26 May
La Luz: Fundamentos y Naturaleza
Para que los objetos sean visibles, deben emitir luz propia o reflejar la luz emitida por otro objeto.
Fuentes de Luz
La luz que llega a nuestros ojos proviene siempre de alguna fuente que la produce o la refleja. Un objeto que emite luz propia se denomina fuente primaria, y aquellos que la reflejan se denominan fuentes secundarias.
Origen Cuántico de la Luz
La luz se origina en el interior de los átomos a través de un proceso llamado emisión cuántica. Se produce cuando un electrón se mueve hacia una órbita de menor energía, liberando una partícula de luz llamada fotón. Este fotón corresponde a la energía que libera el electrón.
Evolución de las Teorías de la Luz
La comprensión de la naturaleza de la luz ha evolucionado significativamente a lo largo de la historia, dando lugar a diversas teorías que intentan explicar sus complejos fenómenos.
Primeras Concepciones
- Históricamente, Isaac Newton definió la luz como un conjunto de partículas o corpúsculos.
- Por su parte, Christiaan Huygens explicó los fenómenos de reflexión y refracción de la luz, definiéndola como una onda.
Consolidación de la Teoría Ondulatoria
En el siglo XIX, la teoría ondulatoria de la luz tomó fuerza. El experimento de interferencia de Thomas Young y los trabajos de Augustin Fresnel sobre la difracción permitieron consolidar esta teoría.
La Luz como Onda Electromagnética
En 1873, James Maxwell presentó su teoría del electromagnetismo, donde afirmó que la luz es una onda electromagnética de alta frecuencia que viaja a la velocidad de la luz.
El Efecto Fotoeléctrico y la Naturaleza Cuántica
- Heinrich Hertz verificó experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas y descubrió el efecto fotoeléctrico.
- Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico, postulando que la luz puede transmitirse en unidades discretas llamadas cuantos de luz o fotones.
La Dualidad Onda-Partícula
Louis de Broglie planteó la naturaleza dual de la luz. La teoría corpuscular se usó y aceptó durante los siglos XVII y XVIII. Sin embargo, la observación de la interferencia y la difracción de la luz respaldaron la teoría ondulatoria, pues ambos fenómenos se explican considerando la luz como una onda. Fue en el siglo XX cuando se aceptó la dualidad onda-partícula de la luz.
Los fenómenos relacionados con la propagación de la luz son explicados a través de la teoría ondulatoria, mientras que aquellos de interacción de la luz con la materia, como el efecto fotoeléctrico, están basados en la teoría corpuscular.
Evidencia de las Teorías
Evidencia de la Teoría Corpuscular:
La teoría corpuscular se respalda con tres ejemplos clave:
- La luz viaja en línea recta.
- Cuando un objeto se interpone en el camino de la luz, esta rebota (fenómeno de reflexión) y produce sombra.
- La luz puede traspasar ciertos materiales como lo hacen los proyectiles (fenómeno de refracción).
Evidencia de la Teoría Ondulatoria:
En la teoría ondulatoria, las observaciones que la respaldan incluyen:
- Los cuerpos que emiten luz no pierden masa.
- La propagación rectilínea y la reflexión de la luz.
- La luz experimenta refracción, que es un fenómeno ondulatorio.
Fenómenos Ópticos de la Luz
Polarización
La polarización se observa en un tipo de láminas de cristales determinados. Al observarlas individualmente a simple vista, son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelas entre sí y una girando en un determinado ángulo con respecto a la otra, la luz no puede atravesarlas. Solo las ondas de luz que vibran en un ángulo determinado consiguen atravesar el medio.
Formación de Sombras
Se forma una sombra cuando un objeto se interpone en una región donde no pueden llegar los rayos de luz. Si estamos cerca de nuestra sombra durante el día, esta tiene los contornos nítidos. Una fuente luminosa grande y lejana o una fuente luminosa pequeña y cercana pueden producir una sombra nítida. Por el contrario, una fuente luminosa grande y cercana produce una sombra algo difusa.
Hay algunos objetos que no producen sombra, como materiales transparentes como el vidrio, el aire y el agua.
La mayor parte de las cosas que nos rodean son opacas, es decir, que absorben luz y no la remiten. Por lo tanto, la energía luminosa se transforma en energía calórica.
El Espectro Electromagnético y el Color
El Espectro Electromagnético
El espectro electromagnético está constituido por el rango de frecuencias que las ondas electromagnéticas pueden tomar. Hablar de energía es equivalente a hablar de la frecuencia de las ondas electromagnéticas. El espectro electromagnético abarca todas las longitudes de onda de la luz (visible o no visible).
La Luz Visible y sus Colores
La luz visible comprende longitudes de onda desde los 380 nm hasta los 780 nm. La luz de cada una de estas longitudes de onda es percibida por el ojo humano como un color diferente.
La luz blanca está compuesta por siete colores: violeta, índigo, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo.
Interacción de la Luz con la Materia y la Percepción del Color
Cuando la luz incide sobre un cuerpo opaco, generalmente parte de la energía que transporta es absorbida por el cuerpo y otra parte es reflejada. Por ejemplo, si miras una naranja, se ve su color característico porque refleja principalmente la frecuencia del color naranja y absorbe todos los demás colores.
Por ejemplo, el negro se ve de ese color porque absorbe todos los colores y no refleja ninguno. Sin embargo, lo vemos gracias al contraste con el fondo, ya que si el fondo fuese negro también, no distinguiríamos el objeto.
Los colores que observamos en el arcoíris son todos aquellos que componen la luz visible. Sin embargo, el espectro visible no contiene todos los colores que el ser humano es capaz de distinguir; para percibir otras gamas es necesario combinar las longitudes de onda.
Los procesos de difracción e interferencia de la luz también dan lugar a la formación de algunos colores. Por ejemplo, los colores que vemos en las colas de un pavo real se deben a la difracción que ocurre con las plumas.
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