Naturaleza de la Luz
Controversia sobre la Naturaleza de la Luz
Naturaleza Corpuscular (Newton)
- La luz está compuesta por diminutas partículas que se propagan en línea recta.
- Explica la reflexión, como choques elásticos de las partículas luminosas con las superficies reflectoras.
- Explica la refracción indicando que la atracción por el medio más denso aumenta la componente normal de la velocidad. Concluye que la luz se propaga a mayor velocidad en el agua que en el aire, algo que no es cierto.
- No explica otros fenómenos como interferencias o difracción.
Naturaleza Ondulatoria
- La luz se propaga mediante ondas mecánicas, análogas al sonido, por un medio muy especial (nunca se encontró) denominado éter.
- Huygens explica, admitiendo naturaleza ondulatoria, la reflexión y la refracción y concluye que la velocidad es menor en el agua que en el aire.
- Young explica las interferencias luminosas como superposición de ondas.
- Fresnel explica la difracción.
- Foucault mide la velocidad de la luz en medios más densos que el aire.
- Maxwell llega a la conclusión de que la luz es una onda electromagnética.
Naturaleza Dual
- Para explicar el efecto fotoeléctrico, Einstein supone que la luz está formada por unas partículas muy peculiares (poseen energía, pero no tienen masa en reposo) a las que denomina “fotones”. En cierta manera es una vuelta al modelo corpuscular.
- Es imprescindible, sin embargo, mantener el modelo ondulatorio para explicar las interferencias y la difracción.
- Actualmente hay que admitir que la luz tiene un comportamiento dual. Se sustituye la pregunta: “¿qué es?” por la pregunta: “¿cómo se comporta?”.
Dispersión
- Fenómeno que se produce en aquellos medios en los que el índice de refracción depende de la longitud de onda transmitida. Las luces con distinta longitud de onda (frecuencia) se propagan con distinta velocidad.
- El prisma es un medio dispersivo. Si v depende de la frecuencia, n depende de la frecuencia, por lo que el ángulo de refracción es distinto (ley de refracción) para las diferentes frecuencias: los colores se separan.
- El azul del cielo y el arco iris son otros ejemplos de dispersión de la luz.
- Para cualquiera de las sustancias que se utilizan normalmente en óptica (vidrio al boro, cuarzo, vidrio silíceo,…) el índice de refracción aumenta al disminuir la longitud de onda.
Interferencias Luminosas
- La superposición de ondas luminosas puede dar lugar a la aparición de una secuencia alternada de zonas iluminadas y oscuras, fenómeno que se conoce como interferencia luminosa.
- Apoyan el carácter ondulatorio de la luz, ya que es un fenómeno típico de todo tipo de ondas.
- Para que se produzcan interferencias luminosas, las luces deben ser coherentes, es decir, tener la misma longitud de onda y mantener una diferencia de fase constante.
- En general luces de focos distintos, procedentes de emisiones aleatorias de los átomos, son incoherentes y no se podrán observar patrones de interferencia.
- T. Young en 1801 obtuvo evidencias de la naturaleza ondulatoria de la luz con su experiencia de la doble rendija, en la que se observa un patrón de franjas de interferencia.
- La diferencia de caminos que recorren los haces (desde las rendijas a la pantalla) condiciona las interferencias constructivas o destructivas.
Reflexión y Refracción de la Luz
Las leyes que rigen estos fenómenos son:
- Los rayos incidente, reflejado y refractado están en el mismo plano que contiene a la normal a la superficie de separación de los dos medios.
- Los ángulos de incidencia y de reflexión son iguales: θ1=θ1‘. Los ángulos de incidencia y de refracción están relacionados por la expresión: n1senθ1=n2senθ2 donde n es el índice de refracción del medio, que compara la velocidad de propagación de la luz en el vacío (c) con la que tiene en ese medio (v) (n=c/v).
- Reflexión nítida (especular): se produce cuando las irregularidades de la superficie reflectora son pequeñas en relación con la longitud de onda (un haz reflejado emerge en una sola dirección).
- Reflexión difusa: se producen reflexiones en todas las direcciones debido a las irregularidades (nos permite ver los objetos).
- Reflexión total: Si el rayo pasa de un medio de mayor índice a otro de menor, el rayo refractado se aparta de la normal, siendo mayor el ángulo de refracción que el de incidencia. Se llama ángulo límite al ángulo de incidencia para el cual el ángulo refractado es de 90º. No hay en este caso refracción y por eso se habla de reflexión total.
Condiciones:- La luz debe pasar de un medio de índice mayor a otro de índice menor, n1>n2.
- El ángulo de incidencia debe ser mayor o igual que el ángulo límite.
Ondas Electromagnéticas
Fueron predichas teóricamente por Maxwell y descubiertas experimentalmente por Hertz. Están formadas por campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se propagan por el espacio.
- Las ondas electromagnéticas son transversales, ya que E y B son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.
- E y B están en fase porque alcanzan los valores máximos y nulos a la vez.
- Las ondas electromagnéticas son producidas por cargas eléctricas aceleradas.
- La velocidad con que se propagan depende de las características eléctricas y magnéticas del medio: v=√(1/μƐ). Siendo v en el vacío c=3·108 m/s.
- El espectro electromagnético es el conjunto de frecuencias cubierto por todas las ondas electromagnéticas.