La luz
Introducción
¡Hola!
Me siento muy feliz al saber que sigues aprovechando este curso, espero que lo sigas disfrutando, por lo tanto te invito a comenzar nuestra octava clase del curso.
En esta clase comenzaremos a estudiar la tercera y última parte del curso de Electromagnetismo, Ondas y Óptica. Estudiaremos en qué consiste la luz, se explicarán las diferentes teorías que tratan de explicar lo que es y analizaremos los diferentes fenómenos que existen como la reflexión y la refracción.
Te invito a seguir realizando tus actividades con el mismo esfuerzo que has tenido durante el curso.
Dicho lo anterior, empecemos la clase.
Desarrollo del tema
La Luz y el Espectro Electromagnético.
El comportamiento de la luz.
El hombre siempre ha buscado saber cómo se comportan las cosas y la luz no podía ser la excepción. A fines del siglo XVII se conocían dos teorías sobre la naturaleza de la luz, la Teoría Corpuscular de Isaac Newton y la Teoría Ondulatoria de Christian Huygens.
- Teoría Corpuscular: Explica que la luz está constituida por numerosos corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso, las cuales al chocar en nuestra retina nos permiten ver las cosas.
- Teoría Ondulatoria: Indica que la luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido, por lo que se propagaba en forma de onda.
Con estas teorías se explicaban sin problema la propagación rectilínea, la reflexión y la refracción de la luz, propiedades conocidas en ese tiempo.
El conocimiento de entonces permitía saber que para un movimiento ondulatorio es necesario tener un medio elástico donde se propagase la onda; el medio por donde se propagaba la luz lo llamaron “éter” el cual existía en todo el espacio, incluso en el vacío, con la existencia del éter se pudo resolver el medio que se necesitaba para que la luz pudiera propagarse. En 1865 el físico escocés James Clerk Maxwell propuso que la luz tiene naturaleza ondulatoria ya que está formada por ondas electromagnéticas las cuales se propagan aún en el vacío a una velocidad de 300,000 km/s, por lo que no existía ningún medio llamado éter. A finales del siglo XIX se descubre el fenómeno fotoeléctrico, el cual consiste en la transformación de energía luminosa a energía eléctrica; cuando un rayo de luz de determinada frecuencia incide sobre una placa metálica, éste es capaz de arrancar de ella un haz de electrones generándose una corriente eléctrica. Este fenómeno sólo puede ser explicado si se considera a la luz formada por partículas o corpúsculos y no por ondas, la luz se comporta como si estuviera formada por paquetes discretos de energía llamados cuantos o fotones.
Por lo anterior, actualmente se considera que la luz es energía radiante transportada a través de fotones y transmitida en forma de ondas, por lo que tiene una naturaleza dual, se comporta como onda y como partícula. Cabe destacar que la luz está formada tanto de campo eléctrico como campo magnético, los cuales son perpendiculares entre sí.
Espectro Electromagnético.
En la naturaleza existe una gran variedad de radiaciones electromagnéticas, entre ellas está la luz visible, la cual es solo una pequeña parte del espectro electromagnético. La luz visible consta de un espectro de colores que va desde el rojo en el extremo de mayor longitud de onda, hasta el violeta en el extremo de longitud de onda más corta.
Otras radiaciones que son parte del espectro electromagnético son las radiaciones ultravioleta (UV) que pueden provocar quemaduras en la piel y tienen longitudes de onda más cortas que las de la luz visible; los rayos X y rayos gamma, cuyas longitudes de onda son aún más cortas; los rayos Infrarrojos (IR) los cuales tienen longitudes de onda mayores que la luz visible, estos rayos infrarrojos son los que se perciben como calor; a mayores longitudes de onda se encuentran las microondas y las ondas de radio y televisión.
Para complementar la información, te invito a ver los siguientes videos:
Y realiza la siguiente simulación donde se observa la dispersión de la luz en los diferentes colores que forman la luz visible:
Óptica.
La óptica es la parte de la Física que estudia la luz y aquellos fenómenos que impresionan el sentido de la vista.
Fenómenos ondulatorios de la luz.
Entre los fenómenos que tiene la luz, se puede mencionar la reflexión, la refracción y la difracción de la luz, las cuales analizaremos a continuación.
Reflexión de la luz.
En este fenómeno un rayo luminoso experimenta un cambio de dirección y sentido al chocar contra la superficie de separación entre dos medios.
La reflexión puede ser de dos formas:
- Una reflexión regular ocurre cuando la superficie reflectora es lisa.
- Una reflexión irregular ocurre cuando la superficie reflectora es rugosa.
Leyes de la reflexión.
I. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano.
II. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión i = r.
III: Los rayos son completamente reversibles.
Para observar un ejemplo del fenómeno de reflexión de la luz, ve el siguiente video:
Refracción de la luz.
La refracción de la luz se da cuando un rayo luminoso experimenta un cambio de dirección cuando atraviesa en sentido oblicuo la superficie entre dos medios de naturaleza diferente.
Leyes de la refracción.
I. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en un mismo plano.
II. Ley de Snell: la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante para dos medios dados, esta razón es el índice de refracción entre los medios.
Donde:
Índice de refracción n
Es la razón que existe entre la velocidad con la que viaja la luz en el vacío (c = 300,000 km/s) y la velocidad con que viaja en un medio (v).
Para observar un ejemplo del fenómeno de refracción de la luz, te invito a ver el siguiente video:
Realiza la siguiente simulación donde se observan los fenómenos de reflexión y refracción de la luz:
En el siguiente video se da un resumen de los conceptos principales de la óptica geométrica, la cual te ayudará a repasar los conceptos de esta clase:
Conclusión
Para concluir la sesión, te platico que la luz está presente en toda nuestra vida, sin embargo, es un fenómeno físico que se sigue estudiando.
Los fenómenos de la luz que hemos estudiado en esta clase son la reflexión, la cual nos explica el comportamiento de un rayo de luz al tocar un medio diferente del que proviene, y la refracción de la luz, la cual explica cómo un rayo de luz cambia de dirección al pasar de un medio a otro.
El hombre ha utilizado a la reflexión como la refracción de la luz para generar imágenes gracias a su aplicación en los espejos y lentes, los cuales estudiaremos en la siguiente clase virtual.
Has finalizado la clase y tus esfuerzos hasta el momento comenzarán a dar sus frutos en pasos mucho más grandes a partir de aquí, no dejes que la curiosidad por comprender lo que te rodea sea opacada por el conformismo, sigue esforzándote. Revisa el material complementario y realiza las actividades propuestas. Te encuentro en tu siguiente clase.