Christian Huygens

LA LUZ

ANTECEDENTES

Christian Huygens y la teoría ondulatoria de la luz: Físico y astrónomo holandés cuyos grandes aportes los realizó en el campo de la dinámica y la óptica. Inventó el reloj de péndulo y realizó la primera exposición de la teoría ondulatoria de la luz. Fue descubridor de los anillos de Saturno y de Titán su satélite mayor.

En 1681 publicó su tratado sobre la teoría ondulatoria de la luz. Para él, la luz era un movimiento vibratorio en el éter, que se difundía y producía la sensación de luz al tropezar con el ojo. Con base en su teoría, pudo deducir las leyes de la reflexión y la refracción, y explicar el fenómeno de la doble refracción.

Esta teoría quedó olvidada hasta la primera mitad del siglo XIX, cuando Thomas Young sólo era capaz de explicar el fenómeno de las interferencias suponiendo que la luz fuese en realidad una onda. Otros estudios de la misma época explicaron fenómenos como la difracción y la polarización teniendo en cuenta la teoría ondulatoria.

Isaac Newton demostró que la refracción estaba provocada por el cambio de velocidad de la luz al cambiar de medio y trató de explicarlo diciendo que las partículas aumentaban su velocidad al aumentar la densidad del medio. La comunidad científica, consciente del prestigio de Newton, aceptó su teoría corpuscular.

Fue Newton quien mostró que la luz blanca es una superposición de ondas con diferentes frecuencias, pudiéndose descomponer ésta de forma artificial mediante un prisma. Sus investigaciones en óptica se recopilaron en su obra óptica aparecida en 1704, unos años después de su para entonces famosa obra Los Principia. La naturaleza nos deleita con esa descomposición espectral de la luz blanca al producir un arcoiris. La luz solar es refractada en las gotas de lluvia. Hoy en día asociamos a cada color un índice de refracción, y explicamos el diferente grado de refracción de la luz a través del prisma o de las gotas de agua diciendo que hay una dispersión cromática.

El modelo corpuscular se asentó con la obra de Newton a inicios del siglo XVIII. La medición de la velocidad de la luz realizada por Foucault fue un duro golpe para este modelo, a partir del cual se predecía que la luz al propagarse por un material lo haría con una velocidad mayor que la que posee en el vacío. Ya para las primeras décadas del siglo XIX el modelo ondulatorio había tomado fuerza siendo uno de sus principales exponentes el físico francés Augusto Fresnel. Los fundamentos de su formalismo, a pesar de haber sido derivado dentro del contexto erróneo de un supuesto medio etéreo en el cual se propagaba la luz, es la base del análisis de las propiedades ópticas de recubrimientos hoy en día. Este modelo ondulatorio llegó a su punto culminante con el tratado de electricidad y magnetismo por James Clerk Maxwell en 1864. Se podría haber pensado entonces que el modelo corpúscular de la luz había pasado a la historia. Pero no fue así. Hechos experimentales como el efecto fotoeléctrico, por cuya explicación recibió Einstein el premio Nobel en 1905, así como el surgimiento de la física cuántica en las primeras décadas del siglo XX dio paso a la llamada dualidad onda-partícula, ya no solo para la luz sino para todo objeto material. Así es como concebimos la luz hoy en día, dentro de esta dualidad: ciertos fenómenos ópticos pueden ser satisfactoriamente interpretados a la luz de conceptos propios de los fenómenos ondulatorios, otros requieren de una perspectiva en la cual la luz es concebida como un flujo de fotones.

LA LUZ: Se llama luz a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible.

Los físicos de hoy interpretan la luz acudiendo a modelos corpusculares u ondulatorios. Determinadas experiencias con la luz son interpretadas de modo satisfactorio recurriendo a propiedades características de las ondas como la frecuencia, longitud de onda, intensidad, fase, polarización. Otras experiencias solo llegan a ser interpretadas de manera satisfactoria recurriendo a un modelo corpuscular en el cual la luz consta de un flujo de fotones, cada uno de ellos llevando una cierta energía y cantidad de movimiento.

Teoría ondulatoria de la luz: considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos. De esta forma, la onda se auto propaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación.

Teoría corpuscular de la luz: La teoría corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partículas sin carga y sin masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiación electromagnética. Esta interpretación resurgió debido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energía sólo en cantidades discretas de energía denominadas cuantos. Este hecho es difícil de combinar con la idea de que la energía de la luz se emita en forma de ondas, pero es fácilmente visualizado en términos de corpúsculos de luz o fotones.

PROPIEDADES DE LA LUZ

La luz se propaga en línea recta: La línea recta que representa la dirección y el sentido de la propagación de la luz se denomina rayo de luz (el rayo es una representación, una línea sin grosor, no debe confundirse con un haz, que sí tiene grosor). Un hecho que demuestra la propagación rectilínea de la luz es la formación de sombras. Una sombra es una silueta oscura con la forma del objeto.

La luz se refleja: La reflexión de la luz se representa por medio de dos rayos: el que llega a una superficie, rayo incidente, y el que sale "rebotado" después de reflejarse, rayo reflejado.

Si se traza una recta perpendicular a la superficie (que se denomina normal), el rayo incidente forma un ángulo con dicha recta, que se llama ángulo de incidencia.

La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar contra la superficie de los cuerpos. La luz reflejada sigue propagándose por el mismo medio que la incidente.

La reflexión de la luz cumple dos leyes:

- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano perpendicular

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