TEORÍAS DE LA LUZ. Teoría Corpuscular

Transcripción

1 TEORÍAS DE LA LUZ Las teorías propuestas por los científicos para explicar la naturaleza de la luz han ido cambiando a lo largo de la historia de la ciencia, a medida que se van descubriendo nuevas evidencias que permiten interpretar su comportamiento, como corpúsculo, onda, radiación electromagnética, cuanto o como la mecánica cuántica. Teoría Corpuscular Teoría planteada en el siglo xvii por el físico inglés Isaac Newton. Señalaba que la luz consistía en un flujo de pequeñísimas partículas o corpúsculos sin masa, emitidos por las fuentes luminosas, que se movía en línea recta con rapidez. Gracias a esto, eran capaces de atravesar los cuerpos transparentes, que permite ver a través de ellos. En cambio, en los cuerpos opacos, los corpúsculos rebotaban, por lo cual no se puede observar a través de ellos. Esta teoría explicaba con éxito la propagación rectilínea de la luz, la refracción y la reflexión, pero no los anillos de Newton, las interferencias y la difracción. Además, experiencias realizadas posteriormente permitieron demostrar que esta teoría no aclaraba en su totalidad la naturaleza de la luz. Teoría Ondulatoria Teoría planteada por el científico holandés Christian Huygens, contemporáneo de Newton. Esta teoría postula que la luz emitida por una fuente estaba formada por ondas, que correspondían al movimiento específico que sigue la luz al propagarse a través del vacío en un medio insustancial e invisible llamado éter. Además, índica que la rapidez de la luz disminuye al penetrar al agua. Con ello, explica y describía la refracción y las leyes de la reflexión. En sus inicios, esta teoría no fue considerada debido al prestigio de Newton. Pasó más de un siglo para que fuera tomada en cuenta. Como consecuencia, quedó de manifiesto que su poder explicativo era mayor que el de la teoría corpuscular. Teoría Electromagnética En el siglo XIX, se agregan a las teorías del físico James Clerk Maxwell, quien explica que los fenómenos eléctricos están relacionados con los fenómenos magnéticos. Señala que cada variación en el campo eléctrico origina un cambio en la proximidad del campo magnético e, inversamente. Por lo tanto, la luz es una onda electromagnética trasversal que se propaga perpendicular entre sí. Este hecho permitió descartar que existiera un medio de propagación insustancial e invisible. Sin embargo esta teoría deja sin explicación fenómenos relacionados con el comportamiento de la luz en cuanto a la absorción y la emisión: el efecto fotoeléctrico y la emisión de luz por cuerpos incandescentes. 1

2 Teoría de los Cuantos Max Planck establece que los intercambios de energía entre la materia y la luz solo son posibles por cantidades finitas o cuántos de luz, que posteriormente se denominan fotones. La teoría no puede explicar los fenómenos de tipo ondulatorio, como son las interferencias, las difracciones, entre otros. Posteriormente, basándose en la teoría cuántica de Planck, en 1905 el físico de origen alemán Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de los corpúsculos de luz, a los que llamó fotones. Con esto propuso que la luz se comporta como onda en determinadas condiciones. Mecánica Ondulatoria Esta teoría reúne tanto la teoría electromagnética como la de los cuantos heredadas de la teoría corpuscular y ondulatoria, con lo que se evidencia la doble naturaleza de la luz. El que esta se comporte como onda y partícula fue corroborado por el físico francés Luis de Broglie, en el año 1924, quién agregó, además, que los fotones tenían un movimiento ondulatorio, o sea que la luz tenia un comportamiento dual. Así, la luz, en cuanto a su propagación, se comporta como onda, pero su energía es trasportada junto con la onda luminosa por unos pequeños corpúsculos que se denominan fotones. Esta teoría establece, entonces, la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción con la materia ( proceso de emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética de su propagación. Propiedades de la luz. Absorción La absorción de la radiación electromagnética es el proceso por el cual dicha radiación es captada por la materia. Cuando la absorción se produce dentro del rango de la luz visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al ser absorbida, puede, bien ser reemitida o bien transformarse en otro tipo de energía, como calor o energía eléctrica. Los colores que muestra el espectro (arco iris) son la combinación de los colores primarios, que no incluyen el blanco ni el negro, pues éstos se consideran valores. El blanco estaría indicando presencia de luz y el negro ausencia de luz. 2

3 Reflexión.- El fenómeno de reflexión de un haz de luz en la interfaz de dos medios es muy semejante al rebote de un cuerpo elástico sobre una pared muy rígida; de hecho se observa que el ángulo reflejado r resulta ser exactamente igual al ángulo incidente i donde ambos están referidos al ángulo que forman los haces reflejados e incidente respecto a la normal al plano de la frontera entre los dos medios (interfaz). La transmisión Ley de la reflexión i = r Se puede considerar una doble refracción. Si pensamos en un cristal; la luz sufre una primera refracción al pasar del aire al vidrio, sigue su camino y vuelve a refractarse al pasar de nuevo al aire. Si después de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria se dice que la transmisión es regular como pasa en los vidrios transparentes. Si se difunde en todas direcciones tenemos la transmisión difusa que es lo que pasa en los vidrios translúcidos. Y si predomina una dirección sobre las demás tenemos la mixta como ocurre en los vidrios orgánicos o en los cristales de superficie labrada. Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen son absorbidos por la superficie y el resto son reflejados Refracción.- Se refiere a la observación de que el haz transmitido en un medio transparente, justamente al pasar la frontera, cambia de dirección. Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción. 3

4 Teoría de la dispersión La teoría de la dispersión es un marco para el estudio y la comprensión de la dispersión de ondas y partículas. De forma prosaica, la dispersión de ondas corresponde a la colisión y dispersión de una onda con algún objeto con materia, por ejemplo: la dispersión de la luz solar por las gotas de lluvia para formar un arco iris. Difracción En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz visible y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, el haz colimado de ondas de luz de un láser debe finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor. 4

5 2. Análisis comparativo A lo largo de la historia s han planteado diferentes teorías de la luz, con los datos y los conocimientos obtenidos hasta ese momento, todas abiertas a cambios. Desde un comienzo surgio la Teoría Corpuscular planteada por Newton que sirvio como base para seguir la investigacion. La Teoría Ondulatoria planteada por el científico holandés Christian Huygens fue en un principio desestimada por la relevancia que tenia Newton en ese momento. La teoria Teoría Electromagnética permitió descartar que existiera un medio de propagación insustancial e invisible, un gran avance hasta ese momento. La Teoría de los Cuantos permitio Posteriormente, basándose en la teoría cuántica de Planck, el físico de origen alemán Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de los corpúsculos de luz, a los que llamó fotones. Mecánica Ondulatoria Esta teoría reúne tanto la teoría electromagnética como la de los cuantos heredadas de la teoría corpuscular y ondulatoria, con lo que se evidencia la doble naturaleza de la luz. Así, la luz, en cuanto a su propagación, se comporta como onda, pero su energía es trasportada junto con la onda luminosa por unos pequeños corpúsculos que se denominan fotones. El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza. En el 55 A.C., Lucrecio, un poeta romano atomista, escribió: "La luz y calor del sol; Estas están compuestas de átomos diminutos que, cuando se metieron, no pierden ningún tiempo en el tiroteo intermedio del aire en la dirección impartida por el empujón. " De rerum natura 5

6 Bibliografía (consulta 4 de mayo 2015) (consulta 4 de mayo 2015) (consulta 4 de mayo 2015) (consulta 4 de mayo 2015) (consulta 4 de mayo 2015) (consulta 4 de mayo 2015) (consulta 4 de mayo 2015) 6