo secolo, dopo gli esperimenti di Peter N. Lebedev per misurare la pressione della luce (1901), la teoria elettromagnetica della luce divenne saldamente affermata
Un ruolo essenziale nel chiarire la natura della luce è stato svolto dalla determinazione sperimentale della sua velocità. A partire dalla fine del XVII secolo, sono stati fatti numerosi tentativi per misurare la velocità della luce con vari metodi (metodi astronomici come quelli usati da Ole Rømer e metodi di Armand Fizeau, Albert A. Michelson). Le moderne tecniche laser consentono di misurare la velocità della luce con una precisione estremamente elevata basata su misurazioni indipendenti della lunghezza d'onda λ e della frequenza ν (c = λ · ν). Questo approccio ha fornito un valore la cui precisione supera i risultati precedenti di oltre due ordini di grandezza.
La luce gioca un ruolo straordinariamente importante nelle nostre vite. La stragrande maggioranza delle informazioni sul mondo circostante raggiunge l'uomo attraverso la luce. In ottica — il ramo della fisica che si occupa della luce — il termine “luce” si riferisce di solito non solo alla luce visibile ma anche alle gamme adiacenti dello spettro elettromagnetico: infrarossi (IR) e ultravioletti (UV). Fisicamente, la luce non si differenzia fondamentalmente dalla radiazione elettromagnetica in altre gamme spettrali — le porzioni dello spettro differiscono solo nella lunghezza d'onda λ e nella frequenza ν.
Per misurare le lunghezze d'onda nell'intervallo ottico utilizziamo le unità nanometro (nm) e micrometro (µm):
1 nm = 10⁻⁹ m = 10⁻⁷ cm = 10⁻³ µm.
La luce visibile occupa approssimativamente da 400 nm a 780 nm, o da 0,40 µm a 0,78 µm.
La teoria elettromagnetica della luce ha spiegato molti fenomeni ottici come interferenza, diffrazione, polarizzazione, ecc. Tuttavia, questa teoria non ha completato la nostra comprensione della luce. All'inizio del ventesimo secolo è diventato chiaro che la teoria elettromagnetica da sola non poteva spiegare fenomeni a scale atomiche che si verificano quando la luce interagisce con la materia. Spiegare fenomeni come la radiazione del corpo nero, l'effetto fotoelettrico e l'effetto Compton richiedeva l'introduzione di concetti quantistici. La scienza è tornata all'idea dei corpuscoli — i quanti di luce. Il fatto che la luce mostri proprietà ondulatorie in alcuni esperimenti e proprietà particellari in altri significa che la luce ha una complessa natura duale, comunemente caratterizzata come dualità onda-particella.
Una misura fotometrica fondamentale è il flusso luminoso, denotato dalla lettera F.
Il flusso luminoso è una misura della potenza radiante ponderata dalla sensibilità spettrale dell'occhio umano; è definito come la quantità di energia luminosa che attraversa una unità di area per unità di tempo.
Un lumen è definito come 1/683 di un watt di radiazione monocromatica di frequenza corrispondente a una lunghezza d'onda di 555 nm, che si trova al picco della funzione di efficienza luminosa fotopica (la sensibilità spettrale dell'occhio umano in condizioni di buona illuminazione). Il valore 1/683 è stato storicamente stabilito quando fonti di luce convenzionali sono state confrontate con candele, e da allora è stato codificato da accordi internazionali.
L'unità di flusso luminoso è il lumen (lm) (Latino — “luce”): 1 lm è il flusso luminoso emesso da una sorgente puntiforme con un'intensità luminosa di 1 candela in un angolo solido di 1 steradiante (supponendo una distribuzione uniforme entro quell'angolo solido): 1 lm = 1 cd × 1 sr.
Se prendiamo una sorgente puntiforme che irradia uniformemente in tutte le direzioni e posizioniamo una piccola area A nel percorso dell'onda proveniente da quella sorgente, possiamo misurare l'energia che attraversa l'area A nel tempo t.
L'energia per unità di tempo è chiamata potenza radiante, o flusso radiante. La potenza dell'energia luminosa è caratterizzata dal flusso luminoso.
Esempi — flusso luminoso di alcune sorgenti di luce:
La luce proveniente da fonti — che si tratti di un semplice fiammifero o di una moderna lampada elettrica — si diffonde tipicamente più o meno uniformemente in tutte le direzioni. Tuttavia, usando specchi o lenti possiamo dirigere la luce e concentrarla in una particolare regione dello spazio. La porzione di spazio è caratterizzata da un angolo solido. Sebbene il concetto di angolo solido non abbia una connessione linguistica diretta con la luce, è così ampiamente utilizzato nell'ingegneria dell'illuminazione che è indispensabile.
Un angolo solido è una porzione di spazio delimitata da una superficie conica il cui vertice è al punto della fonte di luce.
La misura di un angolo solido con il suo vertice al centro di una sfera è il rapporto tra l'area della superficie sferica che sottende e il quadrato del raggio della sfera.
L'unità di misura dell'angolo solido è lo steradiante (sr).
1 sr è l'angolo solido che sottende un'area sulla sfera pari al quadrato del raggio della sfera. Un cono con un angolo solido di 1 sr ha un angolo al vertice di circa 65,5°. L'unità di misura dell'angolo solido è lo steradiante (sr).
Se una fonte è puntiforme e irraggia in tutte le direzioni, il suo angolo solido totale è determinato dall'area superficiale completa della sfera. (Le unità di lunghezza e area utilizzate nel calcolo devono essere coerenti.)
Considera quanto flusso luminoso cade in un angolo solido unitario:
Il flusso luminoso per unità di angolo solido, quando il flusso è distribuito uniformemente entro quell'angolo solido, è chiamato intensità luminosa della sorgente (I).
L'analogo radiometrico — intensità radiante — è definito allo stesso modo. Per una sorgente puntiforme le cui dimensioni sono trascurabili rispetto alla distanza dal punto di osservazione, l'intensità radiante energetica I_e è uguale al rapporto tra il flusso radiante Φ_e e l'angolo solido Ω in cui la radiazione è distribuita:
I_e = Φ_e / Ω
L'unità di intensità radiante è watt per steradiante (W/sr).
La grandezza fotometrica intensità luminosa è la densità spaziale di flusso luminoso in una data direzione.
L'unità di intensità luminosa è la candela (cd) (dal latino candela — “candela”).
1 cd corrisponde all'intensità luminosa di una sorgente puntiforme che emette un flusso luminoso di 1 lm uniformemente distribuito all'interno di un angolo solido di 1 sr. Nel 1948 la Commissione Internazionale dell'Illuminazione (CIE) ha introdotto uno standard di luce basato su un emettitore speciale in cui il platino viene riscaldato e fuso da correnti ad alta frequenza. La candela è definita dall'intensità luminosa di tale emettitore nella direzione perpendicolare da un'area di 1/600 000 m² alla temperatura di congelamento del platino T = 2045 K e alla pressione standard 101325 Pa.
Storicamente, la candela (cd) è servita come principale unità di intensità luminosa; una candela di spermaceti aveva un'intensità di ≈ 1,005 cd.
Il flusso luminoso totale emesso in tutte le direzioni caratterizza una sorgente emittente e non può essere aumentato dai sistemi ottici — questi solo redistribuiscono il flusso, concentrando di più in alcune direzioni mentre lo riducono in altre. Così è come i proiettori aumentano l'intensità luminosa lungo il loro asse mentre utilizzano sorgenti di intensità più modesta.
In pratica ci occupiamo di sorgenti reali la cui distribuzione di flusso non è uniforme in tutte le direzioni (ad esempio, faretti, torce o lampade a incandescenza con un retro riflettente). Pertanto, l'intensità luminosa di qualsiasi emettitore puntiforme deve essere specificata con direzione
Spesso l'intensità luminosa di una sorgente è mostrata graficamente. La distribuzione spaziale dell'intensità luminosa è determinata univocamente dal corpo fotometrico — la parte di spazio delimitata dalla superficie attraverso le punte dei vettori radiali di intensità luminosa. Se sezioniamo il corpo fotometrico con un piano passante per l'origine, otteniamo la curva di distribuzione dell'intensità (anche chiamata curva di distribuzione luminosa, o LDC) per quel piano come diagramma polare planare
In un sistema di coordinate cartesiane, l'asse orizzontale rappresenta gli angoli relativi all'asse di massima emissione; l'asse verticale rappresenta l'intensità luminosa. In coordinate polari, l'asse di massima intensità è verticale e gli angoli sono misurati da esso. Le linee di uguale intensità formano cerchi concentrici; i valori di intensità misurati a ciascun angolo sono tracciati e quindi collegati per formare la caratteristica forma a "petalo".
Un sistema di coordinate lineari è adatto per sorgenti con piccoli angoli solidi (ad esempio, fasci stretti, come i riflettori) dove la scala orizzontale può essere limitata (ad esempio, da −20° a +20° invece di −90° a +90°). Se una sorgente è asimmetrica — come nel caso di una lampada lineare lunga — vengono forniti i diagrammi di distribuzione della luce (LDC) per due piani (verticale e orizzontale). Quindi il grafico spaziale a "petalo" diventa ellittico in sezione trasversale.
L'illuminamento è il flusso luminoso incidente su una superficie per unità di area. Se un flusso luminoso Φ cade su un'area S, l'illuminamento medio E di quell'area (indicato con E) è E = Φ / S. L'unità di misura dell'illuminamento è il lux (lx).
1 lx è l'illuminamento prodotto da un flusso di 1 lm distribuito uniformemente su un'area di 1 m².
Se il flusso luminoso da una sorgente puntiforme è Φ e cade a distanza r su una superficie orientata ad un angolo θ rispetto alla direzione della luce, allora per una sorgente puntiforme l'illuminamento E è dato dalla relazione inversa del quadrato combinata con il coseno di incidenza:
E = I · cos θ / r²
Se diverse sorgenti illuminano una superficie da direzioni diverse, l'illuminamento totale in un punto è la somma degli illuminamenti di ciascuna sorgente:
E = E₁ + E₂ + E₃ + … + Eₙ.
Questa è la legge dell'additività: l'illuminamento totale è uguale alla somma algebrica dei contributi di tutte le sorgenti.
Illuminamenti prodotti da sorgenti naturali (approssimazione):
Si supponga che l'illuminamento su una scrivania sia di 100 lx. Sulla scrivania ci sono fogli di carta bianca, una cartella nera e un libro con copertina grigia. L'illuminamento di tutti questi oggetti è lo stesso, tuttavia l'occhio percepisce la carta più chiara del libro, e il libro più chiaro della cartella. Cioè, il nostro occhio non giudica la chiarezza degli oggetti solo dall'illuminamento, ma da un'altra quantità — la luminanza.
La luminanza di una superficie S in una direzione data è il rapporto tra l'intensità luminosa emessa da quella superficie in quella direzione e l'area della proiezione di quella superficie su un piano perpendicolare alla direzione scelta. L'area di proiezione è uguale all'area effettiva moltiplicata per il coseno dell'angolo tra la superficie e il piano di proiezione. Mentre il flusso luminoso, l'intensità luminosa e l'illuminamento hanno nomi di unità speciali (lumen, candela, lux), l'unità per la luminanza è semplicemente candela per metro quadrato (cd/m²) — colloquialmente talvolta chiamato "nit" nella letteratura più vecchia. L'SI utilizza cd/m² per la luminanza.
Cosa determina la luminanza degli oggetti? Molte sorgenti pratiche non sono simili a punti e le loro dimensioni sono visibili; per tali sorgenti utilizziamo il concetto di luminanza della sorgente. Il concetto di luminanza si applica anche a superfici riflettenti e schermi, che possono essere trattati come sorgenti, a condizione che l'intensità luminosa venga determinata tenendo conto delle proprietà riflettenti delle superfici.
La luminanza varia con la direzione per una data sorgente — caratterizza l'emissione in una particolare direzione.
Per una superficie diffusamente riflettente (opaca), la luminanza è semplicemente correlata all'illuminamento da:
L = ρ · E / π,
dove ρ è la riflettanza (la frazione di flusso incidente riflessa dalla superficie).
La luminanza è l'unica grandezza fotometrica che l'occhio percepisce direttamente; in assenza di assorbimento nel mezzo di propagazione, la luminanza non dipende dalla distanza.
La relazione che collega la luminanza dell'oggetto L, l'illuminamento E_occhio prodotto da quell'oggetto sulla pupilla dell'occhio e l'angolo solido Ω sotteso dall'oggetto come visto dall'occhio può essere scritta:
L = E_occhio / Ω.
Quindi, quando l'occhio si allontana da un oggetto, l'illuminamento E_occhio sulla pupilla diminuisce, e anche l'angolo solido sotteso Ω diminuisce, ma la luminanza L dell'oggetto rimane invariata.
Luminanze tipiche (ordine di grandezza):
L'uscita luminosa (M) caratterizza il flusso luminoso che lascia una superficie luminosa per unità di area.
L'uscita luminosa è numericamente uguale al flusso luminoso emesso da una piccola area considerata (un elemento a luminanza costante) diviso per l'area di quell'elemento.
L'unità di uscita luminosa è il lumen per metro quadrato (lm/m²), che è dimensionalmente identico al lux. Una definizione comunemente usata prende come unità l'uscita luminosa di una superficie che emette 1 lm per m².
In un mezzo trasparente e omogeneo, i raggi di luce sono linee rette.
La propagazione rettilinea della luce è illustrata dalla formazione delle ombre. Se un oggetto opaco si trova nel percorso dei raggi di luce, allora:
Questo produce un'ombra geometrica. Poiché la luce si propaga rettilineamente, la forma dell'ombra geometrica somiglierà al contorno dell'oggetto.
Più piccole sono le dimensioni della sorgente luminosa, più nitido e chiaro sarà il contorno dell'ombra su uno schermo o sfondo. Per fonti più grandi l'ombra diventa sfocata, poiché i raggi provenienti da diversi punti sulla sorgente producono ombre leggermente spostate la cui sovrapposizione dà un bordo più morbido.
I raggi di luce si incrociano tra loro senza influenzarsi a vicenda; ogni raggio illumina lo spazio in modo indipendente.
1. Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente nel punto di incidenza giacciono tutti nello stesso piano
2. L'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza: α = β
Coefficiente di riflessione — il rapporto tra il flusso luminoso riflesso da una superficie e il flusso luminoso incidente su di essa da una determinata sorgente luminosa o apparecchio di illuminazione. Più alto è il coefficiente di riflessione, più la superficie appare luminosa. Nell'esempio della scrivania sopra, la carta ha una riflettanza più alta rispetto alla copertina del libro, che a sua volta ha una riflettanza più alta rispetto al fascicolo. La riflettanza dipende sia dalle proprietà del materiale sia dalla finitura della superficie
La riflessione può essere direzionale (speculare) o diffusa entro un certo angolo solido. Prendiamo la carta bianca comune: sembra ugualmente luminosa da qualsiasi angolo di visione, cioè la sua luminanza è approssimativamente la stessa in tutte le direzioni — questa è la riflessione diffusa.
La riflessione diffusa o dispersa si verifica sulla carta opaca, sulla maggior parte dei tessuti, sulle vernici opache, sul bianco, sui metalli grezzi, ecc. Se lucidiamo una superficie metallica ruvida, il suo carattere riflettente cambia: se lucidato molto bene, tutta la luce entrante si riflette in una sola direzione e l'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza — questa è la riflessione speculare. Riflessioni speculari e diffuse sono i due estremi; casi intermedi (riflessione direzionalmente dispersa o mista) si verificano su metalli mal lucidati, seta, carta lucida e vetro smerigliato.
Per le superfici che riflettono diffusamente la luminanza è correlata all'illuminamento dalla semplice relazione:
L = ρ · E / π.
Per le superfici direzionalmente disperse o miste è necessario conoscere le indicatrici di riflessione effettive (funzioni di distribuzione bidirezionale della riflettanza — BRDF) per prevedere la luminanza.
Le quattro quantità fotometriche descritte sopra — flusso luminoso, intensità luminosa, illuminamento e luminanza — sono essenziali per comprendere il comportamento delle sorgenti luminose e degli apparecchi di illuminazione. Ma per caratterizzare completamente le proprietà fotometriche dei materiali bisogna anche conoscere coefficienti quali riflettanza, trasmittanza e assorbanza.
La frazione di luce che passa attraverso un materiale è caratterizzata dalla trasmittanza (coefficiente di trasmissione), e la frazione assorbita è caratterizzata dal coefficiente di assorbimento. Per qualsiasi materiale, la somma di riflettanza, trasmittanza e assorbanza è pari a uno. Non esiste un materiale reale con uno di questi tre coefficienti uguale a 1. Un'alta riflettanza diffusa si trova nella neve fresca, nel solfato di bario chimicamente puro e nell'ossido di magnesio. La riflessione speculare più alta si trova nell'argento lucido e nell'alluminio appositamente trattato.
Quando un raggio di luce colpisce il confine tra due mezzi trasparenti di diversa densità ottica (ad esempio, aria e acqua), parte della luce viene riflessa e parte entra nel secondo mezzo. Entrando nel secondo mezzo il raggio cambia direzione al confine — questa è rifrazione.
Se la luce cade da un mezzo otticamente meno denso in un mezzo più denso, l'angolo rifratto è sempre più piccolo dell'angolo incidente.
I valori di trasmittanza sono generalmente tabulati per uno spessore di riferimento (comunemente 1 cm). I materiali altamente trasparenti includono il quarzo puro e alcuni gradi di PMMA (acrilico). La trasmissione della luce, come la riflessione, può essere speculare (direzionale), diffusa (ad esempio, vetro latteo), dispersa direzionalmente (ad esempio, vetro inciso), o mista.
La maggior parte dei materiali riflette, trasmette e assorbe la luce in modo diverso a diverse lunghezze d'onda — questa dipendenza dalla lunghezza d'onda determina il loro colore. Sono necessarie le caratteristiche spettrali della riflettanza, trasmittanza e assorbanza per descrivere completamente le proprietà fotometriche. Tutti e tre i coefficienti sono senza dimensioni e sono solitamente espressi come frazioni o percentuali.
La prima legge della fotometria — la legge dell'inverso del quadrato — fu formulata da Johannes Kepler nel 1604.
dove:
Questa legge è probabilmente il principio più intensamente utilizzato dai progettisti di illuminazione. Che sia consapevolmente o intuitivamente, è presente nella nostra catena decisionale. Quando scegliamo il tipo di strumento da posizionare in una certa posizione, o scegliamo il punto di montaggio per una lampada, o quando valutiamo l'immagine che abbiamo creato, dobbiamo sempre tenere presente quanto sarà diversa la vista per i membri del pubblico nelle platee rispetto al balcone.
La parola chiave nella formulazione della legge è relativo: la legge ha significato per confrontare l'illuminamento a due distanze diverse. Le unità (piedi o metri) non cambiano le relazioni qualitative. Praticamente, la legge dell'inverso del quadrato significa:
Un'altra conclusione pratica per il lighting designer è come scegliere il punto di installazione di un apparecchio di illuminazione in base agli obiettivi di illuminazione
Di seguito è riportata una tabella (dalla fonte) che mostra come il livello di luce cambia con la distanza (scala orizzontale in metri).
Cosa ci fornisce questa informazione oltre a ciò che è già stato detto? Possiamo capire come la luce colpisce un oggetto a diverse distanze. Ci offre anche un'idea di come l'illuminamento e, quindi, la luminosità apparente cambiano quando un oggetto (per esempio, un attore) si avvicina o si allontana da una fonte di luce. Se un soggetto si muove lungo l'asse di un fascio diretto a velocità costante lontano dalla fonte, la caduta iniziale di illuminamento avviene rapidamente, ma più lontano il cambiamento diventa più lento. Secondo la legge dell'inverso del quadrato, l'illuminamento assoluto diminuisce più rapidamente quando ci si allontana dalla fonte. Tuttavia, il cambiamento di illuminamento causato dallo spostamento di una distanza fissa è minore quando il soggetto è già lontano dalla fonte rispetto a quando è vicino.
Un esempio pratico nel balletto: se l'illuminazione laterale — indispensabile in molte produzioni di balletto — è montata molto vicino al palcoscenico, allora anche tra i ballerini che stanno spalla a spalla si possono vedere grandi differenze nella luminosità dell'illuminazione laterale. Per evitare tale disomogeneità, l'illuminazione laterale dovrebbe essere spostata il più lontano possibile dall'area di gioco, oppure le lampade dovrebbero essere sostituite con dispositivi di maggiore potenza. Questo piccolo esempio mostra quanto possa essere importante la legge dell'inverso del quadrato per un designer di illuminazione.
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