OPTICA

¿Cuál es el medio de propagación de la luz mientras se transmite desde las estrellas hasta la Tierra? ¿Cómo se explica que los discos compactos se vean de diferentes colores al iluminarlos con luz blanca? ¿A que se deben los distintos colores del firmamento en diferentes momentos del día?

¿Qué es la Luz? La luz (del latín lux, lucís) es la clase de energía electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En un sentido más amplio, el término luz incluye el rango completo de radiación conocido como espectro electromagnético. La luz se define como una superposición de ondas cuya vibración eléctrica está orientada al azar. Se puede definir además como una radiación electromagnética capaz de estimular la retina del ojo. La ciencia que estudia las formas de producir luz, su control y aplicaciones se llama óptica.

La Luz ¿La Luz es una onda o una partícula? Para Demócrito (hacia el siglo IV a.C.) la luz era un flujo de partículas emitido por los cuerpos visibles. Leonardo da Vinci (1452-1519) estableció una similitud entre la luz, el sonido y las ondas en el agua. Robert Hooke (1635-1703) defendió el modelo ondulatorio. Chistian Huygens concebía la luz como un conjunto de ondas que se propagan a través de algún medio material. En el siglo XX, la física moderna prescinde del éter y retorna al modelo corpuscular. Se consolida la teoría que sostiene que la energía de la luz no se dispersa en frentes de onda, sino que esta concentrada en paquetes energéticos llamados fotones.

Un cuerpo luminoso es un cuerpo que emite ondas luminosas. Un cuerpo iluminado refleja ondas luminosas. El sol es un cuerpo luminoso, mientras que la luna es un cuerpo iluminado.

Naturaleza de la Luz

El estudio de los fenómenos de la luz ha llamado mucho la atención a los científicos de la historia, siendo en el Siglo XVII cuando se crea la rama de la física “óptica” que estudiaría estos fenómenos. En ese tiempo, 2 grandes científicos desarrollaban teorías sobre la luz llegando a 2 conclusiones distintas pero importantes:

Isaac Newton: “La luz es de naturaleza corpuscular, es decir, esta compuesta por pequeñas partículas o corpúsculos que viajan con rapidez, en línea recta y proyectan sombras”

Christian Huygens “La luz es de naturaleza ondulatoria, pero con vibraciones mucho mas rápidas. Las sombras, se forman por la propagación rectilínea de la luz”

Solo a comienzos del Siglo XX se define con mas claridad: Es Albert Einstein quien propone la luz como un “campo electromagnético” propagada en el vacío a velocidad infinita. Postula que la luz esta formada por pequeños paquetes de energía luminosa, llamada cuantos de luz (ahora se llaman fotones). Hoy se acepta que la luz presenta doble naturaleza: “se comporta como partícula u onda, pero nunca ambas juntas.” A esto se le llamo naturaleza Dual de la luz.

¿Por qué vemos los objetos de diferentes colores? Se debe sencillamente al hecho de que reflejan la luz de cierto color en mas cantidad que otro. Esto significa que un cuerpo opaco verde iluminado con luz blanca, se ve de tal color porque absorbe gran parte de los demás colores que constituyen la luz blanca , y refleja preferentemente la luz verde. De esta forma, recibimos la mayor parte de los colores por “Reflexión”.

Efecto Arco Iris Luego de una lluvia, cuando el ambiente esta húmedo la luz del sol se intercepta por numerosas gotas de agua, las que actúan como prisma produciendo una dispersión cromática y así vemos los colores en el cielo.

Rapidez de la Luz La rapidez de la luz es difícil de medir. La primera medida aproximada de la rapidez de la luz fue hecha por el astrónomo danés Olaf Roemer (1644 – 1710). Obtuvo el primer calculo de la rapidez de la luz usando datos de observaciones astronómicas. La cual resulto 3× 10 8 𝑚 𝑠 . El primer método exacto terrestre lo desarrollo Michelson el cual obtuvo el mismo resultado para la rapidez de la luz en el aire.

Iluminación por una Fuente Puntual La luz que viene de una fuente luminosa esta formada por destellos pequeños de luz, emitidos aleatoriamente por los átomos que forman la fuente. La Intensidad Luminosa (I) de una fuente luminosa se mide comparándola con la unidad internacional, la candela (cd). Las lámparas incandescentes son fuentes de luz muy poco eficientes. Una lámpara fluorescente produce como cuatro veces mas luz por watt que un bulbo luminoso típico.

El flujo de energía luminosa que proviene de una fuente se llama Flujo Luminoso. La unidad de flujo luminoso se llama Lumen. El ritmo de flujo de energía es la potencia. Iluminación (E), es el ritmo al que la luz, cae sobre una superficie de la unidad de área. La iluminación se mide en 𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑚 2 .

Reflexión de la Luz La reflexión de la luz es un fenómeno observado por todos desde los primeros años de la infancia, pues desde entonces vemos la imagen que produce de nosotros un espejo, o el reflejo que se produce sobre una superficie de agua.

Elementos de la Reflexión Rayo incidente: Es el rayo que se dirige hacia la superficie. Rayo Reflejado: Es el rayo que se aleja de la superficie después de la reflexión. La Normal: Es la línea recta imaginaria perpendicular a la superficie reflectora en el punto donde se produce la reflexión. Angulo de Incidencia: Es el ángulo formado por la normal y el rayo incidente. Angulo de Reflexión: Es el ángulo formado por la normal y el rayo reflejado.

Propiedades de la Reflexión Las superficies pulidas reflejan la luz. Se puede observar que los rayos incidente y reflejado y la normal se encuentran en un mismo plano. Reflexión Especular. Reflexión Difusa. Cuando se refleja la luz en superficies no perfectamente pulidas.