Teorías de la Luz
Teoría Ondulatoria de Huygens
Esta teoría propone que la luz se propaga como una onda mecánica longitudinal. Algunos puntos clave son:
- Necesita un medio ideal para propagarse, llamado éter.
- La propagación rectilínea se debe a la alta frecuencia de la luz.
- Los colores se atribuyen a las diferentes frecuencias de la luz.
- La teoría predice fenómenos de interferencia y difracción.
- La velocidad de la luz sería menor en medios más densos.
Teoría Corpuscular de Newton
Esta teoría propone que la luz está formada por partículas materiales. Algunos puntos clave son:
- Las partículas tendrían masa pequeña y velocidad muy grande.
- La propagación rectilínea se debe a la alta velocidad de las partículas.
- Los colores se atribuyen a partículas de distinta masa.
- La teoría no predice interferencia ni difracción.
- La velocidad de la luz sería mayor en medios más densos.
Ondas Electromagnéticas y el Espectro Electromagnético
James C. Maxwell unificó la electricidad y el magnetismo en su Teoría Electromagnética, prediciendo la existencia de ondas electromagnéticas. Heinrich Hertz confirmó experimentalmente la teoría de Maxwell, demostrando que estas ondas obedecen las leyes de reflexión y refracción, al igual que la luz. Esto llevó a la conclusión de que la luz es una onda electromagnética.
Características de las Ondas Electromagnéticas
- Son transversales: el campo eléctrico (E) y magnético (B) oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación.
- Se originan por cargas eléctricas aceleradas.
- Representan la variación periódica del estado electromagnético del espacio.
- No necesitan un medio material para propagarse.
- Los vectores E y B varían sinusoidalmente con el tiempo y la posición.
- La velocidad de las ondas electromagnéticas depende del medio de propagación.
- Cumplen las relaciones entre velocidad, longitud de onda y frecuencia.
Espectro Electromagnético
El espectro electromagnético es la secuencia de todas las ondas electromagnéticas conocidas, ordenadas según su longitud de onda.
Fenómenos Ópticos
Refracción
La refracción es el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar oblicuamente de un medio a otro con diferente velocidad de propagación. El ángulo de incidencia (i) y el ángulo de refracción (r) están relacionados por la ley de Snell:
sin(i) / sin(r) = v1 / v2 = n2 / n1
Donde:
- v1 y v2 son las velocidades de la luz en los medios 1 y 2, respectivamente.
- n1 y n2 son los índices de refracción de los medios 1 y 2, respectivamente.
Reflexión
La reflexión ocurre cuando la luz choca contra un obstáculo y cambia de dirección. Se cumple que:
- El rayo incidente, el reflejado y la normal a la superficie se encuentran en el mismo plano.
- El ángulo de incidencia (i) es igual al ángulo de reflexión (r).
Reflexión Total
La reflexión total ocurre cuando la luz pasa de un medio con mayor índice de refracción a uno con menor índice, con un ángulo de incidencia mayor al ángulo límite (αL). En este caso, la luz se refleja completamente en la interfaz entre los medios.
Dispersión
de la luz blanca, formada por una mezcla de distintas longitudes de onda, se pone de manifiesto al hacer pasar un haz de luz a través de un prisma óptico, de forma que las distintas radiaciones que componen la luz blanca se refractan con diferentes ángulos y emergen separadas formando lo que denominamos espectro de la luz blanca.
Polarización: Decimos que un haz luminoso está polarizado linealmente si las oscilaciones del campo eléctrico tienen lugar siempre en la misma dirección.
El plano de propagación de una onda electromagnética polarizada linealmente es el determinado por la dirección de propagación y la dirección del vector E . La luz natural no está polarizada, ya que está formada por un gran número de trenes de ondas diferentes en los que el campo eléctrico oscila en un plano distinto. Para lograr luz polarizada linealmente, se deben eliminar todas las vibraciones del campo eléctrico excepto las que tienen lugar en una dirección determinada. Decimos que la polarización es total, cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del medio en que tienen lugar la refracción (Ley de Brewsted).