NATURALEZA DE LA LUZ Una de las ramas más

NATURALEZA DE LA LUZ
Una de las ramas más antiguas de la física es la óptica, ciencia de la luz, que comienza
cuando el hombre trata de explicar el fenómeno de la visión considerándolo como facultad
anímica que le permite relacionarse con el mundo exterior.
Dejando de lado las ideas más antiguas sobre la naturaleza de la luz, los máximos
protagonistas de esta historia son Isaac Newton y Cristian Huygens. Ambos científicos
fueron contemporáneos y llegaros a conocerse en 1689. un año más tarde aparece la obra
de Huygens, mientras que Newton publica su obra en 1704. en sus obras aparecen las dos
teorías clásicas ondulatoria y corpuscular sobre la naturaleza de la luz.
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Refracción. El hecho de que la luz cambie la velocidad en
medios de distinta densidad, cambiando la dirección de
propagación, tiene difícil explicación con la teoría corpuscular.
Sin embargo Newton supuso que la superficie de separación de
dos medios de distinto índice de refracción ejercía una atracción
sobre las partículas luminosas, aumentando así la componente
normal de la velocidad mientras que la componente tangencial
permanecía invariable.
TEORIA CORPUSCULAR O EMISIVA
Esta teoría se debe a Newton (1642-1726). La luz está compuesta por diminutas
partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La
dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.
La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos:
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Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos
que la forman se mueven a gran velocidad.
Reflexión. se sabe que la luz al chocar contra un espejo se refleja. Newton
explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente
elásticas y por tanto la reflexión cumple las leyes del choque elástico.
Según esta teoría la luz se propagaría con mayor velocidad en medios más densos. Es uno
de los puntos débiles de la teoría corpuscular.
TEORIA ONDULATORIA
Fue idea del físico holandés C. Huygens. La luz se propaga mediante ondas mecánicas
emitidas por un foco luminoso. La luz para propagarse necesitaba un medio material de
gran elasticidad, impalpable que todo lo llena, incluyendo el vacío, puesto que la luz
también se propaga en él. A este medio se le llamó éter.
La energía luminosa no está concentrada en
cada partícula, como en la teoría corpuscular
sino que está repartida por todo el frente de
onda. El frente de onda es perpendicular a las
direcciones de propagación. La teoría
ondulatoria explica perfectamente los
fenómenos luminosos mediante una
construcción geométrica llamada principio de
Huygens. además según esta teoría, la luz se
propaga con mayor velocidad en los medios
menos densos. a pesar de esto, la teoría de
Huygens fue olvidada durante un siglo debido a
la gran autoridad de Newton.
En 1801 el inglés T. Young dio un gran impulso a la teoría ondulatoria explicando el
fenómeno de las interferencias y midiendo las longitudes de onda correspondientes a los
distintos colores del espectro.
La teoría corpuscular era inadecuada para explicar el hecho de que dos rayos luminosos, al
incidir en un punto pudieran originar oscuridad.
NATURALEZA DUAL DE LA LUZ
A finales del siglo XIX se sabía ya que la velocidad de la luz en el agua era menor que la
velocidad de la luz en el aire contrariamente a las hipótesis de la teoría corpuscular de
Newton. En 1864 Maxwell obtuvo una serie de ecuaciones fundamentales del
electromagnetismo y predijo la existencia de ondas electromagnéticas. Maxwell supuso que
la luz representaba una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas. Hertz
confirmó experimentalmente la existencia de estas ondas.
El estudio de otros fenómenos como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y
los espectros atómicos puso de manifiesto la impotencia de la teoría ondulatoria para
explicarlos. En 1905, basándose en la teoría cuántica de Planck, Einstein explicó el efecto
fotoeléctrico por medio de corpúsculos de luz que él llamó fotones. Bohr en 1912 explicó el
espectro de emisión del átomo de hidrógeno, utilizando los fotones, y Compton en 1922 el
efecto que lleva su nombre apoyándose en la teoría corpuscular de la luz.
Apareció un grave estado de incomodidad al encontrar que la luz se comporta como onda
electromagnética en los fenómenos de propagación , interferencias y difracción y como
corpúsculo en la interacción con la materia. No hay por qué aferrarse a la idea de
incompatibilidad entre las ondas y los corpúsculos, se trata de dos aspectos diferentes de la
misma cuestión que no solo no se excluyen sino que se complementan.
Los experimentos de Hertz también pusieron de manifiesto un curioso fenómeno: el efecto
fotoeléctrico, que consiste en la emisión de electrones con cierta energía cinética al incidir la
luz de una determinada frecuencia sobre una superficie metálica. Se comprobó que un
aumento de la intensidad luminosa incidente no suponía un aumento en la energía cinética
de los electrones emitidos. La teoría ondulatoria no podía explicar esto.
Einstein explica esto basándose en la hipótesis cuántica de Planck ( en resumen venia a
decir que la energía de un oscilador atómico no puede ser cualquiera sino solo unos valores
determinados, ya lo veremos...) Einstein propone en 1905 que la luz esta formada por un
haz de pequeños corpúsculos que llamó cuantos de energía o fotones. La energía de la
onda está concentrada en los fotones, no está distribuida por toda ella). Resucita así una
especial teoría corpuscular.
Rechaza la existencia del éter. La luz puede propagarse en el vacío.
En la actualidad se sostiene que la luz tiene una doble naturaleza, corpuscular y
ondulatoria. Se propaga mediante ondas electromagnéticas y presenta fenómenos
típicamente ondulatorios, pero en su interacción con la materia en ciertos fenómenos de
intercambio de energía tiene carácter corpuscular. Nunca manifiesta las dos condiciones
simultáneamente, en un fenómeno concreto o es onda o es corpúsculo.
FUENTES DE LUZ
2.1. El sol es nuestra fuente de luz por excelencia. Pero decir esto es poco, porque con la
luz del sol nos llegan otras muchas propiedades, tantas que, podemos decir que el sol es
nuestra fuente vital. Primitivas tribus lo adoraban como el dios de la vida, y nosotros,
después de conocerlo mejor, nos admiramos de la intuición de aquellos pueblos primitivos.
Y si bien para nuestra visión solo utilizamos una mínima parte de sus radiaciones, la
energía que el sol irradia abarca tan amplio espectro, que no podemos concebir la vida en
nuestro planeta sin la energía solar. Por la fotosíntesis se producen los hidratos de carbono
y viven las plantas, y por la función clorofílica podemos apreciar sus variados colores; por la
fotoperiodicidad se renueva el ciclo regenerador y vital de los vegetales. También los
animales presentan respuestas fotoperiódicas que influyen en la migraciones y
reproducciones, y en los vertebrados hay evidencias de la fotoperiodicidad que sería la
base rítmica de los llamados relojes biológicos. Son muchos, pues, los fenómenos que
justifican la primacía de la luz como elemento fundamental de la vida.
2.2. Nosotros nos quedamos con la bella y precisa definición de Chr. A. Blom-Dahl: "La vida
es un modo que la luz tiene de caminar a través de la materia". Es un prodigio que nos
fascina como la inmensa energía radiante del sol nos ha proporcionado una filtrada
selección que nos preserva de las radiaciones nocivas y peligrosas para la vida de nuestro
planeta, haciéndonos llegar, por el contrario, una estrecha franja del espectro
electromagnético (dentro de ese enorme torrente de radiaciones) que propicia la recepción
por la retina humana de la luz visible, que alcanza su máxima intensidad lumínica en el
color amarillo. De ahí que no solo sea este color gran protagonista en el campo de la
simbología, sino que, de un modo más pragmático, es el adoptado internacionalmente para
elementos de salvamento en el mar, y también en el arte saben los pintores que el sol, y las
partes luminosas de sus cuadros son consustanciales con el color amarillo del sol.
2.3. El hombre dispone de otras fuentes luminosas (aunque puedan tener su origen remoto
en el sol) que serían interesantes estudiar por el artista, pues hay diferencias sustanciales
que transforman los efectos visuales, perceptuales y estéticos. Desde la luz lunar, la llama
del fuego de diferentes gases y productos, la incandescencia de una bombilla eléctrica, las
más modernas lámparas de gases incandescentes, las luces indirectas de la reflexión, etc.,
forman un amplio repertorio de fuentes luminosas, que condicionan la obra pictórica, en
donde el pintor se ve implicado ineludiblemente. Pese a ello no entraremos en ese campo
para el que se requeriría un amplio preámbulo técnico-científico. Nos vamos a limitar a
algunas cuestiones básicas de la óptica y, siempre que ello sea posible, orientada con
ejemplos y experiencias al campo de la expresión artística, dejando de lado aquellas
cuestiones que no afectan directamente a un mejor conocimiento del campo singular del
pintor.
2.4. Entre los pintores siempre ha existido el dilema entre pintar con luz natural o con luz
artificial. Normalmente una pintura realizada con luz natural soporta su contemplación con
luz artificial, incluso con las avanzadas combinaciones lumínicas de algunos estudios de
hoy, pierden las pinturas sus matizaciones al ser expuestas a la luz del mediodía; quedan
faltas de sutilezas y variantes cromáticas; muchos colores se "tuercen" o distorsionan, y se
producen desarmonías que no se observaban cuando el foco eléctrico, simplificador y
unificador de tonos, los iluminaba.
2.5. Las múltiples radiaciones de la luz solar manifiestan una gran riqueza vibratoria, que se
traduce en un mensaje cromático más variado, que un ojo educado es capaz de captar. La
energía lumínica procedente de otro foco emisor tiene más limitadas radiaciones, que
uniforman, reduciendo a paquetes simplificados un mensaje de radiaciones más
restringidas. Algo así –sirva el ejemplo – como la diferencia acústica que se produce entre
una obra sinfónica de muchos y variados instrumentos, y una versión de esa misma obra
adaptada para piano. Puede parecer la misma obra, pero la riqueza de la orquesta
sinfónica (igual a la luz del sol en pintura) no es comparable al reducimiento a un solo
instrumento (igual que la obra pictórica vista con la luz de una lámpara).
Podemos decir que la luz es toda radiación electromagnética capaz de ser percibida por
nuestro sentido de la vista. El intervalo de frecuencias de las radiaciones que componen la
luz solamente está delimitado por la capacidad del órgano de la visión.
La luz que nosotros percibimos será siempre formada por radiaciones correspondientes a
grandes cantidades de frecuencias. El láser constituye la única radiación visible formada
por radiaciones de la misma longitud de onda todas ellas. La luz, en un medio homogéneo,
se propaga en línea recta. Cada una de las direcciones de propagación de la luz es un rayo
luminoso. Un conjunto de rayos que parten de un punto es un haz. Si el punto de donde
proceden los rayos está muy alejado se consideran paralelos.
La velocidad de la luz en el vacío es de 3 x 108 m/s. Para comparar la velocidad de la luz en
una sustancia con la del vacío se emplea el índice de refracción, obtenido como cociente
entre la segunda y la primera: n = v/c