La Luz: Naturaleza, Comportamiento y Fenómenos
Características de la Luz
La luz es una onda electromagnética tridimensional, viajera, transversal y usualmente periódica, dependiendo de la fuente. Se genera en el interior de los átomos mediante un proceso llamado emisión cuántica, donde los electrones saltan de un nivel de energía mayor a uno menor, liberando fotones. Los fotones carecen de masa y se desplazan a una velocidad de 300.000.000 m/s.
Cada elemento químico emite luz con una distribución particular de frecuencias (colores) debido a la emisión cuántica.
Teorías sobre la Luz
Existen dos teorías principales que explican el comportamiento de la luz:
Teoría Corpuscular (Newton):
Propone que la luz está compuesta por partículas llamadas corpúsculos.Teoría Ondulatoria (Huygens):
Plantea que la luz se propaga como una onda.
A principios del siglo XX, se aceptó que la luz presenta un comportamiento dual, actuando como partícula (corpúsculo) y como onda, lo que se conoce como dualidad onda-partícula.
Comportamiento Ondulatorio de la Luz
Una onda electromagnética está formada por dos campos perpendiculares entre sí: un campo magnético y un campo eléctrico. La teoría electromagnética de Maxwell establece que la luz es una forma de radiación electromagnética que viaja en el vacío a la velocidad de la luz.
Las distintas formas de radiación electromagnética comparten la misma naturaleza y velocidad, diferenciándose en su longitud de onda y frecuencia. La luz visible, por ejemplo, tiene un rango de longitud de onda entre 400 y 750 nanómetros.
- Longitud de onda de 400 nm: color violeta
- Longitud de onda de 750 nm: color rojo
La longitud de onda determina el color de la luz.
El Espectro Electromagnético
Es la clasificación de las ondas electromagnéticas según su longitud de onda y frecuencia. A continuación, se listan distintos tipos de radiaciones ordenadas de menor a mayor frecuencia (y de mayor a menor longitud de onda):
- Ondas de radio (celulares)
- Microondas (detectores de velocidad)
- Luz visible
- Ultravioleta
- Rayos X
- Rayos gamma
Cuanto más abajo en la lista, menor es la longitud de onda y mayor la frecuencia.
Comportamiento Corpuscular de la Luz: Efecto Fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico, descubierto por Hertz, demuestra el comportamiento corpuscular de la luz. Este fenómeno ocurre cuando la luz incide sobre una superficie metálica, haciendo que los electrones acumulen energía y puedan liberarse del metal. Einstein explicó que este efecto se produce porque un cuanto de luz (fotón) golpea un electrón, entregándole suficiente energía para expulsarlo del metal.
Luz y Sombra
La luz se propaga en línea recta, lo que explica la formación de sombras. La sombra total se llama umbra, donde no penetran los rayos de luz. Las zonas que reciben parte de los rayos luminosos se llaman penumbra.
- Una fuente pequeña de luz produce una sombra nítida.
- Una fuente de mayor tamaño produce sombras con umbra y penumbra.
La distancia a la fuente luminosa también afecta la forma de la sombra.
Los objetos que no producen sombra se llaman transparentes, mientras que aquellos que dejan pasar parcialmente la luz se llaman translúcidos.
Fenómenos de la Luz
La interacción de las ondas de luz con otras ondas o con la materia produce diversos fenómenos:
Interferencia:
Se produce cuando dos o más ondas se superponen, formando una nueva onda con mayor o menor amplitud.Difracción:
Ocurre cuando una onda luminosa encuentra un obstáculo que limita parcialmente su paso, teniendo que rodearlo.Refracción:
Se produce cuando la onda luminosa cambia de medio, modificando su velocidad y dirección.Reflexión:
Ocurre cuando la onda choca con un medio que no puede atravesar, volviéndose al mismo medio. Este fenómeno nos permite ver los objetos.Polarización:
Se presenta en ciertos tipos de láminas que permiten el paso de rayos de luz con cierta dirección, bloqueando el resto.
Luz y Colores
Cuando la luz incide sobre un objeto, parte de la energía es absorbida y otra parte es reflejada. Lo que se refleja es lo que percibimos como color y corresponde a la longitud de onda de la onda reflejada. Los colores son interpretaciones de nuestro cerebro a las diferentes longitudes de onda de la luz.