Introducción al estudio de la luz

Transcripción

1 Introducción al estudio de la luz La luz es una energía electromagnética radiante, que por esta reacción puede ser percibida sin ningún problema por el ojo humano. Teorías de la luz: Teoría corpuscular Teoría ondulatoria Teoría electromagnética Teoría cuántica XVIII XIX XX - Teoría corpuscular: Fue planteada por Isaac Newton a fines del siglo XVII. Sostiene que la luz está formada por pequeñas partículas sin masa (corpúsculos). Estas partículas son provenientes de fuentes luminosas y se mueven con rapidez en línea recta. Por esta razón, estas partículas pueden atravesar cuerpos transparentes. Aún así, con cuerpos opacos estas son rebotadas y es por esto que no se podía ver lo que había detrás. - Teoría cuántica: Max Planck, un físico alemán, planteó esta teoría en Sostenía la idea de que los intercambios de energía entre la materia y la luz solo eran posibles por cantidades finitas e ínfimas. Esta teoría no fue exitosa ya que Planck no pudo explicar los fenómenos ondulatorios. Cabe destacar que esta teoría fue luego utilizada en 1905 por Albert Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico por medio de los corpúsculos de luz (fotones). - Teoría electromagnética: A fines del siglo XIX James Clerk Maxwell planteó una teoría que unía y relacionaba los fenómenos eléctricos y magnéticos. Los campos eléctricos variables generan campos magnéticos y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos. Por lo tanto, una partícula quieta solamente siente los campos eléctricos, y en movimiento tambien los magnéticos. También, decía que una partícula que se encuentra en movimiento crea tanto un campo eléctrico como uno magnético, aunque 1

2 solamente quiera crear el eléctrico. De esta forma se puede decir que el campo magnético tiene su origen en el movimiento de las partículas cargadas eléctricamente. - Teoría ondulatoria: Christian Huygens, un astrónomo y físico holandés, planteó esta teoría en Sostenía que la luz era un movimiento ondulatorio del mismo tipo que el sonido. Estas ondas corresponden al movimiento específico que sigue la luz al propagarse a través del vacío en un medio insustancial e invisible llamado éter. Indica que la rapidez de la luz disminuye al penetrar al agua, lo que explica la refracción y reflexión, dos propiedades de la luz. Propiedades de la luz: - Absorción: Esta propiedad sucede cuando un rayo de luz incide sobre una superficie oscura y la energía es absorbida y trasmitida en calor. Esto significa que cuando una luz blanca incide sobre una superficie, nosotros vemos a esa superficie del color que NO se absorbió. Es decir, una manzana es roja porque la luz fue absorbida y solamente el color rojo fue reflejado. Cuando vemos un objeto de color blanco, significa que el material no absorbió los colores, es decir que reflejó todos. Cuando vemos un objeto de color negro es porque ese material absorbió todos y no reflejó ninguno. - Reflexión: Es el cambio de dirección de una onda magnética cuando incide sobra la superficie de un cuerpo. Dependiendo el material sobre el cual incide, dependerá cómo ésta se refleje. Si la luz incide en una superficie plana y brillosa, la reflexión va a ser especular. Este tipo de reflexión tiene cómo caracteriza que su ángulo de incendia es igual a su ángulo de reflexión, lo cual significa que es reflejada en una sola 2

3 dirección. Si la luz incide sobre una superficie sin brillo (mate), la reflexión será difusa. Esto significa que al incidir sobre la superficie, la luz es reflejada en diferentes direcciones. También está el caso intermedio, que se lo denomina teoría del color. Esto suele suceder en superficies de metal sin pulir. En estos casos la reflexión de la luz predomina en una dirección pero aún así también tiene un aspecto difuso. Reflexión especular Reflexión difusa -Refracción: Ocurre cuando un rayo de luz incide de manera oblicua en un medio con diferente velocidad de propagación a la del medio en el que venía. Esto implica que el rayo desvíe su camino y vaya en una dirección un poco diferente a la que venía. El cambio de dirección es mayor cuanto mayor es el cambio de velocidad, ya que la luz recorre mayor distancia en su desplazamiento por el medio en que va más rápido. El agua, tiene una velocidad diferente de propagación que la del aire, y es por eso que la luz en el aguase refracta. Caben destacar dos cosas muy importantes con respecto a esta propiedad: La normal, el rayo incidente y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano. Hay una formula (ley de Snell) que se puede utilizar para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. 3

4 -Dispersión: Los factores que afectan a esta propiedad son los mismos que afectan a la refracción. La dispersión sucede cuando la luz atraviesa por ejemplo un prisma, y salen siete rayos de colores, cada uno con su onda, que son los que vemos en el arco iris. En otras palabras, es la separación de la luz en sus colores. -Difracción: Ocurre cuando las ondas (pueden ser también sonoras), chocan con un objeto o pasan por una rendija. Esto crea (en el caso de las luz) que se vea una zona oscura, una zona de luz directa (que es la luz que no fue interpuesta) y una zona de penumbra entre las dos zonas. La visión humana La visión es uno de los principales sentidos sensoriales tanto el la raza humana como el la mayoría de las especies animales. Se desarrolla a través de los rayos de luz que entran a nuestros ojos, órganos receptores que llevan la señal o mejor dicho la imagen al cerebro a través de los nervios. Gracias a esta podemos tener la capacidad de comprender nuestro alrededor. La visión se logra cuando las ondas de luz con cierta longitud son perceptibles y a las cuales el ojo, junto con el cerebro, trasforman en visión. 4

5 El ojo funciona como una cámara fotográfica, o mejor dicho, una cámara fotográfica cómo un ojo. La luz pasa a través de la córnea (membrana exterior que rodea al ojo) y llega a la pupila (abertura en el centro del iris) que se contrae o expande según su intensidad. La pupila tiene el mismo papel que cumple el diafragma de una cámara de fotos, con más luz se contrae y con menos se expande. El cristalino del ojo será quien proyecte las imágenes enfocadas en la retina. El cristalino se deteriora con los años y pierde capacidad de acomodación. La retina recibe la imagen invertida en sus paredes. La luz estimula los conos y los bastones quienes transforman esa información en impulsos nerviosos. Es el cerebro el que interpreta las imágenes, las invierte e interpreta colores, formas etc. El ojo funciona solamente como un aparato receptor de la imagen proyectada con la luz y luego la envía al cerebro. 1 Análisis comparativo A medida que fui haciendo este trabajo, me di cuenta la historia y el trabajo que hay detrás de cada teoría científica de la luz. Ha habido muchas teorías que fracasaron y pocas que fueron reconocidas por las generaciones hasta el día de hoy. Pero aún así cabe destacar que todas la teorías tuvieron importancia para lo que es hoy el conocimiento de la luz a través de la ciencia. Comenzando con el antiguo astrónomo y físico holandés, Christian Huygens, quien planteó la exitosa teoría ondulatoria hasta el fracaso de Max Planck en 1900, con su 1 Información textualmente y parafraseada extraída de: Funcionamiento del ojo. (n.d.). Recuperado: April 1, 2015, Disponible en: y Capítulo 2: La visión humana. (n.d.). Recuperado: April 1, 2015, Disponible en: 5

6 teoría de cuántica, todas estas influyen en lo que hoy tenemos como conocimiento. A pesar del fracaso de Planck, esta teoría pudo ser éxitos años después con la ayuda y la profunda investigación del famoso científico Albert Einstein. Este, pudo finalmente explicar el efecto fotoeléctrico por medio de corpúsculos de luz. Aún así podemos ver cómo Einstein también utilizó otra teoría previamente descubierta y planteada por Isaac Newton a final del siglo XVII. Gracias a estos muy reconocidos científicos, hoy en día podemos tener y comprender las distintas propiedades de la luz. Podemos comprender cómo cada objeto tiene su color gracias a la propiedad de la absorción, que explica cómo los distintos materiales absorben los colores y reflejan los otros, dando así el color al objeto. También podemos comprender el efecto de los espejos y por qué no nos podemos reflejar en materiales mate, gracias a la propiedad de la reflexión. Algo que nos aprece asombroso a la mayoría de las personas es el efecto arcoíris que se explica con la dispersión. También, podemos entender porqué cuando miramos un vaso con agua que contiene un objeto dentro, parece estar deformado cuando lo vemos mitad adentro y mitad afuera con la refracción. Todas estas propiedades fueron descubiertas gracias a las teorías de la luz que fueron previamente establecidas por dichos científicos mencionados anteriormente. Si no fuera por todos ellos, no sabríamos hoy cómo está compuesta la luz. Cabe destacar, que tanto el fracaso cómo el éxito de ellos influenció de manera fundamental en lo que hoy estudiamos. 6

7 Bibliografía utilizada Funcionamiento del ojo. (n.d.). Recuperado: April 1, 2015, Disponible en: Capítulo 2: La visión humana. (n.d.). Recuperado: April 1, 2015, Disponible en: Absorción, reflexión y transmisión. (n.d.). Recuperado: April 1, 2015, Disponible en: Reflexión especular y difusa. (n.d.). Recuperado: April 1, 2015, Disponible en: La luz y sus propiedades. (n.d.). Recuperado: April 1, Disponible en: PDF disponibles en el blog del profesor: