La naturaleza de la luz
El estudio de la luz ha ocupado a la comunidad científica desde hace muchos siglos. A lo largo de la historia, solo dos teorías han sido refutadas, una en contra de la otra. Una de estas teorías indica que la luz está compuesta por partículas que viajan en línea recta, mientras la otra defiende el hecho de que la luz presenta un comportamiento ondulatorio.
En el intento por elaborar una interpretación acerca de la naturaleza de la luz, se han presentado distintas visiones.
Teorías sobre la luz
Las primeras ideas acerca de la naturaleza de la luz son de los griegos, entre ellos Leucipo (450 a. C.), quien consideraba que todo cuerpo desprendía una imagen que era captada por los ojos e interpretada por el alma. Posteriormente, Euclides (300 a. C.) introdujo la idea de que la luz era un rayo emitido por el ojo y que se propagaba en línea recta hasta alcanzar el objeto.
Aproximadamente en el siglo IV a. C. los seguidores de Demócrito favorecían la teoría que enunciaba que los cuerpos visibles emitían un flujo de partículas llamado luz. Mientras la corriente aristotélica explicaba que la luz era un pulso emitido por los cuerpos visibles.
Historia del desarrollo de la luz
Siglo IV a. de C. Demócrito, 1678 Cristiaan Huygens (1629-1695), 1704 Isaac Newton (1642-1727), 1801 Thomas Young (1773-1829), 1821 Agustín Fresnel (1788-1827), 1873 James Clerk Maxwell (1831-1879), 1887 Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), 1905 Albert Einstein (1879-1955)
Rayos de luz
Si se considera una fuente de luz puntual, el frente de onda producido por ella es esférico, ya que la luz se propaga en forma homogénea a través de un espacio homogéneo, en todas direcciones.
A medida que la luz se propaga, el frente de onda aumenta como si fuera un gran globo y su intensidad se distribuye en toda la superficie de la esfera hasta iluminar todos los puntos que son alcanzados por él. Para un observador que recibe la luz emitida por la fuente, esta viaja hacia él en línea recta, y su trayectoria denominada rayo de luz, es perpendicular al frente de onda.
Un rayo de luz se define como la línea imaginaria trazada en la dirección de propagación de la onda y perpendicular al frente de onda.
Cuando la fuente puntual se encuentra muy lejos del objeto sobre el cual incide, sus frentes de onda pueden ser considerados como planos. Por ejemplo, para la luz proveniente del Sol, cuya distancia a la Tierra es de 150 000 000 km, sus rayos luminosos son percibidos paralelos entre sí y, por consiguiente, los frentes de onda planos.
Reflexión de la luz
Cuando una onda alcanza la frontera entre dos medios, una parte de su energía es transmitida, dando lugar a otra onda de características similares a la de la onda incidente; esta onda recibe el nombre de onda transmitida. La otra parte de la energía se emplea en generar una onda que se propaga en el mismo medio; esta onda es conocida como onda reflejada y cambia su dirección, pero conserva la misma velocidad.
Elementos
El rayo incidente, ri, es el rayo que llega o incide en la frontera de los medios. El rayo reflejado, rr, es el rayo que se devuelve por el mismo medio, una vez llega a la frontera. La normal, N, es la recta perpendicular a la línea que divide los dos medios, es decir, la superficie del segundo medio. Ángulo de incidencia, i, es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal. Ángulo reflejado, r, es el ángulo que forma el rayo reflejado con la normal.
Tipos de reflexión
La especular (cuando la superficie está pulida) o la difusa (cuando la superficie es rugosa).
Ley de la reflexión
Para comprender mejor la reflexión de la luz se debe considerar el principio del tiempo mínimo de Fermat. Considera un rayo de luz que viaja de A a B, donde A está en el mismo medio que B. Si la luz viaja de A hasta B en el mínimo tiempo debe describir una trayectoria en línea recta. Pero, si la luz viaja de A hasta B cruzando por un punto de un espejo,
Refracción de la luz
Cuando una onda de luz llega a la frontera entre dos medios, una parte de ella se refleja y la otra se transmite. La característica más llamativa de la onda transmitida al otro medio es que sus rayos no conservan la misma dirección que los de la onda incidente. Este fenómeno en el que se presenta la flexión de los rayos en la transmisión de ondas se denomina refracción.
Elementos
El rayo refractado es el rayo que se transmite por el segundo medio, una vez que llega a la frontera. La normal (N) es la recta perpendicular a la línea que divide los dos medios, es decir, la superficie del segundo medio. Ángulo de incidencia (i) es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal, se denota con la letra i. Ángulo de refracción (r) el ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, se identifica r El rayo incidente es el rayo que llega o incide en la frontera de los medios.
Ley de la refracción
Cada rayo de onda incidente y el correspondiente rayo de la onda transmitida forman un plano que contiene la recta normal de la superficie de separación de los dos medios. La relación entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción es una relación constante e igual al cociente entre la velocidad con que se propaga la luz en el primer medio y la velocidad con que se propaga en el segundo medio.
Índice de la refracción
El índice de refracción, n, se define como el cociente entre la rapidez c, de la luz en el vacío y la rapidez v, de la luz en otro medio.
Los lentes
Las lentes son medios materiales transparentes, como el vidrio o el plástico, cuyas superficies pueden ser curvas, planas o una combinación de las dos. Por su forma, las lentes pueden ser esféricas si pertenecen a una porción de esfera, o cilíndricas, si esas superficies son una porción de cilindro. Sin embargo, es más frecuente clasificarlas como convergentes y divergentes.
Tipos de lentes: convergente y divergente
