La Luz: Ondas Electromagnéticas

La luz es una forma de propagación, sin necesidad de un medio material, de un campo eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.

Características de las Ondas Electromagnéticas

1. No necesitan un soporte material para propagarse.
2. El campo eléctrico (E) y el campo magnético (B) varían de forma sinusoidal con la posición (x) y el tiempo (t).
3. Son originadas por cargas eléctricas aceleradas. Estas cargas pierden energía que se propaga en forma de onda electromagnética.
4. En todo punto del espacio donde exista un campo magnético variable, existe un campo eléctrico variable, y viceversa.
5. Para un valor determinado de x y t, el cociente entre el módulo del campo eléctrico y el módulo del campo magnético es igual a la velocidad de propagación de las ondas.
6. La velocidad de propagación de las ondas (c) se calcula como: c = 1 / √(ε₀·μ₀), donde ε₀ es la permitividad eléctrica del vacío y μ₀ es la permeabilidad magnética del vacío.
7. La velocidad de propagación (v) también se puede calcular como: v = λ/T, donde λ es la longitud de onda y T es el período.

Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético abarca un amplio rango de frecuencias y longitudes de onda. Algunas de las regiones más importantes son:

• Ondas de radio (10¹⁰ Hz)
• Microondas (10¹² Hz)
• Infrarrojos (10¹⁴ Hz)
• Visible (10¹⁵ Hz)
• Ultravioleta (10¹⁷ Hz)
• Rayos X (10¹⁹ Hz)
• Rayos gamma (10²² Hz)

Velocidad de propagación de la luz: 3·10⁸ m/s.

Propagación Rectilínea de la Luz

Tanto las fuentes luminosas como los objetos iluminados emiten luz en todas direcciones, y esta se propaga en línea recta. Este principio permite explicar los fenómenos de sombra y penumbra, así como los eclipses.

• Sombra: Región no iluminada que aparece tras un cuerpo opaco iluminado por un foco puntual. Si el foco no es puntual, se produce penumbra.
• Penumbra: Región parcialmente iluminada que se forma alrededor de la sombra cuando el foco luminoso no es puntual.

Fenómenos Luminosos

1. Difracción

   Desviación en la propagación rectilínea de las ondas cuando estas atraviesan una abertura o un obstáculo del tamaño de la longitud de onda de las mismas.

2. Reflexión

   Fenómeno por el cual se produce el cambio de la dirección de propagación de la onda al incidir en el límite de separación de dos medios diferentes.

3. Refracción

   Cambio de dirección de propagación de una onda al pasar de un medio a otro con diferente índice de refracción.

4. Dispersión

   Fenómeno por el cual un haz de luz blanca se separa en sus diferentes colores (longitudes de onda) al pasar por un prisma o un medio refractante. Este fenómeno se debe a la dependencia del índice de refracción con la longitud de onda (λ).

5. Absorción

   Fenómeno por el cual un cuerpo retiene parte de la energía luminosa recibida al ser iluminado.

6. Interferencias

   Encuentro en un punto del espacio de dos o más movimientos ondulatorios que se propagan por el mismo medio. Hay dos tipos principales:

   • Constructiva: La intensidad resultante supone un refuerzo de la intensidad luminosa. Se produce si las ondas están en fase.
   • Destructiva: La perturbación resultante es menor que las originales. Se produce si las ondas están en oposición de fase.

Defectos de la Visión

• Presbicia (Vista Cansada)

  Defecto que aparece con la edad. Una persona con presbicia sufre una reducción en su proceso de acomodación porque sus músculos ciliares se fatigan. No afecta a la visión lejana, pues el cristalino no está comprimido. El indicador de la presbicia es el gesto de algunas personas para leer un texto: alargan el brazo e inclinan la cabeza hacia atrás. Para corregirla se usan lentes convergentes llamadas bifocales, que permiten tener al ojo dos focos, uno para distancias cortas y otro para largas.

• Miopía

  El ojo pierde acomodación porque su cristalino tiene un exceso de convergencia. Esto hace que los rayos que proceden de un mismo punto se junten entre el cristalino y la retina. Por tanto, la imagen nítida se forma ahí y no en la retina, donde ya llega borrosa. Los miopes son personas que tienen el punto próximo más cercano que el resto de la gente, por eso ven bien de cerca y mal de lejos. Para su corrección se utilizan lentes divergentes.

• Hipermetropía

  Es el efecto contrario a la miopía. Los rayos que proceden de un mismo punto se juntan detrás de la retina, formándose también en ella la imagen sin nitidez. El cristalino tiene menos curvatura que uno normal, lo que va a ver con mayor precisión a grandes distancias. Su punto lejano se aleja. Para su corrección se emplean lentes convergentes, que consiguen acercar el foco al cristalino.

• Astigmatismo

  Irregularidad en la curvatura de la córnea. Es la incapacidad de ver claramente dos rectas perpendiculares que se encuentran en un mismo plano, debido a que la córnea recibe imágenes parciales a diferente distancia. Se corrige con lentes cilíndricas, que consiguen situar el foco en el mismo punto para distintos planos objeto.

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

• Teoría Corpuscular (Newton)

  La luz está constituida por pequeños corpúsculos que se propagan en línea recta y en distintas direcciones, y al chocar con nuestros ojos producen la sensación luminosa.

• Teoría Ondulatoria (Huygens)

  La luz es una perturbación que se propaga desde el foco luminoso hasta el observador en forma de ondas.

Trazado de Rayos

Espejos

1. Los rayos que inciden paralelos al eje principal se reflejan pasando por el foco.
2. Un rayo que pasa por el centro de curvatura se refleja sin desviarse.
3. Un rayo que pasa por el foco se refleja paralelo al eje óptico.

Lentes

1. Los rayos que inciden paralelos al eje óptico se refractan y pasan por el foco imagen (F2).
2. Los rayos que pasan por el centro óptico no sufren desviación.
3. Los rayos que pasan por el foco objeto (F1) salen de la lente paralelos al eje óptico.