Naturaleza de la Luz

Teoría Corpuscular de Newton

Newton afirmaba que la luz tiene naturaleza corpuscular. Según esta teoría, los focos luminosos emiten minúsculas partículas que se propagan en línea recta en todas las direcciones. Al chocar con los ojos, estas partículas producen la sensación luminosa. Newton postuló que existen corpúsculos distintos para cada color, que atraviesan los medios transparentes y son reflejados por los medios opacos.

Sin embargo, esta teoría no explicaba por qué algunos corpúsculos se reflejaban en la superficie de un cuerpo mientras que otros penetraban en ella (refracción). Newton supuso que la luz viajaba a mayor velocidad en los líquidos y vidrios que en el aire, lo cual resultó ser falso.

Teoría Ondulatoria de Huygens

Huygens creía que la luz consistía en la propagación de una perturbación ondulatoria del medio, específicamente, ondas longitudinales. Esta teoría explicaba la reflexión y la refracción, pero en su época, la mayoría de los científicos, influenciados por Newton, no le dieron crédito.

Teoría Ondulatoria de Fresnel

Fresnel demostró la insuficiencia de la teoría corpuscular y propuso que la luz está constituida por ondas transversales. La propuesta de Newton fue finalmente descartada al medir la velocidad de la luz en el agua y comprobar que era menor que en el aire.

Teoría Electromagnética de Maxwell

Maxwell propuso que la luz no era una onda mecánica, sino una onda electromagnética. Según esta teoría, las ondas luminosas consisten en la propagación, sin necesidad de un soporte material, de un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.

Naturaleza Corpuscular de la Luz (Einstein)

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones de una cierta energía al incidir la luz de una determinada frecuencia sobre una superficie metálica. Este fenómeno no se podía explicar mediante la teoría ondulatoria.

Einstein propuso entonces que la luz estaba formada por un haz de pequeños corpúsculos o cuantos de energía, llamados fotones. La energía de un fotón se calcula mediante la siguiente ecuación:

E = h*f (h: constante de Planck, 6,625 x 10^-34 J*s)

Naturaleza Dual de la Luz

Actualmente se acepta que la luz tiene una naturaleza dual: corpuscular y ondulatoria. La luz se propaga mediante ondas electromagnéticas y manifiesta un carácter corpuscular. Sin embargo, actúa como onda o como partícula dependiendo del fenómeno que se esté observando.

Índice de Refracción

El índice de refracción absoluto (n) de un medio es la razón entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad (v) de propagación de la luz en ese medio.

n = c/v

Leyes de la Reflexión

1ª. El rayo incidente, la normal en el…

Líneas de Campo

Las líneas de campo se trazan de tal manera que el vector intensidad del campo gravitatorio es tangente a las líneas de campo y tiene el mismo sentido que estas. Se dibujan de modo que la densidad de líneas de campo (número de líneas que atraviesan la unidad de superficie colocada perpendicular a estas) sea proporcional al módulo del campo gravitatorio. Cuanto más juntas estén las líneas del campo, más intenso es el campo gravitatorio.

Superficies Equipotenciales

Al unir los puntos en los que el potencial gravitatorio tiene el mismo valor se obtienen las superficies equipotenciales.

• Las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo en cualquier punto.
• El trabajo que realiza el campo gravitatorio para trasladar una masa de un punto a otro de la misma superficie equipotencial es nulo. W = m(V_a – V_b) = 0
• Para una masa puntual, el potencial toma el mismo valor en los puntos situados a la misma distancia de la masa. Las superficies equipotenciales son esféricas concéntricas.

Leyes de Kepler

1ª Ley

Todos los planetas se mueven en órbitas elípticas con el Sol en uno de sus focos. Se deduce que las órbitas son planas por la conservación de la dirección del momento angular de los planetas. Las fuerzas gravitatorias son fuerzas centrales, su dirección es la del radio, por tanto, el momento de estas fuerzas respecto al Sol es nulo y el momento angular es constante (L = r x mv) es perpendicular a los vectores r y v.

2ª Ley

La recta que une un planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. Se deduce de la conservación del momento angular de los planetas.

3ª Ley

El cuadrado del periodo del movimiento de un planeta es directamente proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol. T² = cr³ // T² = (4π²/GM)r³. A través de esta ley podemos determinar las masas de los planetas que tienen al menos un satélite cuyo periodo de revolución y su radio orbital se conocen.

Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio es una forma de transmisión de energía, sin transporte neto de materia, mediante la propagación de alguna forma de perturbación. Esta perturbación se denomina onda.

Ondas Mecánicas

Las ondas mecánicas son la propagación de una perturbación a través de algún medio material elástico por el que se transmite la energía mecánica de la onda. Ejemplos: ondas sonoras, cuerda de guitarra.

Ondas Transversales

Si en el extremo libre de una cuerda tensa damos una sacudida vertical repentina se forma una cresta o protuberancia llamada pulso de onda. Esta es una perturbación instantánea que se transmite mediante una onda viajera y desplaza los puntos hacia arriba y hacia abajo, volviendo luego a su posición inicial. Un tren de ondas es una perturbación continua. Una onda es transversal si su dirección de propagación es perpendicular a la dirección de oscilación.

Ondas Longitudinales

Una onda es longitudinal si su dirección de propagación es paralela a la dirección de oscilación que provoca en las partículas del medio perturbado. Ejemplo: ondas sonoras.

Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son la transmisión de energía electromagnética mediante la propagación de dos campos oscilatorios, el eléctrico y el magnético, que no requieren de un medio físico para propagarse, es decir, también se propagan en el vacío.

Atenuación y Absorción de las Ondas

Cuando el foco emisor se aleja, la onda disminuye su energía.

• Atenuación: La energía propagada se distribuye en la superficie del frente de onda y el número de partículas en vibración aumenta, por lo que la energía que alcanza a cada partícula es menor y, por eso, vibran con menos energía. Esto es la atenuación (disminución de la energía).
• Absorción: Los rozamientos de las partículas producen la absorción de energía, cuya magnitud depende de la naturaleza del medio de propagación de la onda. Una absorción grande de energía produce la anulación de la onda. I = I₀e^β-R

Polarización

La polarización es un fenómeno ondulatorio, que adquiere especial interés en las ondas luminosas, característico de las ondas transversales. Una onda no está polarizada cuando son posibles todas las direcciones de oscilación de las partículas del medio a lo largo del tiempo o cuando la onda está formada por la superposición de muchas ondas cuyas vibraciones tienen lugar en distintas direcciones, como es el caso de la luz natural.

• Polarización rectilínea o lineal: Si la vibración tiene lugar siempre siguiendo rectas con la misma dirección perpendicular a la dirección de propagación. El plano de polarización está formado por la dirección de vibración y la dirección de propagación.
• Polarización circular y polarización elíptica: Si la vibración de un punto a lo largo del tiempo tiene lugar siguiendo círculos o elipses situados en planos perpendiculares a la dirección de propagación de la onda.