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Para poder comprender cómo funciona la capilaridad tenemos que hablar primero acerca de la tensión superficial y las fuerzas de cohesión intermolecular. Las moléculas que forman un mismo cuerpo están unidas por fuerzas de atracción que lo intentan mantener unido. Esta fuerza depende mucho del material del que esté formado el cuerpo y de las condiciones ambientales (temperatura, presión…). Así las fuerzas que mantienen unido un material sólido son mucho más potentes que aquellas que lo mantienen en estado líquido o gaseoso. Estas fuerzas también son distintas entre elementos líquidos (a temperatura ambiente) como pueden serlo el agua y el mercurio, y veremos cómo su efecto es bien distinto entre ellos.

Como decimos, las moléculas de agua se mantienen unidas unas a otras por su fuerza de cohesión intermolecular. Todas las moléculas del interior del líquido atraen y se ven atraídas por aquellas moléculas situadas alrededor de ellas, manteniéndose equilibradas (las fuerzas en promedio se anulan) y dándole un aspecto homogéneo al líquido. Sin embargo, dado que el volumen de materia en nuestro universo no puede ser infinito, en algún punto debemos encontrar un borde. ¿Qué ocurre en ese borde? Pues ocurre que en esos puntos las moléculas no pueden atraer y verse atraídas por moléculas situadas en todo su alrededor, pues no se encuentran completamente rodeadas por moléculas de ese mismo material. La zona interna de las moléculas del borde será atraída igualmente por las moléculas cercanas, pero al no haber ninguna molécula en el lado externo del borde las fuerzas no se anulan, resultando en una fuerza neta hacia el interior del líquido, que da lugar a la denominada Tensión superficial.

Fuerza de cohesión

Esta fuerza hacia el interior del líquido tiende a “moldear” el líquido, adquiriendo el menor volumen posible (cuando se equilibra con su presión interior, que tiende a expandir el líquido). Cuando el entorno exterior del líquido está vacío o su densidad es mucho menor a la del líquido, la forma de menor volumen posible es una esfera, y por ello las gotas en suspensión son redondas (La típica imagen de una gota estirada se produce por efecto de la gravedad, en el espacio las gotas son esféricas). Bueno, por ello y porque se ha alcanzado el equilibrio hidrostático, que es aquel en el que el gradiente vertical de presión interna y la gravedad se equilibran, impidiendo que el objeto se expanda o se colapse sobre sí mismo, que es la causa de que los planetas sean esféricos.

En realidad, la tensión superficial no se define como esa fuerza neta hacia el interior del líquido, sino como dicha fuerza entre la longitud de su borde (por ello se mide en Newtons / metro). Visto así, esa película de moléculas en la superficie se comporta en cierta manera como una membrana elástica.

La tensión superficial es la causante de que algunos insectos puedan caminar sobre el agua sin hundirse, como el que se muestra en la foto.

Al igual que la cohesión, como hemos visto, es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, existe otra propiedad de los materiales llamada adhesión, que es la fuerza de interacción entre superficies de distintos cuerpos.

Con esto ya podemos hablar de la capilaridad. Cuando ponemos un líquido en un recipiente (por ejemplo agua en un vaso de vidrio) tenemos presentes tanto cohesión (entre las partículas del líquido) como adhesión (entre el líquido y su recipiente). Si la fuerza de adhesión es superior a la de cohesión las moléculas del líquido se verán atraídas con más fuerza por los bordes del recipiente (hacia arriba, pues hacia abajo ya hay moléculas de líquido), tirando, a su vez, de las moléculas del líquido. El líquido seguirá “escalando” hasta que la tensión superficial sea equilibrada por el peso del líquido en el recipiente. Debido a que la masa líquida es proporcional al cuadrado del diámetro del tubo, al reducir la anchura de nuestro recipiente se aumentará la altura alcanzada por el líquido. De esta forma, si introducimos un tubo más estrecho dentro de nuestro vaso de agua podremos comprobar cómo dentro del tubo el nivel del agua aumenta en comparación con el del resto del recipiente (esta altura se puede determinar a partir de la Ley de Jurin). Esta es, además, la razón de que el agua moje, ya que se adhiere o “empapa” la superficie que se pone en contacto con ella.

Capilaridad en tubos de distinto diámetro

También puede suceder lo contrario, que la fuerza de cohesión sea mayor que la fuerza de adhesión (por ejemplo en el caso de mercurio en un vaso de vidrio), en cuyo caso las moléculas del borde se verán atraídas con más fuerza por las propias moléculas del líquido que por las del recipiente. O lo que es lo mismo, parecerá que el líquido se “agarra” más fuerte a sí mismo que al recipiente. Al contrario de lo que pasaba con el agua en el caso anterior, si introducimos un tubo más estrecho dentro del recipiente podremos comprobar cómo dentro del tubo el nivel de mercurio disminuye en comparación con el del resto del recipiente, pues en este caso, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior.

En estos casos el líquido no “moja” al recipiente, pues las moléculas de líquido se encuentran débilmente adheridas a él y se separan fácilmente, atraídas por otras moléculas del mismo líquido, por ejemplo al verter el contenido del vaso.

Gotas de Mercurio

Debido a la capilaridad se forman los denominados meniscos, que son esas pequeñas curvas que se pueden observar en los bordes del líquido y su recipiente. Estos pueden ser cóncavos o convexos, dependiendo de si la fuerza de adhesión es superior a la de cohesión y viceversa.

Capilaridad en agua y mercurio

Menisco de agua coloreada

Menisco de Mercurio

Un ejemplo que no observamos a simple vista, pero que es de sobra conocido, es el de la alimentación de las plantas, que recogen el agua por las raíces y la transportan hasta las hojas por capilaridad.

En algunos casos también se utiliza en soldaduras, introduciendo el material fundido entre las grietas a soldar de manera que se extienda por capilaridad. Cuando la temperatura del material baja se solidifica, soldando los materiales.

A continuación os dejo un video de la ESA, en el que un astronauta nos habla de la capilaridad y realiza un experimento para observarla. Al final del vídeo nos comenta cómo la capilaridad es utilizada en el espacio como parte del proceso de filtrado de la orina y su depuración en agua potable. También cuenta que se utiliza para la extracción de sangre de los astronautas para su posterior análisis, ya que la manipulación de líquidos en el espacio puede resultar peligrosa.

Por último, os dejo otro vídeo en el que se realiza un experimento de capilaridad. Mediante un papel, utilizado como tubo capilar, se realiza una transferencia de agua desde un vaso a otro.

 Hasta pronto!

Hoy, para darles un toque polícromo a vuestras vidas, os traemos un tema muy amplio, curioso, y que observamos a diario sin darnos cuenta de ello muchas veces: el maravilloso mundo del color.

Hay que decir que este tema surge a raíz de mi última adquisición tecnológica, un monitor Samsung LED de 27 pulgadas (concretamente el modelo S27A550H, cuya información podéis encontrar en este enlace). Buscaba un monitor grande, no de gama alta, pero lo suficientemente bueno para poder jugar en condiciones a mis amados videojuegos. Partiendo de la base de que no soy ningún entendido en la materia, sí que he querido realizar una correcta configuración del color de mi pantalla para obtener los mejores resultados posibles y, así, he aprendido un poco más sobre todo lo relativo al color. Por tanto lo que aquí os presentamos es sólo un resumen en el que comentaré una serie de términos muy utilizados cuando trabajamos con colores, que conviene que conozcáis si queréis comprender mejor aspectos más avanzados del tema. Os recomiendo que, para obtener una información más profunda y detallada sobre el tema, visitéis el blog dZoom, del que hemos sacado la mayor parte de información para realizar este artículo.

Así, para empezar, si os encontráis en mi situación y queréis configurar correctamente vuestra pantalla, lo primero que tendréis que aprender es qué es la calibración de color, y qué es perfilar el color. El motivo de toda esta complejidad a la hora de “simplemente mostrar imágenes por pantalla” es que los monitores no pueden ofrecer toda la gama de colores que nuestro ojo puede ver, sino que sus posibilidades están acotadas a un determinado espacio de color fruto de su propia tecnología. Lo que nosotros entendemos por rojo, verde, azul y blanco, no es entendido del mismo modo por todos los monitores. Cada uno tiene su propia respuesta, con sus matices particulares, por lo que si queremos asegurarnos de que estamos viendo (por ejemplo) una fotografía con los mismos colores con que el fotógrafo la captó en su día y decidió guardarla, tendremos que preparar nuestro monitor para ello.

Ejemplo típico de pantalla de calibración

Por tanto, para comenzar a tener buenos resultados, nuestra primera misión será calibrar el monitor. Esto es, ajustar correctamente la luminancia del blanco (su intensidad), el tono del blanco (su temperatura, que trataremos más adelante), el nivel del negro (su profundidad) y la compensación gamma (una curva que trata de neutralizar el efecto del monitor compensando algunos factores, también la trataremos con más detalle posteriormente). Una vez calibrados los valores, podremos comenzar a perfilar el monitor, o sea, configurar la gama de colores que mostrará el monitor, y cómo compondrá dichos colores a partir de los básicos. Al proceso de calibrado y perfilado se le conoce como ajuste del monitor, y es lo que os desglosamos en los siguientes párrafos, mediante la definición de sus principales factores.

Como comentamos, el monitor no puede trabajar con todos los posibles colores existentes en la naturaleza, al igual que nuestro ojo no puede apreciar todas las posibles longitudes de onda de la luz (no podemos ver en ultravioleta e infrarrojos, sólo en el llamado espectro visible). Su abanico de posibilidades está limitado a un conjunto más o menos extenso de colores, conocido como espacio de color, que no es más que una región de un mapa de color… ¿queda más claro así? No hasta que expliquemos qué es un mapa de color, pero no os preocupéis, porque este extraño término hace referencia simplemente a una representación gráfica en forma de ejes en la que podemos ubicar todos los colores (en teoría), y definir un color a través de sus coordenadas en los citados ejes. El mapa de color más conocido es el CIE XYZ (que cumple algunas características curiosas, como que el color blanco se encuentra en las coordenadas 0.333, 0.333, o que los colores complementarios están unidos por una línea imaginaria que atraviesa el blanco). Pues bien, si de este mapa de color nos quedamos con una región específica, estaremos trabajando con un espacio de color. Los espacios de color pueden ser dependientes del dispositivo (o sea, son los que el monitor o impresora o escáner o chisme en general puede manejar, interpretar, ofrecer…) o independientes del dispositivo (que son los estándares fijados por la industria de una u otra forma, para poder tomarlos como referencia a la hora de caracterizar dispositivos). Los espacios de color independientes más conocidos son el sRGB, el Adobe RGB y el ProPhoto RGB (RGB deriva de las iniciales de red, green y blue, o rojo, verde y azul en inglés). Los espacios de color dependientes del dispositivo son los que configuran su gama de colores posibles, y se les suele conocer como “gamut”. Normalmente el espacio de color dependiente se suele expresar como un porcentaje de un espacio de color independiente, por ejemplo podemos decir que un monitor cuyo espacio de color represente el 95% del espacio Adobe RGB es un monitor de gama alta, y bastante caro (en torno a los 1.000 €). Si conocemos el espacio de color que utiliza nuestro monitor, podremos conocer los colores primarios (rojo, verde y azul) que maneja, que vendrán dados por su tono, brillo y saturación, cambiando de una pantalla a otra.

Espacios de color

Conocidos los posibles colores que puede representar nuestra pantalla, ¿cómo le indicamos qué color es cual? O sea, necesitamos saber qué valor enviar al monitor para que pinte el color del mapa que ocupe las coordenadas X, Y que queramos (que no tiene por qué ser lo que observaremos por pantalla, ya que eso vendrá a su vez afectado por otros factores que veremos, sino que simplemente es lo que nos gustaría que el monitor entienda que queremos que muestre). Pues bien, para ello se suelen usar los perfiles de color, que son ficheros .icc o .icm con información para describir la respuesta de color de un dispositivo, traduciendo para un programa los valores que él entiende a los valores que entiende el monitor.

Otro factor (nombrado anteriormente) con el que jugamos a la hora de establecer los colores lo más cercanos a la realidad posible con nuestro monitor (o con nuestra cámara de fotos) es la temperatura de color. Esta característica nos sirve para definir correctamente el blanco, o lo que nuestro dispositivo debe interpretar como blanco, y se mide en grados Kelvin, como si de una temperatura se tratase. Su importancia radica en que, a lo largo del día, la luz que observamos va cambiando. Determinadas tonalidades del espectro de luz predominan sobre las demás, tiñendo los rayos a su alrededor y afectando a la imagen percibida. Esta alteración se traduce en un desplazamiento en el espectro de color hacia el rojo o hacia el azul. La luz perfecta diurna se sitúa en 5.500 K, y su valor va cambiando según las condiciones atmosféricas, la hora del día, o dependiendo de la existencia de otras fuentes de luz.

Temperatura color

Las cámaras de fotos digitales suelen incorporar una función llamada “balance de blancos”, que compensa la forma en que la cámara capta la luz, ajustando los niveles de los colores básicos para obtener resultados lo más parecidos al original posibles. El funcionamiento de las cámaras permite seleccionar unas condiciones predefinidas (día nublado, luz de bombilla, fluorescente, soleado, etc.), o bien utilizar un modo de balance automático, que suele ser menos preciso que los modos predefinidos. Dicho modo automático funciona tomando como blanco la zona más brillante de la imagen, y como negro la zona más oscura, de forma que calibra el resto de colores en función a esos valores, tratando de compensar los efectos indeseados de la iluminación. También podemos realizar un balance manual de blancos, sin más que enfocar con nuestra cámara a un objeto de color blanco como un folio, de forma que lo que para nosotros (porque sabemos que es blanco) será un objeto blanco, lo será también para la cámara, con lo que el resto de colores se parecerán más a lo que deberían ser si no existiesen efectos de iluminación añadidos. Hay otros métodos que muchos aficionados a la fotografía utilizan para realizar un balance de blancos manual, como el Expodisc (un accesorio para la cámara fotográfica que puede resultar algo caro si sólo estamos iniciándonos) o la cartulina de tonos de grises. Pero también hay otros métodos caseros más rudimentarios y que a menudo dan buen resultado, como utilizar una tapa de un bote de Pringles de las antiguas (que eran menos transparentes que las de hoy en día), o bien un filtro de café. Si enfocamos a través de estos objetos, la lente recibirá una información lumínica que le permitirá compensar correctamente los diferentes colores, para que después al realizar la fotografía sin el objeto delante podamos obtener resultados de mayor calidad.

Diferentes balances de blancos para distintas temperaturas

Continuando con los parámetros más importantes a tratar, y sin que el orden tenga que ver con su importancia, hablaremos sobre la gamma, que ya hemos nombrado anteriormente. La gamma es un factor de compensación que forma parte de una ecuación cuya curva trata de neutralizar la respuesta no lineal que el monitor introduce a la imagen que queremos mostrar en él, en lo que a luminosidad se refiere. Y es que en las pantallas la luminosidad no depende linealmente del voltaje, sino que sirve una curva exponencial. Ello hace que cuando queremos mostrar un valor de luminosidad media por pantalla, no tengamos que enviar un voltaje medio a la misma, sino más alto. De no corregir este comportamiento, tendríamos que las imágenes que observamos son más oscuras de lo que en realidad deberían ser. Al contrarrestar este comportamiento con la curva de compensación gamma, logramos una relación más lineal entre la entrada y la salida. Los fabricantes incorporan su propia curva gamma a los dispositivos, cuya ecuación exponencial puede resumirse como:

Luminosidad=voltaje^G

con un valor G=2.2 habitualmente. Hay quien dice que no debería ser necesario utilizar compensación con los nuevos monitores con conexiones digitales, ya que la información permanece incorrupta desde el ordenador a la pantalla, pero lo cierto es que ajustar el gamma puede producir muy diferentes efectos en lo que observamos, y de hecho suele usarse a menudo en juegos para conseguir una ambientación adecuada al género del que se trate.  La compensación de la gamma suele dejar el valor final (o sea, el resultante de la gamma original del monitor y la gamma de corrección) en aproximadamente G=1.14, pero esto no siempre es así, ya que para una determinada entrada, la salida no siempre puede definirse linealmente (y no hablamos ya sólo de luminosidad, sino de todos los factores que afectan a cómo se ve un pixel en pantalla). La respuesta del monitor presenta irregularidades que hacen que sea necesario aplicar una nueva curva de corrección para obtener una graduación más fina de los colores. A esta curva se le denomina curva de ajuste, y su información se almacena bien en una tabla LUT (Look-Up Table) en la tarjeta gráfica o bien en el monitor (si dispone de LUT). La tabla LUT presenta una serie de equivalencias entre los valores que se desean mostrar y los que hay que enviar al monitor para que los muestre. Cuantos más bits tenga la tabla LUT, más precisión permitirá mostrar en los resultados (no es raro encontrar tablas de 8 ó 10 bits).

Cuadro correspondencias de Gamma. El cuadro que mejor se confunda con el fondo nos da una aproximación del gamma de nuestro monitor.

Siguiendo la línea de lo comentado hasta ahora a la hora de realizar la calibración del monitor, hay otros dos aspectos que requerirán nuestra atención: el ajuste del punto blanco y el ajuste del punto negro. Para comprenderlos, debemos definir algunos términos:

• Por una parte, hay que conocer qué es la luminosidad o luminancia del blanco. Se mide en cd/m² (donde cd es la abreviatura de candelas), y nos informa de la intensidad que toma el monitor para representar el color blanco. Nos interesará que sea un valor lo más bajo posible (en monitores de buena calidad, estará entre 60 y 90 cd/m², y en pantallas de portátiles de calidad puede superar 115 cd/m²).
• Por otra parte, también aquí influye la temperatura de color. Normalmente resulta que para obtener un blanco lo más neutro posible, tendremos que elegir temperaturas tirando a frías. Se suele utilizar a menudo el valor de 6.500 K para obtener buenos resultados.
• Además, también es muy importante la luminosidad del negro, que se mide en las mismas unidades que la del blanco, y que de nuevo nos interesa que sea el menor valor posible (menores de 0’5 cd/m² si es posible). Esta magnitud cambia enormemente dependiendo de la tecnología con que esté hecho nuestro monitor (CRT, TFT, LED…).

Asociado a estos conceptos de luminosidad, está el archiconocido contraste. El contraste se define como la relación entre la luminosidad del blanco y la del negro. Nos interesa un monitor que tenga un gran contraste, pero no a costa de conseguir una gran luminosidad del blanco (que puede llegar a dañor nuestros ojos tras un uso prolongado), sino gracias a tener negros muy poco luminosos y blancos lo suficientemente bajos para obtener buenos resultados. Volviendo al ejemplo del monitor que he adquirido, presenta un brillo según sus especificaciones de 300 cd/m², lo cual le deja totalmente fuera de la gama de monitores profesionales, porque utiliza demasiada luminosidad del blanco para obtener una buena relación de contraste.

Merece la pena comentar que, más allá de usar nuestro “ojo clínico” para tratar de encontrar los mejores valores de los parámetros que hemos comentado hasta ahora, hay una serie de ayudas técnicas y determinados dispositivos que facilitan esta tarea (y que sin duda tendremos que usar si queremos lograr resultados cuasi-profesionales, por ejemplo si nos dedicamos a la fotografía). Se trata de los colorímetros, que son herramientas capaces de identificar el color y el matiz para realizar mediciones objetivas de los mismos y así poder configurar nuestro monitor de manera óptima. Normalmente consisten en un pequeño dispositivo (del tamaño del ratón) que se sitúa pegado a la pantalla para captar el color que ésta emite, y en ocasiones también cuentan con una especie de chasis que se coloca en torno al monitor para aislarlo lumínicamente del entorno. Así, realizando diferentes pruebas, el colorímetro y su software asociado pueden saber, para un determinado estímulo, qué salida está ofreciendo el monitor, de forma que caracteriza con gran precisión sus parámetros. Sería algo así como: “Dime lo que muestras cuando te digo que muestres esto, y te diré cómo eres”.

Colorimetro

Si calibramos y perfilamos nuestro monitor, identificamos su espacio de color, conseguimos un perfil de color adecuado para el programa que estemos usando, ajustamos correctamente su temperatura de color, configuramos adecuadamente su gamma, su curva de ajuste, su punto blanco y su punto negro, ajustamos su luminosidad y su contraste (quizá con la ayuda de un colorímetro), y trabajamos con imágenes con un balance de blancos adecuado, podremos disfrutar de una imagen que no podrá compararse con las que nos ofrecen las pantallas que no han pasado por este proceso. Puede resultar complicado, largo o engorroso, pero en realidad cuando nos familiarizamos con estos conceptos veremos que todo está relacionado, y que un poco de tiempo invertido en dichos ajustes nos proporcionará una experiencia de usuario mucho más rica y, lo más importante, ¡nos permitirá poder ver Átomos y Bits en todo su esplendor!  :)

¡Hasta pronto!

En esta fría mañana (por lo menos aquí en España) del último día del año, queremos simplemente desaros unas… ¡muy felices fiestas y un feliz y próspero año nuevo!

Esperamos que el próximo año venga con muchas sorpresas agradables para todos, y que podamos seguir compartiendo con vosotros posts interesantes que os guste leer. ¡Muchas gracias por seguirnos!

Un abrazo de Leonard y Sheldon

¡Hasta el año que viene!

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