calculos sobre la velocidad de la luz

MÉTODOS
PARA
CALCULAR
LA VELOCIDAD
DE LA LUZ
NOMBRES:
MARLENE CONTRERAS
PAULA MONDACA
MÓNICA PAVEZ
JAVIER PÉREZ
CURSO:
CUARTO MEDIO “A”
INTRODUCCIÓN
La óptica es la parte de la física que estudia la luz y los fenómenos
luminosos. La luz es la causa de las sensaciones que llamamos luminosas,
recogidas por un órgano adecuado del cuerpo: el ojo. No se conoce con certeza
absoluta la naturaleza íntima de la luz; pero se cree con fundamento que es
producida por la vibración de las moléculas de los cuerpos, que se transmiten en
forma de ondas transversales rapidísimas. Sólo por este carácter, la rapidez de las
vibraciones, se diferencia la luz del calor.
El número de vibraciones por segundo, correspondiente a los diversos colores,
varía entre 400 billones de vibraciones por segundo para el rojo y 600 billones
para el verde.
El medio que propaga las ondas luminosas es éter luminoso cuya naturaleza no
es desconocida. Se denominan manantiales de luz los cuerpos que emiten luz
propia. El sol y las estrellas son manantiales cósmicos de luz propia; los
manantiales terrestres de luz propia son los cuerpos incandescentes sólidos,
líquidos o gaseoso.
Los cuerpos restantes no son luminosos, es decir, no emiten luz propia,
sino que emiten la que reciben de un cuerpo luminoso; la luna,los planetas, los
cuerpos terrestres a temperaturas ordinarias no son luminosos, y si no reciben luz
de un cuerpo luminoso permanecen invisibles.
La luz se propaga en línea recta. Basta observar el haz de rayos solares que
penetra por una estrecha rendija en una habitación oscura. Según lo dicho, el
espacio situado detrás de un cuerpo opaco iluminado debe quedar oscuro; este
espacio se llama sombra.
La cámara oscura es un aparato de aplicación de la propagación de la luz
en línea recta. Consiste en una caja de paredes internas ennegrecidas y cerradas,
provista de un orificio graduable y pequeño en el centro de una de sus caras, Los
rayos luminosos procedentes de un cuerpo penetran rectilíneamente en la cámara
por el orificio abierto en una de sus paredes, y nos reproduce el objeto en la
pared opuesta, pero en posición invertida. La imagen obtenida en la cámara
oscura es tanto más perfecta cuando más pequeño es el orificio.
VELOCIDAD DE LA LUZ
La velocidad de propagación de la luz ha sido determinada por varios
procedimientos, unos astronómicos y otros físicos.
DETERMINACIÓN MEDIANTE OBSERVACIONES ASTRONÓMICAS:
El astrónomo danés Olaf Roemer fue el primero en determinar
aproximadamente, en 1676, la velocidad de la luz. Trabajaba entonces con el
científico francés Cassini en el Observatorio de París e hizo este descubrimiento
al observar el eclipse de los satélites de Júpiter.
El primer satélite de Júpiter penetra en la sombra proyectada por el planeta a
intervalos de tiempo iguales t = 42h 28m 36s. Si se considera el instante E de una
primera inmersión, en el momento en que estos astros están respectivamente en
J’ y T’, es decir, cuando la distancia de la Tierra a Júpiter ha aumentado en
longitud igual a todo el diámetro de la órbita terrestre, el tiempo transcurrido
entre las dos observaciones es T=nt +, donde n es el número de eclipses que se
han producido durante el desplazamiento TT’ de la Tierra y 0 corresponde al
tiempo que ha tardado la luz en recorrer el diámetro D de la órbita terrestre, La
velocidad de
D
La luz será, por consiguiente, c = ----- .

Roemer encontró que  = 1 002 s, lo que da para la velocidad de la luz en
el vacío c =298 800 km./s.
El astrónomo inglés James Bradley confirmó este valor en 1828 gracias a la
“aberración de las estrellas fijas”, fenómeno por el cuál estas parecen describir en
un movimiento anual una eclipse cuyo diámetro aparente del eje menor es igual,
según la teoría. Al cuociente entre la velocidad de la Tierra y la velocidad de la
luz, y encontró c = 298 500 km./s.
En el siglo XIX, los físicos franceses Hippolyte Fizeau y León Foucault
inventaron aparatos para medir la velocidad de la luz en el vacío multiplicando el
resultado obtenido por el índice de refracción del aire que es aproximadamente
de 1,000 3, es decir, añadiéndole unos 85 km./h.
MÉTODO DE LA RUEDA DENTADA:
En este método, utilizado por primera vez por Fizeau en 1849, el tiempo t,
que tarda la luz en ir de una fuente luminosa a un espejo situado a varios
kilómetros y volver a la misma fuente S, se mide por el tiempo t’ necesario para
que una rueda dentada avance medio diente. Cuando estos tiempos son iguales y
si los entrantes y los dientes de la rueda tienen la misma anchura, todo rayo
transmitido a la ida por un entrante encuentra a la vuelta un diente y no se
percibe imagen de retorno. Cuando t’ es mayor o menor que t, reaparece el haz
de retorno. La velocidad de la rueda dentada se escoge de forma que se tenga un
eclipse completo y se mide esta velocidad de rotación. Si la rueda da N
revoluciones por segundo y tiene p dientes, se
1
Tendrá t’ = --------.
2Np
Si la distancia que existe entre la fuente luminosa, y el espejo es D,
2D
t = ------.
V
2D
1
En el eclipse se tendrá ------ = ------- y V = 4NpD.
V
2Np
Se puede aumentar la velocidad N y observar un eclipse k que corresponde
al paso
De k – ½ dientes entre la ida y la vuelta de la luz. Se tendrá en este caso:
4NpD
V =------------.
2k - 1
La observación del eclipse es más precisa entonces, ya que se necesita una
variación relativa de la velocidad menor para que reaparezca el haz de retorno.
Como la distancia D debe ser muy grande, el haz de retorno es pequeño y
es necesario utilizar una fuente intensa (imagen del sol, arco eléctrico). El físico
Alfred Cornu, con objeto de evitar las pérdidas de flujo luminoso entre la ida y la
vuelta, utilizó dos lentes para que el haz fuera paralelo entre la fuente y el espejo.
Los resultados encontrados fueron
1849 Fizeau
(D = 8 633 m)
V = 315 000 km./s;
1876 Cornu
(D = 23 Km)
V = 300 400 km./s;
1902 Perrotini
(D = 46 Km k = 32) V = 299 880 km./s.
MÉTODO DEL ESPEJO ROTATORIO
En este método, utilizado por primera vez por León Foucault en 1862, la
luz emitida por una rendija S es reflejada por un espejo rotatorio T, situado en el
centro de un espejo cóncavo M. Una lente L da una imagen S1 de la fuente S,
que el espejo T envía a M. Cuando la luz reflejada a la ida por el espejo T vuelve
a éste después de haber recorrido la distancia
2D
De 2TM = 2D, al cabo de un tiempo t =-------, si V es la velocidad de la luz, el
V
espejo habrá Girado un ángulo  y proporcionará una imagen S2 de S’ tal que el
ángulo S1TS2 = 2 = .
Si el espejo T gira con movimiento uniforme,  es constante y S2
permanece fija, mientras que S’ describe el espejo M. Después de pasar por la
lente L, los rayos luminosos forman una imagen S’’ de la rendija S, distinta de
esta última, que Foucault enviaba a un lado gracias a un espejo no plateado G,
midiendo luego la distancia AB = SS’’ con un ocular micrométrico L’.
La distancia D es muy grande con respecto a LT; LL’ forma un anteojo
que mide el ángulo 2 =  bajo el cual se ven dos puntos alejados S1S2 del
centro óptico C por su objetivo L. Si el espejo T da n vueltas por segundo, gira 
= 2nt en un tiempo
2D
2D
D
8nD
t = --------,  = 2n -----,  = 8n---- y V = ---------.
V
V

V


n la experiencia de Foucault, n = 800, D = 20m y  = 4’ 8’’; por
consiguiente
V = 298 000 km./s.
El método fue modificado por los norteamericanos Simon NEWCOMB Y
Albert Michelson, que encontraron los resultados siguientes:
1882 Newcomb (D = 3 700 m)
1926 Michelson (D = 35 000m)
V = 299 860 km/s
V = 299 796 km/s.
Este último método ha proporcionado hasta ahora los resultados más
similares y, por tanto, más seguros. Al no parecer dudoso el valor de estos
resultados, se admite que la velocidad de la luz en el vacío es c = 299 800 km/s,
con un error inferior a 1/10 000.
Actualmente para todos los efectos matemáticos y físicos se admite la
velocidad de la luz en 300 000 km por segundo.
BIBLIOGRAFÍA
SET ESTUDIANTIL DE FÍSICA LAROUSSE
BIBLIOTECA HISPANIA “CIENCIAS FÍSICAS Y NATURALES”
CONCLUSIÓN
Existen varios tipos de métodos para medir la velocidad de la luz, como
pudimos observar se puede medir con métodos astronómicos, espejos e
instrumentos muy complejos y sofisticados, al menos para nosotros que no
tenemos mayores conocimientos en la materia.
Las ideas de Roemer pusieron fin a la disputa entre los que suponían que
la luz se propaga instantáneamente de un punto a otro y los que sostienen lo
contrario, quedando establecido que la velocidad de la luz, aunque es muy rápida
e infinita, puede ser determinada experimentalmente.
Todos los resultados obtenidos en los tres experimentos, o mejor dicho,
procesos para obtener la velocidad de la luz, dan resultados muy parecidos y
similares.
Arbitrariamente, la velocidad de la luz se ha estimado y aproximado a
300 000 km./s.
Creemos que a veces parece casi imposible que la luz se propague a tal
velocidad, pero a través de este trabajo hemos podido cerciorarnos de que los
cálculos se hicieron con una gran precisión y que son una realidad.