La luz es necesaria para nuestra existencia. El uso de esta ha revolucionado en los últimos años la medicina, la agricultura, el campo de la energía y la tecnología de las comunicaciones.
Las tecnologías proporcionan nuevas herramientas para los médicos y cirujanos, los nuevos avances en optometría y ciencias de la visión mejoran la calidad de vida, y las tecnologías basadas en la luz se utilizan todos los días en el diagnóstico médico en formas que a menudo se desconocen.
Origen de la luz
La luz es una forma de energía capaz de provocar cambios en los cuerpos. Así, por ejemplo, nuestra piel y la de muchos animales cambia de color cuando se expone a la luz solar. También es una importante fuente de energía para las plantas, que la utilizan para fabricarse el alimento.
El concepto luz se define como una onda electromagnética compuesta por fotones (partículas energizadas), cuya frecuencia y energía determinan la longitud de onda de un color que puede ser percibido por el ojo humano.
La luz se traslada por el espacio en pequeños paquetes de energía llamados fotones. Estos reúnen las propiedades de partículas y de ondas. Cuando la luz se propaga en el vacío en forma de ondas, vibran los campos magnéticos y eléctricos, por eso se les llaman ondas electromagnéticas. La luz es una radiación electromagnética.
La luz visible solo abarca una pequeña fracción del rango de longitudes de onda del espectro electromagnético.
Las ondas
Cuando lanzamos una piedra a un estanque observamos que se crean una serie de ondas que avanzan por la superficie del agua, al igual que la onda del estanque la luz es una onda electromagnética, es decir es una onda con una parte eléctrica y otra parte magnética, que a diferencia de la onda del estanque que necesita el agua como medio para propagarse las ondas electromagnéticas no necesitan de ningún medio, es decir avanzan a través del vacío.
Podemos, por tanto, decir que una onda es una vibración que se propaga.
Propiedades de las Ondas
Las ondas tienen cuatro propiedades que las diferencian a unas de otras:
Amplitud:
Puede decirse que es la altura de la onda. Es la máxima distancia que alcanza un punto al paso de las ondas respecto a su posición de equilibrio.
En éstos gráficos puedes ver dos ondas de diferente amplitud.
Frecuencia:
La frecuencia (f) es la medida del número de ondas que pasa por un punto en la unidad de tiempo. Generalmente se mide en hertzios (Hz) siendo un hertzio equivalente a una vibración por segundo.
Para conocer la frecuencia de una onda la dividimos en partes que van desde una «cresta» a la siguiente de forma que el número de crestas que pasa por un punto en cada segundo es la frecuencia. La frecuencia de una onda es la inversa de su período T, que es el tiempo que tarda en avanzar una distancia igual a su longitud de onda.
Longitud de onda:
La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas. Como todas las distancias, se mide en metros, aunque dada la gran variedad de longitudes de onda que existen suelen usarse múltiplos como el kilómetro o submúltiplos como el nanómetro o el Angstrom.
Ambas magnitudes (frecuencia y longitud de onda) no son independientes sino inversamente proporcionales: a menor distancia entre dos crestas de onda, más cantidad de ondas encajarán en un período de tiempo de un segundo. Si la frecuencia es alta la longitud de onda es corta y viceversa.
La relación entre entre frecuencia y longitud de onda viene determinada por la ecuación F=C/λ donde C es la velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/s) y λ la longitud de onda expresada en metros.
Naturaleza de la luz
El hombre siempre se ha preguntado qué es la luz. En el intento de responder esta cuestión ha desarrollado diferentes teorías, que se han ido elaborando para interpretar la naturaleza de la luz, hasta llegar al conocimiento actual.
Para explicar la naturaleza de la luz, los filósofos de la antigua Grecia propusieron algunas teorías en las que ésta se confundía con el fenómeno de la visión.
Siguiendo el curso de la historia, los científicos han propuesto diversas teorías para explicar la naturaleza de la luz, siendo tres las más importantes. Éstas son:
– Teoría propuesta por Isaac Newton (corpúscular)
– Teoría propuesta por Huygens (ondulatoria)
– Teoría de los Fotones (cuántica)
a) Teoría de Isaac Newton: Esta teoría fue planteada en el siglo XVII por el físico inglés Isaac Newton. Según Newton, la luz consistía en un flujo de pequeñísimas partículas o corpúsculos emitidos por las fuentes luminosas que se movían con gran rapidez, logrando atravesar los cuerpos transparentes, permitiéndonos de esta forma ver a través de ellos. En los cuerpos opacos, los corpúsculos rebotaban, por lo cual no se podía observar lo que había detrás de ellos.
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Christiaan Huygens.
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b) Teoría de Christian Huygens: Este científico holandés elaboró una teoría diferente a la de Isaac Newton para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz. Postulaba que la luz emitida por una fuente estaba formada por ondas,al igual que los cuerpos sonoros. Las ondas corresponden al movimiento específico que sigue la luz al propagarse.
c) Fotones de luz: Aunque durante el siglo XIX se había aceptado definitivamente la naturaleza ondulatoria de la luz, experiencias realizadas a principios del siglo veinte demostraron que la luz es a la vez onda y corpúsculo;es decir, se comporta como onda o como partícula.
Max Planck (1858-1947), físico alemán, premiado con el Nóbel, considerado el creador de la teoría cuántica, fue el primero en enunciar que la luz no se comporta ni como una onda ni como una partícula, sino que combina las propiedades de ambas, una teoría que desarrolló más tarde Albert Einstein.
Para explicar la reflexión, la refracción y la difracción (o sea la propagación) de la luz, hay que imaginarla similar a una onda sonora, con una frecuencia y una longitud de onda. Pero para explicar la emisión y absorción de luz por un átomo, hay que imaginarla como paquetes de partículas (llamados inicialmente cuantos), cada uno de los cuales transporta una cantidad de energía. Hoy día, estos “pequeños paquetes de energía” se denominan fotones.
Propagación de la luz
La luz emitida por una fuente luminosa es capaz de llegar a otros objetos e iluminarlos. Este recorrido de la luz, desde la fuente luminosa hasta los objetos, se denomina rayo luminoso.
Las características de la propagación de la luz son:
- La luz se propaga en línea recta. Por eso la luz deja de verse cuando se interpone un cuerpo entre el recorrido de la luz y la fuente luminosa.
- La luz se propaga en todas las direcciones. Esa es la razón por la cual el Sol ilumina todos los planetas del sistema solar.
- La luz se propaga a gran velocidad.
Si encendemos una bombilla en una habitación, inmediatamente llega la luz a cualquier rincón de la misma. Es decir, la luz se propaga en todas direcciones. A no ser que encuentren obstáculos en su camino, los rayos de luz van a todas partes y siempre en línea recta.
Además, en el mismo momento de encender la bombilla vemos la luz. Esto ocurre porque la luz viaja desde la bombilla hasta nosotros muy rápido. La luz se propaga en el aire a una gran velocidad. En un segundo recorre trescientos mil (300.000) kilómetros. Sin embargo, la velocidad de la luz no es la misma en todos los medios. Si viaja a través del agua, o de un cristal, lo hace más lentamente que por el aire.
Fuentes luminosas
La luz se produce en las fuentes de luz. Hay dos tipos de fuentes de luz: naturales y artificiales.
–Naturales. Producen la luz que emiten, por ejemplo, el sol.
–Artificiales: La mayor parte de las fuentes de luz artificiales funcionan con energía eléctrica.
La mayor parte de los objetos no son fuentes de luz, pero podemos verlos porque reflejan la luz que les llega desde las fuentes de luz, ejemplo, las bombillas.
Comportamiento de la luz frente a la materia
Materiales transparentes, translúcidos y opacos.
Cuando luz llega a un objeto, este se comporta de distinta manera según el material que lo forma. Esta característica nos permite clasificar los materiales en tres grupos:
- Materiales transparentes: los materiales transparentes son los que dejan pasar la luz sin dispersarla. Son los objetos por los que a través de él podemos ver otros objetos claramente. Son ejemplos, el agua, el vidrio, algunas bebidas distintas al agua y algunos tipos de plásticos.
- Materiales translúcidos: son los materiales que dejan pasar la luz pero la dispersan, es decir, que la imagen se ve borrosa al dispersarse los rayos de luz. Son ejemplos: el cristal esmerilado, ciertos tipos de vidrio con los que se hacen paredes, el papel cebolla y el aceite; algunos tejidos y algunos cuerpos en láminas finas. También algunas bebidas con color.
- Materiales opacos: son los materiales que no dejan pasar la luz. Ejemplos de cuerpos opacos: La madera, el hierro, los ladrillos, el cemento, la pizarra, las rocas, la hojalata, el aluminio, muchos plásticos (el PVC), las personas, un libro.
Para reforzar lo aprendido, la siguiente ilustración te muestra qué es la luz y su naturaleza.
El 2015 fue el Año Internacional de la Luz y el Instituto Politécnico Nacional de México realizó en el siguiente video. El mismo te permitirá reforzar los conocimientos compartidos en este recurso y los explicados por tu profesor en el aula.
