Comportamiento Dual de la Luz

Comportamiento Dual de la Luz

En la antigüedad solo se interpretaba a la luz como lo opuesto a la oscuridad. Más adelante, los filósofos griegos se percataron de algo que relacionaba la distancia entre nuestros ojos, las cosas vistas y la fuente que las iluminaba. Pitágoras en su teoría: La luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todas direcciones, choca contra los objetos y rebota en ellos; cuando ésta penetra en nuestros ojos, produce la sensación de ver el objeto desde el cual rebotó. Epicuro de Samos, otro filósofo griego, señalaba: la luz es emitida por los cuerpos, en forma de rayos, éstos al entrar al ojo estimulan el sentido de la vista.

Las dos teorías anteriores explican satisfactoriamente las tres características que se habían descubierto hasta entonces: propagación rectilínea, reflexión y refracción.

1. propagación rectilínea: es decir la luz viaja en línea recta.

2. Reflexión: cuando la luz incide en una superficie lisa los rayos luminosos son rechazados o reflejados en una sola dirección y sentido como lo hace un espejo.

3. Refracción: desviación que sufre la luz al llegar a la superficie de separación entre dos sustancias de diferente densidad.

Sin embargo se descubrió en 1801 que la luz también presentaba el fenómeno de interferencia, producido al superponerse en forma simultánea dos o más movimientos ondulatorios.

En 1816 se encontró que la luz también se difractaba, es decir, si una onda encuentra un obstáculo en su camino, lo rodea o lo contornea.

La pregunta obligada era: si la luz es una onda ¿a qué tipo pertenece? Como las ondas necesitan de un medio para transmitirse, los físicos supusieron erróneamente, que dicho medio existía en todo espacio incluso en el vacío, y lo llamaron éter.

En 1865 el físico escocés James Clerk Maxwell propuso que la luz está formada por ondas electromagnéticas como las de radio y radar, esto permite su propagación, aún en el vacío, a una rapidez aproximada de 300 000 km por segundo.

En 1887 los físicos Michelson y Morley demostraron mediante el interferómetro ideado por Michelson, que no existía ningún éter envolviendo la tierra y por lo tanto, no producía ningún arrastre sobre los rayos luminosos. Concluyeron que la magnitud de la velocidad de la luz es constante, independientemente del movimiento de la tierra.

A finales del siglo XIX se descubre el fenómeno fotoeléctrico, el cual consiste en la transformación de la energía luminosa en energía eléctrica; cuando un rayo de luz de determinada frecuencia incide sobre una placa metálica, éste es capaz de arrancar de ella un haz de electrones generándose una corriente eléctrica. Este fenómeno y el de dispersión producida cuando se hace perder energía a un haz de electrones de gran rapidez debido a que son frenados por el choque de la superficie de un metal, solo pueden ser explicados si se considera que la luz está formada por partículas o corpúsculos y no por ondas. Ello, debido a que en esos fenómenos la luz se comporta como si estuviera formada por paquetes discretos de energía llamado Cuantos o Quanta, en el caso particular de la luz se les denomina fotones. Estos últimos arrancan electrones de un metal como si se tratara de corpúsculos en movimiento que chocan con los electrones en reposo.

Actualmente se considera que la luz tiene naturaleza dual, porque algunas veces se comporta como onda y otras como partícula. En conclusión, la luz es una energía radiante transportar a través de fotones y transmitida por un campo ondulatorio.

Propagación rectilínea de la luz

La luz se propaga en línea recta a una magnitud de velocidad aproximada de 300,000 km/s en el vacío. Una demostración experimental de éste principio es el hecho de que los cuerpos produzcan sombras bien definidas.

Métodos de Röemer y Michelson para determinar la rapidez o magnitud de la velocidad de la luz.

El astrónomo danés Olaf Röemer fue el primero en calcular la magnitud de la velocidad de la luz en forma muy aproximada. Su método consistió en observar al planeta Júpiter y sus satélites. Encontró que uno de ellos se eclipsaba atrás de él cada 42.5 horas, pero cuando la tierra estaba en su punto más alejado de Júpiter el eclipse se retrasaba 22 minutos, es decir, 1,320 segundos. Röemer concluyó que el retraso se debía al tiempo en el cual la luz atravesaba la órbita terrestre que es de 3x108 km/s. Al dividir el diámetro de la órbita terrestre entre el tiempo de retraso encontró una magnitud de la velocidad de la luz muy aproximada, equivalente a 227,272 km/s.

En 1907, el físico estadunidense de origen polaco Alberto Michelson obtuvo el premio nobel de física por haber calculado con mucha exactitud la magnitud de la velocidad de la luz. Su método consistió en disponer 8 espejos planos para formar un prisma octagonal regular, el cual reflejaba la luz y giraba en velocidades angulares muy grandes previamente determinadas

Vemos que un rayo luminoso muy intenso incide en el espejo plano número 1, se refleja y llega al espejo esférico B hallado a una distancia aproximada de 35.4 kms.; nuevamente es reflejado ahora por el espejo esférico y regresa para ser reflejado en el espejo plano número 3, finalmente, el rayo es observado mediante un anteojo. Para determinar la magnitud de la velocidad de la luz los espejos planos deben girar 1/8 de vuelta mientras el rayo luminoso se mueve de A a B y regresa a C.

Conociendo la distancia que hay entre A y B multiplicada por 2 dividimos esa distancia en 1/8 de tiempo que tarda el prisma octagonal en dar una vuelta completa con la cual se podrá determinar la magnitud de la velocidad de la luz. Michelson la calculó en 299,705.5 km/s.

Intensidad luminosa y flujo luminoso

La intensidad luminosa es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso para cuantificar la intensidad luminosa de una fuente de luz, se utiliza en SI la candela (cd) y en el CGS la bujía decimal (bd).

Una candela equivale a 1/60 de la intensidad luminosa que emite un cm2 de un cuerpo negro a la temperatura del punto de fusión del platino (1,773° C).

Una bujía decimal equivale a la intensidad luminosa producida por una vela de 2 cm de diámetro, cuya llama es de 5 cm la altura. Una intensidad luminosa de una candela, es equivalente a una intensidad luminosa de una bujía decimal: 1 cd = 1 bd.

El flujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen (lu). Un lumen es el flujo luminoso recibido durante un segundo por una superficie de 1 km2 limitada dentro de una esfera de un metro de radio y en cuyo centro se encuentra

...