Fotografía de alta velocidad

Aunque ahora se ha convertido en algo común, la fotografía moderna sigue siendo un invento bastante nuevo. Desde su invención en la década de 1830, la fotografía ha experimentado una serie de importantes desarrollos y avances. Uno de estos avances importantes fue el desarrollo de cámaras de alta velocidad. Estas cámaras permitían a los fotógrafos capturar y crear un desglose fotograma a fotograma de eventos o sucesos demasiado rápido para que el ojo humano lo pudiera discernir.

Historia de las cámaras de alta Velocidad

El primer gran avance con cámaras de alta velocidad fue en 1878. Eadweard Muybridge, un expatriado y fotógrafo británico que vive en California, recibió el encargo de usar fotografías para determinar si un caballo levantaba los cuatro cascos del suelo al galopar. Usando veinticuatro cámaras conectadas a un sistema de liberación del obturador dictado por la trayectoria galopante del caballo, capturó una secuencia de movimiento de alta velocidad que demostraba que los caballos levantaban los cuatro cascos del suelo al galopar.

Ocho años más tarde, en 1886, el físico austriaco Peter Salcher capturó la primera imagen de una bala supersónica. El profesor de física y filósofo austriaco Ernest Mach utilizó la fotografía de Salcher, «Bala en vuelo», en sus estudios sobre el movimiento supersónico. El trabajo instrumental de Mach en movimiento supersónico es la razón por la que la velocidad del sonido lleva su apellido.

El Caballo en Movimiento. Eadweard Muybridge, a través de Wikimedia Commons

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El Caballo en Movimiento. Eadweard Muybridge, a través de Wikimedia Commons

En la década de 1930, Bell Telephone Laboratories compró cámaras de alta velocidad de Eastman Kodak para sus estudios de los efectos del rebote de relés. Las cámaras corrían película de 16 mm a 1000 fotogramas por segundo (fps) y una capacidad de carga de 100 pies. Con el deseo de cámaras aún más rápidas, Bell Telephone Laboratories desarrolló su propia cámara de alta velocidad. Llamada Fastax, esta cámara podría producir 5.000 fps.

Más tarde, el laboratorio vendió su diseño a la Wollensak Optical Company, que mejoró la cámara para manejar 10,000 fps. En 1940, Cearcy D. Miller presentó una patente para una cámara de espejo giratorio que teóricamente era capaz de 1,000,000 fps.

Cómo funcionan las cámaras de alta velocidad

Para evocar una sensación de movimiento a partir de imágenes fotográficas fijas, las cámaras de cine de cine utilizan «movimiento intermitente».»Al capturar una serie continua de imágenes en fotogramas secuenciales de película, se utiliza el movimiento intermitente para avanzar progresivamente la película fotograma a fotograma. Como resultado, las imágenes parecen moverse y ocurrir en tiempo real cuando la película se reproduce hacia adelante a una velocidad de proyección normal.

 Trabajo de cámara en Los Álamos

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Trabajo de cámara en Los Álamos

Las cámaras de cine de alta velocidad son capaces de capturar sujetos y eventos que ocurren a velocidades extremadamente rápidas sincronizando la velocidad de la película con la velocidad de la imagen. Después de grabar una secuencia de imágenes a alta velocidad, la película se puede reproducir a velocidad normal, lo que hace que la secuencia aparezca en cámara lenta y permite un mejor análisis visual.

A diferencia de las cámaras de cine convencionales, las cámaras de alta velocidad no utilizan movimientos intermitentes para hacer avanzar su película. En cambio, las cámaras de alta velocidad utilizan una forma de avance continuo que permite que la película se mueva a una velocidad más alta que con movimiento intermitente. La forma más común de producir este tipo de avance es reemplazar el obturador normal de la cámara por un bloque de vidrio giratorio de lados paralelos (fotografía con prisma giratorio).

A medida que el prisma gira, mueve la imagen en sincronía con la película; al mismo tiempo, el prisma sirve como obturador. Para descomponer aún más las acciones de alta velocidad disparando más fotogramas por segundo, se desarrollaron técnicas de espejo giratorio y tambor giratorio. Para obtener más información sobre cómo funcionan estos tipos de cámaras, haga clic aquí.

La fotografía de rayas es otra forma relevante de fotografía de alta velocidad. La fotografía de rayas es similar al tipo de fotografía utilizada en las imágenes de «acabado fotográfico». Las cámaras de rayas tienen aberturas en lugar del obturador normal de la cámara. Estas cámaras pueden emplear los sistemas de espejo giratorio y tambor giratorio para tomar imágenes de alta velocidad.

Los Alamos Innovations

En Los Alamos, NM durante el Proyecto Manhattan, los científicos emplearon la fotografía de alta velocidad como una forma de estudiar y evaluar sus diseños y pruebas de armas nucleares. Se utilizaron cámaras de alta velocidad para fotografiar las pruebas del diseño de la bomba de «tipo pistola» de uranio. Estas cámaras fueron capaces de capturar el tiempo de inserción crítico «lento» del uranio-235 de aproximadamente un milisegundo. El tiempo de inserción crítico es la cantidad de tiempo necesario para formar material fisible más que suficiente para mantener una reacción nuclear en cadena, conocida como formación de una masa crítica.

Julian E. Mack, en Tránsito Durante el estudio de Z

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Julian E. Mack en Tránsito Durante la Inspección de Z

Las cámaras, sin embargo, no eran lo suficientemente rápidas para fotografiar los experimentos basados en plutonio. A diferencia del uranio, el plutonio-240 tiene una alta tasa de fisión espontánea y un menor tiempo de inserción crítica de aproximadamente diez nanosegundos. Para fotografiar pruebas y armas basadas en plutonio, los fotógrafos de Los Álamos necesitaban cámaras de alta velocidad aún más rápidas.

Para estudiar el diseño de implosión en el sitio de Anchor Ranch de Los Álamos y más tarde en el Sitio de Trinity, los miembros del grupo de Óptica y los científicos desarrollaron técnicas fotográficas nuevas y mejoradas. Estas técnicas incluían prisma giratorio y fotografía de espejo giratorio, fotografía de flash de alto explosivo («bomba de argón») y fotografía de rayos X de flash. Inventada por el físico británico y científico del Proyecto Manhattan W. Gregory Marley, la cámara Marley fue una de las opciones iniciales de cámara de alta velocidad.

Como Clay Perkins describe en su entrevista en el sitio web de Voices of the Manhattan Project, los científicos de Los Álamos » trajeron la cámara Marley a Los Álamos para tomar fotos de la prueba Trinity.»La cámara Marley» funcionaba con una rueda giratoria de pequeñas ranuras frente a una masa de cámaras individuales, por así decirlo. Una pieza de película, pero con múltiples lentes. La geometría de eso permitió tomar imágenes de hasta 100.000 fotogramas en un segundo.»Esta velocidad lo hizo ventajoso para estudiar la bomba atómica.

 Canal de perforación en la parte superior del refugio N de 10,000 yardas. B. C. Benjamin y Berlyn Brixner (Centro)

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Canal de perforación en la parte superior de un refugio de 10.000 yardas. B. C. Benjamin y Berlyn Brixner (Centro)

Aunque la cámara Marley se usó en el proceso de desarrollo de la construcción de la bomba, Perkins señaló que la cámara finalmente no se usó en la Prueba Trinity porque «en el momento de la Prueba Trinity, la Marley estaba desactualizada. En su informe sobre los eventos en Trinity, el líder del grupo de fotografía T-5, el profesor Julian Ellis Mack, señaló que «el enfoque corto fijo y la baja calidad de los lentes probablemente habrían hecho que las imágenes de la cámara Marley fueran inútiles» durante la Prueba Trinity.

Como jefe de Óptica en la División de Física de Armas (Grupo G-11), Mack trabajó con miembros del grupo, incluida Berlyn Brixner, para probar y desarrollar cámaras utilizadas en última instancia en Trinity. Mejorando la tecnología de cámara giratoria de alta velocidad existente, Mack inventó la cámara Mack Streak, una cámara de espejo giratoria con un 0.resolución de 0000001 segundos. Esta resolución permitiría a la cámara capturar imágenes a intervalos de 0,0000001 segundos, proporcionando aún más detalles por fotograma para estudiar eventos de alta velocidad.

En su entrevista en The Voices of the Manhattan Project, Berlyn Brixner recordó que Mack lo reclutó para operar la cámara y fotografiar explosiones. Brixner también describió cómo funcionaba la cámara de Mack: «Tomaste imágenes del objeto, que era una explosión, para estar en la hendidura de la cámara. Luego, esa imagen se transmitió a la película y se movió a lo largo de la película de modo que, a medida que la luz aparecía en esa hendidura, se grababa en la película y de esa manera el físico podía saber qué estaba pasando en la explosión. Funcionó de maravilla.»

Fotografía en la Prueba Trinity

El 16 de julio de 1945 en Alamogordo, Nuevo México, el «Gadget», un dispositivo de implosión de plutonio, fue detonado en la Prueba Trinity. Como uno de los fotógrafos principales de la Prueba Trinity, Brixner ayudó a orquestar el uso de cincuenta y dos cámaras diferentes para capturar la prueba en película.

De acuerdo con el Apéndice I del informe de Mack «Explosión Nuclear del 16 de julio, Relaciones Espacio-Temporales» sobre la Prueba Trinity, se utilizaron cincuenta y dos cámaras diferentes para capturar la prueba en película. De las cincuenta y dos cámaras, había el siguiente número de cada tipo de cámara:

  • 3 Cámaras Fastax de 8 mm
     10,000 N muestra la instalación de la cámara en el techo del refugio, Cámaras de cine E debajo del estante, 24 Mitchell en el estante, Espectrógrafo B L en el fondo

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    10,000 N muestra la instalación de la cámara en el techo del refugio, cámaras de Cine E debajo del estante, 24 Mitchell en el estante, Espectrógrafo B & L en el fondo

  • 3 Cámaras Fastax de 16 mm
  • 3 cámaras Fastax lentas de 16 mm
  • 3 cámaras Fastax Primocard de 16 mm
  • 4 cámaras Mitchell de 35 mm
  • 24 cámaras Kodak Cine «E» de 16 mm
  • 2 cámaras aero Fairchild K-17B
  • 4 Cámaras aerodinámicas Fairchild K-17B con capacidades estereográficas
  • 2 Cámaras estenopeicas
  • 1 Cámara fija
  • 3 Descargas Cámaras de conmutación

Las imágenes y la película generadas a partir de la prueba se utilizaron para el análisis espectrográfico y de rendimiento de la bomba. Como se insinúa en la lista anterior, se utilizaron una variedad de cámaras durante la Prueba Trinity. Muchas de estas cámaras tenían velocidades de película, lentes y exposiciones variables para capturar diferentes etapas de la explosión de la bomba atómica.

Se utilizaron cámaras Fastax para grabar detalles minuciosos de la explosión. Se utilizaron cámaras espectrográficas de tambor giratorio para monitorear las longitudes de onda de luz emitidas por la bola de fuego. Se utilizaron cámaras estenopeicas para grabar rayos gamma.

Según Brixner, » consiguieron un registro completo con esas cámaras de cine de toda la explosión.»Al final de la prueba, se tomaron unas 100.000 fotos con todas esas cámaras.»Dado que la mayor parte de la grabación se realizó en cámaras de cine, la mayoría de las fotos provienen de fotogramas individuales o fotogramas de la película cinematográfica.

Tanto la película en blanco y negro como la película en color se utilizaron en las cámaras en la prueba Trinity. Si bien la fotografía en color de Jack Aeby de la Prueba Trinity es la más conocida, algunas de las cámaras de Mack y Brixner usaron película en color. En su informe del 16 de julio, Mack señaló que las veinticuatro cámaras Kodak Cine «E» de 16 mm usaban película Kodachrome. Lanzado por Eastman Kodak en 1935, Kodachrome fue una de las primeras películas exitosas en color. En su entrevista, Brixner dijo que sus cámaras con película a color » hicieron algunas fotos satisfactorias, pero nada particularmente espectacular.»

Legado de Cámaras de Alta Velocidad

Las cámaras de alta velocidad continuaron utilizándose durante la Guerra Fría para capturar otras pruebas nucleares. Harold Edgerton, el padre de la fotografía moderna de alta velocidad, cambió la forma en que se grababan estas explosiones con su invención del estroboscopio y el Rapatrónico.

 Secuencia de fotografía Rapatrónica de la Operación Redwing en el Atolón de Eniwetok

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Secuencia de fotografía Rapatrónica de la Operación Redwing en el Atolón Eniwetok. Foto Cortesía del Gobierno Federal de los Estados Unidos (http://sonicbomb.com/albums/album47/mahawk.jpg), a través de Wikimedia Commons

El estroboscopio utiliza destellos de luz para permitir que las personas vean imágenes que ocurren demasiado rápido para que el ojo humano las vea normalmente. El estroboscopio puede hacer esto sincronizando la frecuencia de su flash eléctrico con la velocidad de un objeto en movimiento.

Cuando Edgerton combinó el estroboscopio electrónico con una cámara cinematográfica especial de alta velocidad, pudo organizar cada flash para exponer exactamente un fotograma de película. Usando esta tecnología, podía hacer que los eventos de alta velocidad aparecieran en cámara extremadamente lenta.

El obturador Electrónico Rapatronic o de Acción Rápida permitió a Edgerton y a sus colegas Kenneth Germeshausen y Herbert Grier capturar explosiones nucleares para la Comisión de Energía Atómica (AEC). El obturador se abrió y cerró encendiendo y apagando un campo magnético. Al manipular la velocidad de obturación, podrían generar una exposición de tan solo dos microsegundos.

Colisión de agua azul Amarilla

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Colisión de Agua Azul y Amarilla. Foto Cortesía de Joe Dyer (https://www.flickr.com/photos/[email protected]/8566188935/in/photolist-e3XXwF-oX5gy3-dnvb2E-9ztv4V-djzsie-kYGBPF-rgCrpf-cZYBv7-4XbTPh-cZYxvS-cZYzYG-cdUmEU-dMHZ8x-dmjsqu-bWSfkh-caGtgL-cgkGDb-nYtWeK-cgkGJ

Las imágenes Rapatrónicas permitieron al AEC medir el diámetro de la explosión de bola de fuego en expansión de la bomba en diferentes intervalos de tiempo, y así, determinar la eficiencia de la explosión. Edgerton utilizó el Rapatronic para fotografiar las pruebas de la bomba de hidrógeno en el Atolón Eniwetok en 1952.

Las innovaciones de las cámaras de alta velocidad en Los Álamos y durante la Guerra Fría tuvieron un gran impacto en el campo de la fotografía. Los desarrollos de nuevas tecnologías y técnicas como cámaras con mayor fps, flashes eléctricos y velocidades de obturación controladas magnéticamente ampliaron las aplicaciones para la fotografía dentro de la ciencia y más allá. La fotografía de alta velocidad se incorporó en los estudios científicos de cohetes de la NASA, así como en la investigación de láseres. Este tipo de fotografía también se utilizó en medicina y en el sector manufacturero.

Con la accesibilidad de la tecnología fotográfica y los avances de las cámaras digitales actuales, la fotografía de alta velocidad se ha convertido en parte de la cultura visual en todo el mundo. La fotografía de alta velocidad y los videos en cámara lenta se pueden ver en todas partes, desde museos hasta Flickr y desde películas taquilleras hasta tutoriales de YouTube. De esta manera, el legado de innovaciones en Los Álamos se extiende mucho más allá de la ciencia nuclear y la bomba atómica.

Aunque ahora se ha convertido en algo común, la fotografía moderna sigue siendo un invento bastante nuevo. Desde su invención en la década de 1830, la fotografía ha experimentado una serie de importantes desarrollos y avances. Uno de estos avances importantes fue el desarrollo de cámaras de alta velocidad. Estas cámaras permitían a los fotógrafos…

Aunque ahora se ha convertido en algo común, la fotografía moderna sigue siendo un invento bastante nuevo. Desde su invención en la década de 1830, la fotografía ha experimentado una serie de importantes desarrollos y avances. Uno de estos avances importantes fue el desarrollo de cámaras de alta velocidad. Estas cámaras permitían a los fotógrafos…

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