LA LUZ

LA LUZ
A través del sentido de la vista, los seres humanos perciben la luz y obtienen así una
enorme cantidad de información sobre el medio que los rodea. La óptica es la rama
de la física que estudia la luz, como se emite, cuáles son sus características, cómo se
propaga, la energía que transporta y las sensaciones que provoca. En el siguiente
apunte abarcaremos brevemente algunos de los items anteriores. Comenzaremos
intentando dar respuesta al siguiente interrogante ¿Qué es la luz?




La luz consiste en ondas electromagnéticas, sensibles al ojo humano, que
transfieren energía.
Los cuerpos se pueden clasificar en luminosos cuando emiten luz e iluminados
si la reflejan.
Las fuentes luminosas pueden ser naturales o artificiales y en todas ellas la luz
se transfiere al medio, luego de haberse producido una transformación de
energía.
Según su comportamiento frente a la luz los cuerpos iluminados se clasifican
en trasparentes (dejan pasar la luz y permiten ver nítidamente), traslúcidos
(permiten el paso de una parte de la luz, ej; vidrio esmerilado) y opacos (no
dejan pasar la luz).
El Sol y todas las estrellas son fuentes naturales, mientras que las lamparitas, la linterna,
la vela son fuentes artificiales porque son producto de la actividad humana.
El Sol es una notable fuente de luz. El centro solar es un horno enorme, con elevada
temperatura y presión, donde 630000000 de toneladas de hidrógeno se fusionan
transformándose en helio a cada segundo. De esa cantidad de hidrógeno, 4600000
toneladas desaparecen convirtiéndose en energía y luz. Este proceso se llama fusión
nuclear que es el que también acontece en las estrellas.
Propiedades de la luz
La luz se propaga en todas direcciones y en línea recta a una velocidad de 300000
km/seg en el vacío. Ej: Si entramos en un cuarto y prendemos la luz, todo el espacio
se ilumina.
Rayo luminoso: La línea que sigue la dirección de propagación de la luz se denomina
rayo luminoso.
Haz luminoso: Un conjunto de rayos luminosos que salen de una misma fuente
constituyen un haz luminoso.
Los haces luminosos pueden ser: * Divergentes: Cuando los rayos se separan.
* Convergentes: Cuando se concentran en un punto.
* Paralelos: Los rayos se propagan paralelos.
Haces divergentes
Convergentes
Paralelos
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Sombras y penumbras
Cuando una fuente luminosa pequeña denominada fuente puntual proyecta un
haz de luz sobre una pantalla ilumina completamente una determinada zona.
Si se interpone un cuerpo opaco entre la fuente y la pantalla, se observan dos
zonas bien definidas. Una oscura adonde no llegan los rayos luminosos y que tiene la
forma del objeto interpuesto, denominada zona de sombra y otra totalmente iluminada
denominada zona de luz.
Cuando los rayos luminosos se propagan en línea recta la forma de la sombra está
determinada por los rayos tangentes al cuerpo que llegan a la pantalla. El tamaño de
la sombra varía según la distancia a la que se encuentra el objeto de la pantalla y de
la inclinación de los rayos luminosos.
Si se coloca un objeto entre una pantalla y una fuente luminosa de grandes
dimensiones vemos:
En este caso sobre la pantalla se distinguen tres zonas: Una de sombra, otra
iluminada y entre ambas una tercera parcialmente iluminada llamada zona de
penumbra.
Explica los eclipses totales y parciales de sol.
¿Qué es realmente la luz?
Ideas previas sobre la luz
La luz y los fenómenos relacionados con ella han intrigado a la humanidad desde hace
más de 2.000 años.
El hombre siempre se ha preguntado ¿qué es la luz?:
I. LOS RAYOS TÁCTILES
En tiempos anteriores a la antigua civilización griega, las ideas que se tenían sobre la
naturaleza de la luz estaban llenas de misterio. Además, no se mantenían por mucho
tiempo: desaparecían y regresaban en forma apenas diferente. Los antiguos griegos
produjeron las primeras ideas útiles sobre la luz y, posiblemente por esto, se
sostuvieron durante siglos. Los griegos no distinguían claramente la luz de la vista y
basaban sus ideas sobre ambas en la hipótesis de los rayos visuales táctiles atribuida a
Pitágoras. Según ésta hipótesis, el ojo emite rayos rectos infinitamente tenues que al
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ser interrumpidos por los objetos producen la sensación de ver. Estos rayos táctiles
deberían ser rectos para explicar la propagación rectilínea de la luz; o sea, para
explicar el hecho de que podemos ver a través de un sorbete sólo si éste es recto.
La propagación rectilínea de la luz se puede demostrar con este sencillo
experimento. La vela se ve por el sorbete sólo si está derecho.
La percepción por medio de esos rayos visuales sería, pues, análoga a la percepción
táctil cuando utilizamos brazos y manos para discernir la forma y el tamaño de los
objetos. Un objeto grande separaría más los rayos táctiles que un objeto pequeño y
esta mayor separación angular de los rayos produciría en la mente la sensación de
mayor tamaño del objeto más grande .
La hipótesis de los rayos visuales de Pitágoras suponía que éstos eran
emitidos por los ojos y al ser interrumpidos por los objetos producían la
sensación de ver. El tamaño de los objetos se percibía por la separación
angular de los rayos interrumpidos.
La hipótesis de los rayos táctiles explicaba también la aparente disminución de
tamaño de un objeto al alejarse, ya que los rayos táctiles interrumpidos por el objeto
formarían un ángulo menor y menor, hasta reducirse a cero, al alejarse el objeto del
observador. Esto explicaría por qué las líneas paralelas que se alejan indefinidamente
parecen converger en un punto; el que posteriormente se llamaría "punto de fuga" por
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los artistas del Renacimiento. Más aún, conforme a esta hipótesis la disminución del
tamaño aparente estaría en la misma proporción que el aumento en la distancia; esto
es, si la distancia aumentara dos veces, el tamaño aparente disminuiría también dos
veces. Como esto es precisamente lo que ocurre al tamaño aparente al aumentar la
distancia, la hipótesis de los rayos táctiles se veía apoyada por la experiencia; al
menos por esta experiencia.
La hipótesis de los rayos visuales explicaba la disminución del tamaño
aparente de un objeto que se aleja; la separación angular de los rayos
interrumpidos se reduce al aumentar la distancia entre el ojo y el objeto.
Por esto las líneas paralelas que se alejan indefinidamente parecen
converger hacia un punto del horizonte que posteriormente se llamó
"punto de fuga".
La hipótesis de los rayos táctiles era útil porque relacionaba matemáticamente el
tamaño aparente y la distancia, y pudo emplearse en muchas actividades prácticas
como el diseño y la proyección de obras de arquitectura o de ingeniería. Pero más
importante para los griegos resultó su aplicación a la astronomía para calcular
distancias y tamaños de cuerpos celestes; por ejemplo, para calcular el diámetro del
Sol. Estas aplicaciones a la astronomía les permitieron formarse una idea del tamaño
del Universo apoyada en observaciones y —sobre todo— apoyada en la geometría,
que era la ciencia perfecta de la cultura griega. Todo esto debe haber contribuido a
que la hipótesis de los rayos visuales táctiles fuera aceptada hasta por el mismo
Euclides, el creador de la geometría, y que perdurara unos 1 500 años sin ser
seriamente cuestionada.
II. LOS RAYOS LUMINOSOS
La teoría pitagórica de los rayos táctiles prevaleció más de 1 500 años. Esta larga vida
de una teoría tan ingenua posiblemente se debió a la falta de una experimentación
rigurosa que la pusiera a prueba, porque en realidad no resiste el menor
cuestionamiento experimental. La hipótesis de los rayos táctiles que emanaban del ojo
fue derrumbada de golpe por un extravagante científico árabe llamado Abu Ali ibn alHasan ibn al-Haitham, nacido en Basra, Irak, alrededor del año 965 d.C., fallecido en
El Cairo, Egipto, el año 1039 y conocido después simplemente como Alhazán. Este
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singular personaje llegó a Egipto en 996 d.C., contratado por el califa Al-Hakim para
controlar las inundaciones del río Nilo, cosa que Alhazán se jactaba públicamente de
poder hacer sin gran dificultad. Incapaz, sin embargo, de cumplir su irreal promesa y
justamente temeroso de la ira del califa, Alhazán fingió demencia, hasta el
fallecimiento del califa el año de 1021, para evitar la pena de muerte por su fracaso.
A pesar de sus problemas con el río Nilo y con el califa Al-Hakin, Alhazán pudo
hacer un importante trabajo de investigación en la óptica, o ciencia de la luz. En su
principal obra, titulada Kitab al-Manzir en árabe y traducida al latín como Opticae
Thesaurus, Alhazán demuestra que la visión no puede deberse a rayos que partan del
ojo al objeto, sino del objeto al ojo. De esta manera, distinguió claramente la luz del
sentido de la vista. Un sencillo experimento que demuestra esto es el muy conocido de
producir fuego enfocando por medio de una lupa la imagen del Sol sobre un papel . Si
los rayos táctiles existieran, la imagen del Sol sobre el papel resultaría de rayos
visuales que de alguna manera se habrían reflejado en el papel, pasado por la lente y
alcanzado el Sol. El papel, por lo tanto, no debería quemarse si cerráramos los ojos o
miráramos para otro lado mientras se mantiene la imagen enfocada. Pero el papel sí se
quema si la lupa se mantiene a la distancia adecuada del papel, hagamos lo que
hagamos; de manera que la imagen se forma por algo que llega del Sol, y no de
nuestros ojos, al papel.
Otro experimento que también demuestra la existencia de la luz independientemente
del sentido de la vista es la formación de imágenes en el sencillo instrumento llamado
"cámara oscura". Este instrumento emplea un pequeño orificio para producir una
imagen de un objeto externo sobre una pantalla colocada en un cuarto oscuro o en una
simple caja de cartón. La imagen que se observa es siempre invertida y esto no se
puede explicar con los rayos táctiles, porque el objeto podría verse sobre la pantalla,
desde el interior de la cámara sólo si estos rayos se reflejaran en la pantalla y salieran
por el orificio. De esta manera percibiríamos el objeto igual que si lo viéramos
directamente; esto es, lo veríamos derecho y no invertido. Sin embargo, si suponemos
que cada punto del objeto externo emite rayos rectos en todas direcciones, aquellos
que partiendo de un punto en la parte superior del objeto pasaran por el orificio
producirían un pequeño punto luminoso de la imagen en la parte inferior de la
pantalla. La imagen completa estaría invertida, y esto es precisamente lo que se
observa.
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La cámara oscura forma sobre una pantalla imágenes invertidas de los
objetos situados frente a su pupila. Esto demuestra que la hipótesis de
los rayos visuales es falsa.
Sirviéndose de estos y de otros experimentos, Alhazán eliminó para siempre de la
ciencia de la luz la hipótesis pitagórica de los rayos táctiles; aunque todavía usemos
expresiones, como "echar una mirada", que nos la recuerdan.
La suposición de que cada punto de un objeto luminoso o iluminado emite rayos
rectos de luz en todas direcciones es la hipótesis principal de una teoría de la luz
extraordinariamente fructífera que, hasta la fecha, se llama óptica geométrica. El
nombre se debe a que en esta teoría la naturaleza de los rayos luminosos no se
cuestiona; ni siquiera es importante. El propósito de la teoría es solamente entender, o
predecir, lo que ocurre a los rayos emitidos por los objetos cuando son interceptados
por diversos objetos opacos, como en la cámara oscura, o desviados de su camino
recto de maneras que veremos mas adelante. Como para esto solamente es necesario
aplicar conocimientos de geometría a cada problema, el nombre de la teoría es óptica
geométrica.
Naturaleza de la luz ¿onda o partícula?
Ahora bien, ninguna de las dos hipótesis ya sea la de los rayos táctiles de Euclídes
como la de los rayos luminosos explicaba por qué no se emiten rayos en la oscuridad,
así que se planteó una nueva hipótesis que identificaba la luz como algo procedente
del Sol y de los cuerpos incandescentes. Ahora ¿qué era realmente la luz?, ¿qué era
eso que provenía de los cuerpos luminosos?, ¿cómo se propagaba?. En respuesta a
estas preguntas se propusieron dos teorías, una que consideraba la luz como una
partícula y otra que la consideraba una onda. Previo a analizarlas veremos brevemente
que es una onda y cuáles son sus propiedades.
¿Qué es una onda?
Onda es una forma mediante la cual dos cuerpos pueden intercambiar energía.


Las ondas se originan en un sistema emisor, este sistema es el que transfiere
energía y mantiene cierto tipo de oscilación que genera la onda.
La transmisión de la onda consiste en el avance de la perturbación producida
por el emisor.
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

El avance de la perturbación se realiza a cierta velocidad que depende del tipo
de onda y del medio en que se propaga.
En cada punto alcanzado por una onda se produce una perturbación.
Es importante aclarar que algunas ondas requieren de un medio material
determinado para propagarse. Por ejemplo las ondas sonoras se pueden transmitir a
través del aire. (La Luna carece de atmósfera entonces no existe medio para
propagarse).
Otras ondas como las electromagnéticas (luz, radio, rayos X) pueden desplazarse en
el vacío, es decir no requieren de un medio material para propagarse, porque las
perturbaciones que provocan se producen en los campos eléctricos y magnéticos.
Propiedades de las ondas:
Las ondas tienen cuatro propiedades que las diferencian a unas de otras:
Longitud de onda:
La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas. Como todas las
distancias, se mide en metros, aunque dada la gran variedad de longitudes de onda que
existen suelen usarse múltiplos como el kilómetro (para ondas largas como las de
radio y televisión) o submúltiplos como el nanómetro o el Ángstrom (para ondas
cortas como la radiación visible o los rayos X). Se simboliza con la letra griega
Lambda 
Amplitud:
Puede decirse que es la altura de la onda. Es la máxima distancia que alcanza un punto
al paso de las ondas respecto a su posición de equilibrio.
Frecuencia:
La frecuencia (f) es la medida del número de ondas que pasa por un punto en la
unidad de tiempo.
Generalmente se mide en hertzios (Hz) siendo un hertzio equivalente a una vibración
por segundo. Por ello, también se utiliza el s-1 como unidad para medir la frecuencia.
Para conocer la frecuencia de una onda la dividimos en partes que van desde una
"cresta" a la siguiente de forma que el número de crestas que pasa por un punto en
cada segundo es la frecuencia.
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La frecuencia de una onda es la inversa de su período T, que es el tiempo que tarda en
avanzar una distancia igual a su longitud de onda.
Velocidad:
Es la rapidez con que se propaga la onda. Se calcula utilizando la siguiente ecuación:
La luz: ¿ onda o partícula ?
Aquí retomaremos la cuestión acerca de si la luz está compuesta por partículas o es un
tipo de movimiento ondulatorio, esta discusión ha sido una de las más interesantes en
la historia de la ciencia y te la resumiremos en el siguiente cuadro:
Newton: La Teoría corpuscular
Huygens: La teoría ondulatoria
Al iniciarse el siglo XVIII, Newton propone En la misma época, propone que la luz es una
que la luz está compuesta por partículas onda basándose en las observaciones siguientes:
luminosas, de distinto tamaño según el color,
 La masa de los cuerpos que emiten luz
que son emitidas por los cuerpos luminosos y
no cambia.
que producen la visión al llegar a nuestros ojos.
Newton se apoyaba en los siguientes hechos:


La trayectoria seguida por los
corpúsculos es rectilínea y por ello la
luz se propaga en línea recta.

La propagación rectilínea y la reflexión
se pueden explicar ondulatoriamente

La refracción es un fenómeno típico de
las ondas.
Cuando se interpone un obstáculo, los No obstante quedaban cosas sin explicar:
corpúsculos no pueden atravesarlo y así
 No se encontraba una explicación para
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se produce la sombra.

la propagación de la luz en el vacío, ya
que se pensaba que todas las ondas
necesitaban un medio material para
propagarse.
La reflexión se debe al rebote de los
corpúsculos sobre la superficie
reflectora.

No se habían observado en la luz los
fenómenos de interferencia y de
difracción que ya se conocían para las
ondas.

Según Huygens la refracción se debía a
una disminución de la velocidad de
progación de la luz al pasar de un
medio menos denso como el agua a
otro mas denso como el agua. *
Sin embargo no se podía explicar:


Los cuerpos, al emitir corpúsculos,
debían perder masa y esto no se había
observado.
Ya se conocía el fenómeno de la
refracción y no podía explicarse por
qué
algunos
corpúsculos
se
reflejaban y otros se refractaban.
Según Newton, la refracción se
debía a un aumento de velocidad de
los corpúsculos de luz.
* Esta conclusión de la teoría ondulatoria sobre la velocidad de la luz en medios de
densidades diferentes se opone completamente a la obtenida con la hipótesis
corpuscular de Newton, la cual afirma que la velocidad de propagación es mayor en el
medio más denso. La controversia entre las dos teorías hubiera podido ser dirimida
midiendo la velocidad de la luz en medios de distintas densidades, por ejemplo en aire
y en agua; pero la velocidad de la luz es tan grande que en tiempos de Huygens y
Newton no era posible hacer esta medición mas que por métodos astronómicos y sólo
se conocía su valor en el vacío, que es aproximadamente igual a 300 000 km/s. Dada
esta limitación y como Newton gozaba de gran fama y prestigio su teoría corpuscular
fue aceptada durante todo el siglo XVIII. La controversia duró cerca de 150 años,
hasta que los experimentos de difracción y de interferencia hechos por Thomas Young
en 1815 dieron tanto apoyo a las ideas ondulatorias que la medición de las
velocidades de la luz en distintos medios perdió algo de su importancia para dirimir la
controversia. Sin embargo, en 1850 el físico francés Jean B. Foucault pudo medir la
velocidad de la luz en agua encontrando un valor 33% menor que en aire. La teoría
corpuscular de Newton parecía entrar en crisis.
La luz como onda
Como mencionamos en el apartado anterior en el siglo XIX Fresnel y Young
observaron los fenómenos de interferencia y difracción para la luz, que no se podían
explicar con la hipótesis de Newton, y Foucault midió la velocidad de la luz en
diferentes medios y observó que al pasar del aire al agua disminuía su velocidad, tal
como había propuesto Huygens.
Estos descubrimientos permitieron que se consolidaran las ideas de Huygens sobre la
naturaleza ondulatoria de la luz, aunque todavía quedaban algunas cuestiones sin
resolver relacionadas con la propia naturaleza de la luz y con su propagación en el
vacío.
La propagación de la luz:
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Uno de los problemas más complejos para explicar la naturaleza ondulatoria de la luz
ha sido preguntarse cuál es el medio que vibra.
Podemos oír el sonido en el aire o bajo el agua porque tanto el aire como el agua son
los medios materiales que transportan las ondas. En el vacío no se propaga el sonido
porque no hay ningún medio que pueda vibrar.
Sin embargo la luz sí que puede viajar por el vacío y este hecho no ha resultado fácil
de explicar. En un principio los físicos suponían que debía haber "algo" en el vacío
que sirviera para transportar las ondas luminosas, pero nadie podía detectarlo.
En un principio se comenzó a teorizar sobre la existencia de un "éter" que ocupaba el
vacío y no podía ser eliminado. Se suponía que el éter era el medio por el que viajaba
la luz.
Basándose en los valores ya conocidos de la velocidad, de la longitud de onda y de la
frecuencia de la luz se determinó que el supuesto éter debía tener características muy
especiales que lo hacían diferente a cualquier otro medio conocido, como el aire o el
agua. Por ejemplo, como se pensaba en las ondas luminosas en analogía con las
acústicas, el éter sería un medio análogo al aire, pero como la frecuencia de las ondas
luminosas es miles de millones de veces superior a la de las ondas acústicas, el éter
debía ser miles de veces más elástico que el aire, con propiedades parecidas al acero,
para poder vibrar tan rápidamente. También debía de ser transparente para dejar pasar
la luz, e infinitamente tenue para permitir la circulación indefinida de los cuerpos
celestes. Todos los intentos realizados por muchos años para demostrar la existencia
del éter fueron inútiles. No sorprende ahora, después de todo, que un medio tan
extraordinario no haya sido jamás encontrado.
.
La naturaleza de la luz: Ondas electromagnéticas
Mientras la óptica se desarrollaba hasta alcanzar la teoría ondulatoria y se atoraba con
las ideas del éter, otras partes de la ciencia también crecieron. En particular, la ciencia
de la electricidad y la del magnetismo se habían desarrollado independientemente
En particular, la ciencia de la electricidad y la del magnetismo se habían desarrollado
independientemente, desde los fenómenos elementales descubiertos hace siglos por
los griegos, frotando con piel objetos de ámbar para producir cargas eléctricas y
moviendo objetos de hierro sin tocarlos, con trocitos de un extraño mineral —
magnetita— traído de la región de Magnesia en el Asia Central, hasta los
experimentos del físico danés Hans Christian Oersted en 1820 y del físico inglés
Michael Faraday en 1839, que demostraban una fuerte relación entre la electricidad y
el magnetismo. Estos experimentos probaron que las cargas eléctricas que se generan
al frotar dos cuerpos y que atraen o rechazan a otras cargas generadas de la misma
manera también pueden atraer o rechazar cuerpos magnetizados, como una brújula,
aunque sólo si están en movimiento. Es decir, que las cargas eléctricas, además de las
fuerzas eléctricas que atraen o rechazan a otras cargas eléctricas, si se ponen en
movimiento producen también a su alrededor fuerzas magnéticas que mueven cuerpos
magnetizados como brújulas e imanes. Este descubrimiento, por lo pronto, dio origen
a uno de los inventos más importantes de la civilización moderna —el motor
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eléctrico—, que consiste esencialmente en un dispositivo para hacer circular cargas
eléctricas por un conductor de electricidad y de un cuerpo magnetizado que es puesto
en movimiento por las fuerzas magnéticas generadas por esas cargas móviles. El
mismo descubrimiento, insospechadamente, también liberó a la óptica de su inútil
búsqueda del éter.
La fuerza magnética producida por cargas eléctricas en movimiento aparece
alrededor de las cargas, en donde antes no había ninguna fuerza magnética, al
empezar éstas a moverse. Es una propiedad del medio, que cambia si las cargas
eléctricas se mueven. La magnitud de la fuerza magnética cambia desde el valor
cero, cuando las cargas están en reposo, hasta valores distintos de cero, que
alcanza cuando las cargas se mueven, y que dependen de la velocidad de las
cargas. En otras palabras, las cargas en movimiento perturban el medio en una
forma parecida a la forma en que la presión y la densidad del aire son perturbadas
por la vibración de una campana. Se puede pensar, entonces, que la fuerza
magnética producida por el movimiento de cargas eléctricas se propaga alrededor
de las cargas en forma análoga a como se propagan en el aire los cambios de
presión que constituyen el sonido; es decir, por ondas. Si las cargas vibran
cambiando la dirección de su movimiento continuamente, la fuerza magnética
que producen también cambia de valor y de dirección continuamente,
produciendo a su alrededor zonas de fuerza magnética con distintos valores y
direcciones opuestas. Así pues, se puede hablar de ondas de fuerza magnética
producidas por cargas en movimiento de la misma forma en que se habla de
ondas acústicas de presión, producidas por objetos en vibración como campanas
o bocinas. Estas ondas se llaman ondas electromagnéticas porque junto con la
fuerza magnética se propaga también la fuerza eléctrica producida por las cargas
Las fuerzas eléctricas y magnéticas producidas en cierto lugar por cargas en
movimiento no aparecen instantáneamente en ese lugar al iniciarse el movimiento de
las cargas, sino que toman un cierto tiempo. La velocidad de propagación de la fuerza
magnética es igual a la distancia entre las cargas y el lugar, dividida entre el tiempo
que tarda en aparecer la fuerza magnética desde que las cargas inician su movimiento.
Desde luego, ésta es también la velocidad de propagación de las ondas
electromagnéticas.
El físico escocés James Clerk Maxwell encontró en 1865
la forma de calcular esta velocidad y obtuvo el valor de
300 000 km/s. ¡El mismo valor de la velocidad de la luz!
Esto no podía ser sólo una simple coincidencia, y llevó a
Maxwell a declarar que tenía "fuertes razones para
concluir que la luz es una perturbación electromagnética
en forma de ondas...". Parecía por fin que se habían
encontrado la perturbación ondulatoria que constituye la
luz, y las ideas acerca del éter fueron sepultadas para
siempre.
El espectro electromagnético
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LAS IDEAS de Maxwell produjeron otro resultado de enorme importancia:
explicaron cómo se produce la luz. Ésta se produce moviendo cargas eléctricas.
Las ondas de radio y de televisión se generan haciendo oscilar cargas eléctricas por un
conductor de cargas, generalmente vertical, llamado antena. Estas ondas difieren de
las ondas de luz solamente en la frecuencia; las de radio tienen frecuencias entre
millones y miles de millones de hertzios (megahertzios, MHz, a gigahertzios, GHz), y
las de luz tienen frecuencias de decenas de billones de hertzios (tera hertzios, THz).
Las ondas electromagnéticas de radio fueron producidas artificialmente por primera
vez en 1887 por el físico alemán Heinrich Hertz, quien además midió su velocidad de
propagación y comprobó que es igual a la de la luz; tal y como había predicho
Maxwell.
Por lo tanto todas las ondas electromagnéticas se generan por sistemas de cargas
eléctricas en movimiento. En general, la longitud de la onda producida es comparable
a las dimensiones del sistema de cargas; por ejemplo, las ondas de radio tienen
longitudes de onda de más o menos 300 m y las antenas de transmisión de radio son
también de unos 100 o 200 metros de longitud . La longitud de las ondas
electromagnéticas, llamadas comúnmente "microondas", es de unos 12 cm. Las ondas
se producen en instrumentos electrónicos, llamados "magnetrones", con esas
dimensiones aproximadas. Las ondas electromagnéticas que llamamos luz tienen una
longitud de unos 0.0005 mm, lo que indica que se generan en sistemas microscópicos
de cargas eléctricas de dimensiones comparables. Estos sistemas tienen un diámetro
aproximado de 0.00001 mm y se llaman átomos, o moléculas. Toda la materia está
compuesta por átomos o moléculas de distintas especies; todos están compuestos por
cargas eléctricas y, por lo tanto, todos son susceptibles de producir ondas
electromagnéticas. Además de ondas de luz, estos sistemas pueden producir ondas de
mayor longitud, llamadas radiación infrarroja, y ondas de menor longitud llamadas
radiación ultravioleta y rayos X, que no pueden ser percibidas directamente por el ojo.
En el interior de los átomos y de las moléculas existen además sistemas de cargas
eléctricas mucho más pequeños, unas cien mil veces más pequeños, los llamados
núcleos atómicos que son susceptibles de producir radiación electromagnética de
mucho menor longitud que la de la radiación ultravioleta o que la de los rayos X.
Estas ondas electromagnéticas se llaman rayos gamma y tampoco pueden ser
percibidos por la vista. Al conjunto de los distintos tipos de ondas electromagnéticas
se le llama espectro electromagnético.
Por lo tanto podemos definir espectro electromagnético como el intervalo de ondas
electromagnéticas cuya frecuencia va desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.
El siguiente gráfico muestra una parte del espectro electromagnético:
12
Como vemos la luz visible está formada por vibraciones electromagnéticas con
longitudes de onda que van aproximadamente de los 350 a 750 nm. Lo que
conocemos como luz blanca es la suma de todas las ondas comprendidas entre esas
longitudes de onda cuando sus intensidades son semejantes.
La luz como partícula
Aunque la teoría ondulatoria es generalmente correcta cuando describe la propagación
de la luz, falla a la hora de explicar otras propiedades como la
interacción de la luz con la materia.
Cuando, en 1887, Hertz confirmó experimentalmente la
teoría de Maxwell, también observó un nuevo fenómeno, el
efecto fotoeléctrico, que sólo puede explicarse con un modelo
de partículas para la luz:
El fotón: partícula de luz
Einstein ha contribuido enormemente a nuestro conocimiento
sobre la luz. No sólo demostró que la velocidad de la luz en
el vacío (aproximadamente 300.000 km/s) no puede ser
superada, sino que introdujo la idea del cuanto de luz.
En esencia la idea de Einstein consiste en considerar que la luz está formada por
partículas ya que los cuantos son pequeños "paquetes" indivisibles de energía, a los
que llamó fotones. Recuerda que Newton planteó la idea de la luz compuesta de
partículas, a las que llamó corpúsculos. Los fotones pueden tener diferente energía
dependiendo de su frecuencia, así una radiación de frecuencia elevada está compuesta
de fotones de alta energía. La relación entre la frecuencia y la energía es:
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E = h.f
donde E = energía ,h = constante de Planck y f = frecuencia.
Esta idea de Einstein explica por qué algunas radiaciones como la ultravioleta, los
rayos X y los rayos gamma son perjudiciales para los seres vivos. Recuerda que todas
estas radiaciones se encuentran en la zona de mayor frecuencia del espectro
electromagnético, y por tanto tienen asociada una energía muy alta que puede
producir alteraciones en nuestras células e incluso en nuestro ADN.
Una aproximación a la teoría de la relatividad
Casi todo el mundo sabe que ningún cuerpo puede alcanzar la velocidad de la luz.
Esto es difícil de explicar con las leyes de la física clásica ya que comunicando la
energía adecuada a un cuerpo podemos hacer que aumente su velocidad y no parece
haber ninguna razón que nos impida acercarnos a la velocidad de la luz o incluso
superarla.
Sin embargo, Einstein, en la teoría de la relatividad, plantea que la masa de los
cuerpos puede considerarse una forma de energía.
Si a una partícula que se desplaza a velocidades próximas a la de la luz le
comunicamos energía, ésta se traduce en un aumento de masa de la partícula y no en
un aumento de velocidad, por eso decimos que no es posible que un cuerpo alcance la
velocidad de la luz.
Según los cálculos de Einstein, si pudiéramos ver un cuerpo que se moviera a unos
260.000 km/s observaríamos que su masa se ha duplicado con respecto a la que tenía
en reposo.
Cuando la velocidad del cuerpo es baja (comparada con la de la luz), el aumento de
masa que sufre si se le comunica energía es tan pequeño que no lo podemos medir. En
este caso, tal como hacemos en la física clásica, podemos considerar que la masa de
los cuerpos es constante.
La interacción de la luz con la materia:
Como vimos, al igual que todas las ondas electromagnéticas, las ondas luminosas se
propagan en el vacío a una velocidad de 300000 km/seg, su velocidad en el aire es
algo menor. Cuando una onda luminosa llega a un obstáculo pueden ocurrir según las
características de este, las siguientes situaciones no excluyentes entre sí:



Que se refleje total o parcialmente: parte o toda la energía vuelve al medio en
que se propagaba.
Que se refracte parcialmente: parte de la energía sigue propagándose dentro
del obstáculo en forma de onda.
Que sea parcialmente absorbida: parte de la energía transportada por la onda
se convierte en energía interna del cuerpo.
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

Que se transmita, si el obstáculo es de un material y espesor que permite que
toda la onda lo atraviese. De aquí surge la clasificación antes de descripta de
los cuerpos: opacos, traslúcidos o transparentes.
Que se difracte, por ejemplo, si el tamaño del obstáculo es del orden de la
longitud de onda, se produce la difracción.
A) Difracción e interferencia: Fenómenos típicamente ondulatorios
Para explicar estos fenómenos se suele utilizar el modelo ondulatorio basado en el
principio de Huygens que fundamentalmente consiste en lo siguiente:




B
D
F

H

Dirección de
propagación

Fuente
luminos
a
A
C
E
G
Cada punto de una fuente luminosa emite ondas
esféricas cuyo centro se encuentra en dicho punto.
El plano tangente a todas las ondas producidas
constituye un frente de ondas.
Todos los puntos de un frente de ondas se pueden
considerar como centros emisores de pequeñas ondas
secundarias que se desplazan como ondas esféricas.
Después de un cierto tiempo, el frente de ondas se
encontrará a una determinada distancia de la fuente
luminosa, formando un plano CD paralelo al plano AB.
Entonces los frentes de ondas sucesivos se propagan
como planos paralelos a la velocidad de 300000
km/seg.
La dirección de propagación de la onda es
perpendicular al frente de ondas y se puede representar
por medio de una recta que denominamos rayo de luz.
El rayo de luz es una forma simplificada para
representar la propagación de las ondas luminosas y
que permite explicar de un modo sencillo ciertos
fenómenos como la reflexión y la refracción,
Difracción de la luz:
Este fenómeno fue descubierto en forma casual en el siglo XVI. De acuerdo con
relatos de la época en un ventanal de la catedral de Santa María de Fiore, en
Florencia, se habría producido una abertura por donde penetraba un rayo de luz que
proyectaba una imagen sobre el piso. El párroco de la iglesia dio la orden para que se
cerrara el orificio, supervisando en forma personal el trabajo. A medida que se
aplicaba la pastina el rayo de luz se hacía cada vez mas pequeño, pero cuando el
agujero estaba casi cerrado, dicha imagen comenzó a aumentar de tamaño. Algo así
como si parte del rayo luminoso dejara de propagarse en línea recta y doblara al
atravesar el orificio. A este fenómeno se lo denominó difracción.
La explicación de la difracción de la luz no era posible con la teoría corpuscular de
Newton de allí que comenzara a cobrar importancia la teoría ondulatoria de Huygens.
Como vimos antes de acuerdo con el principio de Huygens, cada punto del orificio o
abertura se convierte en un centro emisor de luz. Entonces este se dispersa
lateralmente al atravesar el orificio dando varias imágenes.
15
La experiencia demuestra que para que la difracción sea perceptible, la ranura deber
tener un tamaño similar al de la longitud de onda de la luz incidente. Como la longitud
de las ondas luminosas es muy pequeña con respecto a la dimensión de los cuerpos
sobre los que inciden, casi toda la luz se propaga en forma rectilínea sin sufrir el
fenómeno de difracción. No sucede lo mismo con las ondas sonoras que llegan a
medir varios centímetros de longitud y por eso es posible escuchar los sonidos que
emite una fuente sonora que se encuentra detrás de una pared. Las ondas sonoras
bordean los obstáculos que encuentran en su trayectoria con mayor facilidad que las
luminosas y se extienden en todos los sentidos.
En este gráfico se observa que la
difracción se hace observable
cuando el tamaño de la abertura
es del orden de magnitud de la
onda incidente.
Interferencia de la luz:
En Física, interferencia designa lo que ocurre cuando dos ondas se encuentran. Para
entender este fenómeno es mejor acudir a las ondas que nos son más familiares: las
ondulaciones sobre la superficie del agua. Si tiramos dos piedras a un estanque
tranquilo, se forman dos círculos de ondulaciones. Cuando las ondas de un círculo se
encuentran con las de otro se forma una especie de rejilla. Lo que ocurre es lo
16
siguiente: cuando dos ondas se encuentran en un punto la altura que alcanza la
superficie del agua es la suma de las dos alturas que alcanzaría con cada onda por
separado; cada ondulación es una sucesión de crestas en donde la superficie del agua
alcanza una altura máxima, una sucesión de valles en donde la altura es mínima y está
por debajo de la altura normal del agua. Por ello, en los puntos en donde coinciden
dos crestas, la altura se dobla;, si coinciden dos valles la altura será mínima y estará
por debajo de la altura normal del agua y, cuando coincide un valle con una cresta, las
dos ondas se contrarrestarán y la altura será la normal, es decir, esos puntos se
comportan como si no hubiera ondas. Este último caso se llama interferencia
destructiva.
Estas interferencias se dan en ondas de cualquier tipo. Un ejemplo: últimamente se
investiga una ingeniosa técnica para insonorizar una habitación. Consiste en crear una
onda sonora que sea un negativo exacto de las ondas que llegan a la habitación. La
onda creada interferirá destructivamente con las que llegan y en la habitación reinará
el más absoluto silencio, ¡a pesar de que hemos añadido un ruido al ruido!
Los fenómenos de interferencia ocurren también con la luz. Si hacemos pasar la luz de
un color puro a través de dos rendijas, las ondas que salen de ellas se comportan como
las que se forman en el estanque alrededor de dos piedras. Si se registra la luz que
llega a una cierta distancia de las rendijas, por ejemplo con una película fotográfica o
con una pantalla, se ven unas bandas que son producto de interferencias destructivas y
constructivas.
Reflexión de la luz
Decimos que la luz se refleja cuando parte de la luz cuando parte de la luz vuelve al
medio del cual provenía.
17
Leyes de la reflexión:





El rayo incidente y el rayo reflejado se encuentran en
el mismo plano.
La perpendicular (N) al espejo en el punto de
incidencia se llama normal.
El ángulo de incidencia (i) es el ángulo que forma el
rayo incidente con la normal.
El ángulo de reflexión (r) es el que forma el rayo
reflejado con la normal.
El ángulo incidente es igual al ángulo reflejado: i = r
No todos los cuerpos se comportan de la misma manera frente a la luz que les llega.
Por ejemplo, en algunos cuerpos como los espejos o los metales pulidos podemos ver
nuestra imagen pero no podemos "mirarnos" en una hoja de papel.
Esto se debe a que existen distintos tipos de reflexión:
Cuando un haz de luz paralelo encuentra una superficie pulida y lisa, los rayos
reflejados son paralelos, es decir tienen la misma dirección, a esta la llamamos
reflexión especular.
Cuando hablamos de reflexión difusa los rayos son reflejados en distintas direcciones
debido a la rugosidad de la superficie.
Superficie lisa.
Reflexión especular
Superficie rugosa.
Reflexión difusa,

Una superficie lisa que refleja especularmente la luz se denomina espejo.

La mayoría de los cuerpos reflejan difusamente la luz y es lo que permite verlos.
18
Refracción de la luz.
Cuando una onda luminosa llega a la superficie que separa dos medios transparentes,
se producen los fenómenos de reflexión y refracción.
Experimentalmente se halla que la velocidad de propagación de la luz se altera cuando
pasa de un medio a otro. Cuando esto ocurre decimos que la luz experimenta
refracción. En general, la refracción se produce cuando la luz pasa de un medio a otro
donde las velocidades de propagación son distintas.
El fenómeno de refracción consiste en el cambio de dirección de propagación de un haz de
luz al pasar de un medio a otro. Esto sólo puede suceder cuando la luz se propaga con
velocidades distintas en los dos medios.
Al cambiar de medio, la onda
modifica su velocidad de
propagación, lo que produce
una desviación de su dirección.
Teniendo en cuenta que la
velocidad de propagación se
expresa como
v f
Como la onda no modifica su
frecuencia, al variar la
velocidad varía
proporcionalmente la longitud
de onda
Ley de la refracción: Ley de Snell
En 1620 Snell encontró la relación entre el
ángulo de incidencia y el refractado:
1 = ángulo incidente
2 = ángulo refractado
v1 = velocidad de la luz en el medio 1
v2 = velocidad de la luz en el medio 2
sen 1 = v1
sen 2
v2
LEY
19DE SNELL
Medio 1
Medio 2
Índice de refracción: Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la
velocidad de la luz en el medio en cuestión:
n1 = Índice de refracción en el medio 1
c = velocidad de la luz en el vacío
v1 = velocidad de la luz en el medio 1
n1 = c
v1
n 1
Ejemplo: c = 300000 km/seg, v luz en el agua = 225564 km/seg
 n agua = 300000 km/seg / 225564 km/seg
n agua = 1.33 Esto quiere decir que la luz es 1,33 veces más
rápida en el vacío que en el agua.
Como vimos en el ejemplo anterior, el índice de refracción es un número
adimensional que me indica cuán mas rápida es la velocidad de la luz en el vacío con
respecto al medio en cuestión. Es importante aclarar que el índice de refracción no
depende solamente del medio, sino también del color de la luz incidente.
20
Una vez definido el índice de refracción podemos replantear la ley de Snell antes
descripta:
sen 1 / sen 2 = v1 / v2

1/v1 . sen 1 = 1/v2 . sen 2
c/v1 . sen 1 = c/v2 . sen 2
n1 . sen 1 = n2 . sen 2
Por lo tanto podemos escribir la ley de Snell como:
n1 . sen 1 = n2 . sen 2
De la Ley de Snell se desprende que cuando un rayo luminoso se refracta de
un medio a otro con mayor índice de refracción, entonces el ángulo de refracción es
menor que el de incidencia, es decir el rayo se refracta acercándose a la normal.
Angulo límite o crítico:
Si consideramos dos medios n1 y n2 tal que
n1  n2 y hacemos incidir un rayo del medio 1
(ej vidrio) al medio 2 (aire) éste se refracta
alejándose de la normal. De acuerdo con la
Ley de Snell cuanto mayor sea el ángulo de
incidencia mayor será el ángulo refractado.
Por lo tanto habrá un rayo (en este caso el 4)
que presentará un rayo refractado tangente a
la superficie de separación de ambos medios,
es decir el ángulo refractado es de 90º. Al
ángulo de incidencia que se refracta de esta
manera se lo llama ángulo límite o crítico.
Cualquier rayo que incide con un ángulo
mayor al crítico, no se refractará y se
comprueba que se refleja totalmente. A este
fenómeno se lo llama reflexión total.
21
Usando la ley de Snell podemos obtener una
expresión que permita calcular el valor del ángulo
límite:
n1 . sen 1 = n2 . sen 2
n1 . sen L = n2 . sen 90º L = ángulo límite
n1 . sen L = n2 . 1

Sen L = n2 / n1
Dispersión de la luz
Ya sabemos que a la luz que procede del sol la llamamos luz blanca. Ahora
¿qué es la luz blanca?. En realidad la luz blanca es una mezcla de luces de diferentes
colores.
Cuando observamos el arco iris podemos ver los colores que componen la luz
blanca. Este fenómeno, conocido como dispersión, se produce cuando un rayo de luz
compuesta se refracta en algún medio quedando separados sus colores constituyentes.
En el caso del arco iris, la luz se dispersa al atravesar las gotas de agua.
Por lo tanto:
Dispersión de la luz es el fenómeno por el cual la luz se
descompone en los colores que la constituyen.
22
Ahora, ¿por qué se dispersa la luz blanca?
Ya habíamos visto que el índice de refracción no depende solamente del medio
en el cual la luz se refracta sino también del color de la luz empleada. Como ejemplo
vemos como varía el índice de refracción del vidrio con respecto al color:
Color de la luz
Rojo
Amarillo
Azul
Violeta
n
1.5146
1.5171
1.5273
1.5325
Por lo tanto cada medio tiene un índice de refracción diferente para cada uno
de los colores de la luz que inciden sobre ella. Entonces cuando un rayo de luz
policromático incide sobre una superficie que separa dos medios, cada uno de los
colores que componen el rayo incidente experimentará diferente refracción y el
conjunto se propagará en el segundo medio como un haz divergente de rayos
coloreados. Esto es lo que sucede cuando un haz de luz blanca (policromática) como
la del sol incide sobre una superficie como la de un prisma.
En el espectro los colores se hallan siempre en el mismo orden, los menos
refractados son de color rojo y los más violeta.
Teoría de colores:
Para explicar la teoría de colores se admite la teoría ondulatoria de la luz,
según ella a cada color le corresponde una frecuencia característica y propia.
Color
Rojo
Naranja
Amarillo
Verde
Azul
Violeta
Frecuencia (Hz)
4.6x1014
5x1014
5.2x1014
5.7x1014
6.4x1014
7.3x1014
Long. de onda en el vacío (Å)
6500
6000
5800
5200
4700
4100
El rojo es el color de menor frecuencia y mayor longitud de onda.
El violeta es el color de mayor frecuencia y menor longitud de onda.
Si relacionamos la tabla anterior con los índices de refracción del vidrio vemos que
cuanto menor sea la longitud de onda de un color mayor es la desviación que
experimentará en la refracción. Recíprocamente a mayor longitud de onda, menor
desviación.
Por lo tanto podemos concluir:

La luz blanca resulta de la superposición de varios colores, luz policromática,
está formada por vibraciones luminosas de diferente longitud de onda y por
consiguiente diferente frecuencia.
23

La luz monocromática está formada por vibraciones de una sola longitud de
onda o una sola frecuencia.
¿Qué es el color?
Llamamos color al conjunto de radiaciones que tienen frecuencias muy
próximas le damos el nombre del color con el que el ojo humano las identifica. Ej:
600 nm amarillo. El color se produce al interactuar la luz con la materia.
El color es muy importante para el hombre. Nos solemos sentir cómodos
cuando estamos rodeados de colores que nos resultan agradables y nos irritamos con
los que nos resultan desagradables. Usamos códigos de colores como en los semáforos
y nos identificamos con los colores de nuestras banderas.
En la retina hay unas células llamadas conos que reaccionan de diferente
forma según la longitud de onda de la radiación que les llegue. Esto se debe a que los
conos poseen distintas sustancias sensibles a una longitud de onda determinada
aunque, en menor medida, también reaccionan ante longitudes de onda próximas por
encima y por debajo.
La percepción del color implica que nos lleguen ondas luminosas a los ojos,
donde se convierten en impulsos nerviosos que se envían al cerebro para que sean
interpretados y nos produzcan la sensación del color.
Existen personas que tienen dificultades para diferenciar algunos colores
debido a defectos en la retina o a alguna disfunción de los procesos nerviosos del ojo.
Este defecto se conoce como daltonismo en referencia al químico inglés John Dalton,
que lo padecía y fue el primero en describirlo.
Otra enfermedad relacionada con la percepción del color es la acromatopsia, y
las personas que la padecen ven en blanco y negro.
El color, por tanto, no sólo interesa a físicos y a químicos, sino que es
estudiado también por fisiólogos, psicólogos, por los artistas, etc.
¿De qué depende el color de un cuerpo?
Depende de: * La naturaleza de su superficie.
* Del tipo de luz que la ilumina.
Un objeto se ve con su propio color si se lo ilumina con luz blanca o con luz de su
mismo color.
Luz blanca
Amarillo
Verde
Azul
Prácticamente todos los objetos
reflejan colores que están
formados por todo un conjunto
de frecuencias. Si vemos un
objeto verde probablemente esté
reflejando un poco de amarillo,
y un poco de azul, además del
verde ya que estos colores están
cerca del verde en el espectro
luminoso. Si lo iluminas con
color amarillo lo verás amarillo,
en cambio si lo iluminas con
color rojo, lo verás oscuro ya
que no puede reflejar este color
24
Luz blanca
Luz Naranja
Luz roja
Luz Amarilla
Filtro naranja
Luz amarilla
Filtro verde
Si tienes filtros de colores (vidrios o papeles de colores) dejan pasar el
color del filtro y las frecuencias cercanas. Así si colocamos un filtro color
naranja frente a la luz blanca, este dejará pasar rojo, naranja y amarillo. Si
luego colocamos un filtro verde, este solo dejará pasar el color amarillo
Atributos del color:



Matiz o tonalidad: Se refiere al nombre del color, al tipo de frecuencia de la
radiación. Como no es una radiación completa, un color es un conjunto de
radiaciones próximas, no es un valor cuantitativo y se da cualitativamente
según la frecuencia dominante.
Brillo: Es la intensidad subjetiva con que vemos el color.
Saturación: Es la pureza del color. Cuanto mas blanco contiene menos
saturado está el color. Ej: rojo pálido
Mezcla de colores:
La mezcla de colores que da lugar a infinitas tonalidades, se puede dar de dos
maneras:


Mezcla aditiva: Se logra mezclando luces de colores sobre una pantalla blanca.
Mezcla sustractiva: Se logra mezclando pigmentos que absorben una parte de
la luz reflejando el resto.
A) Mezcla aditiva
Los colores primarios son: * Rojo
* Verde
* Azul
Red-Green-Blue (RGB)
Si mezclamos los colores obtenemos: * ROJO + VERDE = AMARILLO
* ROJO + AZUL = MAGENTA
* AZUL + VERDE = CIAN
25
Cada pareja de colores con los que se puede conseguir el blanco se llama pareja de
colores complementarios.
Se puede reproducir cualquier sensación de color mezclando diferentes cantidades de
luces roja, verde y azul. Por eso se conocen estos colores como colores primarios
aditivos.
B) Mezcla sustractiva
Los colores primarios para la mezcla sustractiva son:
MAGENTA-CIAN-AMARILLO
rojo
Azul
Azul
verde
Azul
Cian
verde
Magenta
rojo
Amarillo
verde
rojo
El pigmento cian tiene ese color porque absorbe toda la radiación roja y refleja
la verde y la azul. El pigmento amarillo absorbe todo el azul y refleja el rojo y el
verde. Si mezclamos cian y amarillo el color resultante refleja el doble de verde que
de rojo o azul y por lo tanto se ve verde. Si a esta mezcla le añadimos el magenta, que
absorbe todo el verde, el resultado será el negro.
Todos los procedimientos para imprimir colores sobre una superficie como
papel, fotos, etc se basan en la mezcla sustractiva.
La formación de colores en la televisión está basada en la mezcla aditiva ya
que no emite luz reflejada sino producida directamente en la pantalla.
26
GUÍA DE ACTIVIDADES
Actividad Nº1 La luz y sus propiedades
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
¿Qué es la luz y cuáles son sus propiedades?
¿Cómo se clasifican los cuerpos de acuerdo a su interacción con la luz?
¿Quién propuso y en que consistía la teoría de los rayos táctiles?
¿Cómo la teoría de los rayos táctiles explicaba como distinguir los diferentes
tamaños de los objetos y la aparente disminución del tamaño de un objeto al
alejarse?
¿A qué se debió que la teoría de los rayos táctiles prevaleciera durante
aproximadamente 1500 años?
¿Quién propuso, en que se basó y como se llamó la teoría que derrumbó la de
los rayos táctiles?
¿Qué es una cámara oscura?
¿Qué era lo que no podían explicar ni la teoría de los rayos táctiles ni la de los
rayos luminosos?
Actividad Nº2: ¿La luz onda o partícula?
1)
2)
3)
4)
¿Qué es una onda?
¿Qué es la transmisión de una onda?
Explica los 4 factores que diferencian una onda de otra.
Explica diferencias y semejanzas entre la teoría corpuscular propuesta por
Newton y la ondulatoria propuesta por Huyggens.
5) ¿Cuáles fueron los aportes de Fresnel y Young, Foucault y Maxwell a la teoría
ondulatoria de la luz?
6) ¿Qué es el espectro electromagnético?
7) Cuáles son las longitudes de onda y frecuencias aproximadas de: Rayos
gamma, Rayos X, Ultravioleta, luz visible, Infrarrojo, microondas, ondas de
radio y televisión.
Actividad Nº3: Interacción de la luz con la materia
1) Explica qué le puede suceder a una onda electromagnética cuando se
encuentra con un obstáculo.
2) Explica en que consiste y en que condiciones se produce la difracción de la
luz.
3) Explica el fenómeno de interferencia.
4) Realiza un esquema que muestre la reflexión de la luz indicando: superficie de
reflexión, normal, rayo incidente, rayo reflejado, ángulo incidente y reflejado.
5) ¿Qué es la reflexión de la luz y que leyes la gobiernan?
6) ¿Qué es la refracción de la luz y que leyes la gobiernan? Realiza un esquema
explicativo.
7) ¿A qué llamamos índice de refracción y de qué factores depende?
8) ¿Qué se entiende por ángulo límite?
Actividad Nº4: Problemas de refracción y ángulo límite
27
Tabla de índices de refracción
Aire
1,00029
Parafina
1,43
Alcohol
1,407
Agua
1,33333
Sal
1,5443
Cuarzo
1,4564
1) Con los datos proporcionados en la tabla, calcular el índice de refracción relativo
del alcohol con respecto al agua.
Respuesta: 1,0552
2) Sabiendo que el índice de refracción del aire con respecto al vidrio es 2/3, ¿cuál es
el ángulo de refracción para uno de incidencia de 25° 16´?.
Respuesta: 39° 49´
3) Calcular el ángulo límite para el caso del vidrio, sabiendo que el índice de
refracción del aire con respecto al vidrio es 2/3.
Respuesta: 41° 39´
4) Calcula el ángulo incidente sabiendo que un rayo viaja del agua al aire se refracta
con un ángulo de 45 grados.
5) Se sabe que el índice de refracción del agua respecto del aire es de 1,3. Si el ángulo
de refracción es de 20°, ¿cuál será el ángulo de incidencia? .
Respuesta: 26° 30´
6) Tomando como índice de refracción del agua 4/3, calcular el ángulo límite.
Respuesta: 48° 35´
7) Calcular la velocidad con la cual se propaga un rayo de luz en una sustancia cuyo
índice de refracción es 1,5 (tomar para el vacío c = 300000 km/s).
Respuesta: 200000 km/s
8) Un rayo de luz de 500 nanómetros en el aire penetra en el agua. Sabiendo que
el índice de refracción del agua es 1,33, completa la siguiente tabla utilizando
unidades del Sistema Internacional:
En el aire
En el agua
Frecuencia
Velocidad
3 108 m/s
Longitud de onda
5 10-7m
9) Un rayo de luz pasa del agua (n = 1,33) al aire con un ángulo de incidencia de
10º. Calcular el ángulo de refracción. Calcular el ángulo límite para este caso.
28
10) Calcula la velocidad de la luz en un vidrio sabiendo que su índice de refracción es
de 1.6.
11) Para conocer la velocidad de la luz en un vidrio de reciente fabricación, se hace
incidir un haz monocromático desde el vidrio al aire con un ángulo de 30º y se
observa que se refracta con un ángulo de 50º. ¿Cuál será la velocidad de la luz y el
índice de refracción del vidrio? Representa el problema gráficamente.
12) ¿Cuál será el ángulo límite para el vidrio antes mencionado?
13) Un rayo de luz monocromático entra al agua con un ángulo de 30º. Sabiendo que
el índice de refracción del agua es 1.33, calcular con que ángulo se refractará el rayo.
Actividad Nº5: Dispersión de la luz y teoría de colores.
1) Explica el fenómeno de dispersión de la la luz.
2) ¿A qué llamamos luz blanca?
3) Por qué se dispersa la luz blanca y en base a ello explica la formación del arco
iris y en qué orden aparecen los colores.
4) ¿Qué es el color y de qué factores depende?
5) Explica la diferencia entre una mezcla aditiva y una sustractiva y cuáles son
los colores primarios para cada una de ellas.
29