Fenomeno De La Luz

FENOMENO DE LA LUZ

La luz es una forma de radiación electromagnética, llamada energía radiante, capaz de excitar la retina del ojo humano y producir, en consecuencia, una sensación visual.

Ya vimos que el concepto luz tiene absoluta relación con quien la percibe, y que es a través de ella que el hombre se conecta visualmente con el mundo que lo rodea.

La energía radiante fluye en forma de ondas en cualquier medio con una dirección determinada (propagación rectilínea), y sólo es perceptible cuando interactúa con la materia, que permite su absorción o su reflejo. Hay entonces un cuerpo emisor de la energía radiante y otro que la recibe. Esta interacción o transferencia de energía de un cuerpo a otro se denomina radiación.

Físicamente se puede interpretar la luz de 2 maneras, asociadas entre sí:

 Como una onda electromagnética,

 Como un corpúsculo o partícula.

CARACTERÍSTICAS DE LA LUZ

• Amplitud (altura de la onda).

• Longitud de onda (comportamiento espacial): ? [nm] .

• Velocidad: c [km/seg] es la distancia que recorre la onda en 1 segundo.

• Frecuencia (comportamiento temporal): v [hz], definida por el número de ondas que pasan en un segundo por un punto fijo. Tiene relación con la longitud de onda, ya que depende de su tamaño. Se estima en la longitud de onda multiplicada por 1014 ciclos por segundo.

La luz se transmite en el vacío a la velocidad que denominamos “velocidad de la luz” (299.792,458 km/seg, según la teoría de la relatividad de Einstein), comprendiendo diferentes longitudes de onda y frecuencias. Cuando cambia de medio (aire, agua, vidrio, etc.) cambia su velocidad y su longitud de onda, permaneciendo constante su frecuencia.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Y ESPECTRO VISIBLE

Se denomina espectro electromagnético al ordenamiento de la energía radiante según la longitud de onda o la frecuencia. Se extiende desde longitudes de onda de 10-16 hasta 105 metros. En el extremo de las frecuencias más altas (onda corta) de mayor energía están los rayos cósmicos (emitidos durante reacciones nucleares).

En el otro extremo se encuentran las ondas largas, utilizadas para comunicaciones de radio, que van de unos milímetros a kilómetros de longitud de onda. Entre estos extremos están los rayos X, los UV (ultravioleta), los visibles y los IRC (infrarrojos). Los últimos tres son los de mayor importancia en el campo de la iluminación.

Para medir el espectro visible la unidad de medida más usada es el nanómetro (nm), que equivale a 10-9 metros.

El espectro visible es la porción del espectro electromagnético percibida por el ojo humano, y comprende las emisiones radiantes de longitud de onda desde los

380 nm hasta los 780 nm (puede variar según la bibliografía utilizada). La luz blanca percibida es una mezcla de todas las longitudes de onda visibles. El espectro visible se puede descomponer en sus diferentes longitudes de onda mediante un prisma de cuarzo, que refracta las distintas longitudes de onda selectivamente.

El ojo humano discrimina entre las distintas longitudes y frecuencias de onda presentes en este rango por la sensación de color.

Los azules y violetas corresponden a longitudes de onda cortas, el rojo y el naranja corresponden a longitud de ondas largas, y en el medio encontramos el verde y el amarillo.

Una radiación luminosa monocromática correspondería en teoría a una sola longitud de onda, lo que no se da empíricamente. Las fuentes de luz que más se asemejan a este tipo de emisión, por cubrir una banda mínima de longitudes de onda, son el láser y la lámpara de sodio baja presión.

Los rayos ultravioletas (UV) y los infrarrojos (IRC) no son detectados visualmente, pero pueden serlo fisiológicamente. Si son suficientemente intensos provocan una sensación de calor o una cierta coloratura sobre la piel (bronceado). Puede considerarse que la radiación ultravioleta va desde los 350 nm hasta los 10 nm.

Los rayos infrarrojos, que incluyen la energía calorífica radiante, abarcan las longitudes de onda situadas aproximadamente entre 750 nm y 1 mm.

La radiación solar que llega a la tierra cubre un espectro de ondas electromagnéticas con longitudes de onda que van desde los 290nm a los 1700nm.

Radiaciones electromagnéticas de menor longitud de onda son absorbidas por la capa de ozono y las mayores son modificadas y absorbidas por el dióxido de carbono y el vapor de agua.

Cada fuente de luz tiene un modelo espectral que la representa, que grafica la cantidad porcentual de emisión lumínica que brinda esa fuente de luz para cada longitud de onda.

En el eje vertical indica porcentajes de energía, y en el horizontal cada una de las longitudes de onda visibles.

Pueden diferenciarse distintos modelos de espectros:

 Espectros continuos, como el que se obtiene al descomponer la luz solar y el de las emisiones lumínicas producidas por cuerpos sólidos (incandescencia).

 Espectros de líneas, como el que se obtiene de lámparas con emisiones lumínicas producidas a través de descarga de gases o cuerpos gaseosos en general.

FENÓMENOS ASOCIADOS A LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ

En el siglo XVII Pierre de Fermat escribe: “La dirección tomada por la luz es la del trayecto que demanda menos tiempo, es decir, el más corto”.

De esta hipótesis se han deducido tres leyes fundamentales para el estudio del comportamiento de la luz, considerando distintas trayectorias posibles de la luz para ir de un punto a otro: propagación directa / reflexión / refracción.

Una de las consecuencias de estas construcciones es el “principio de reciprocidad de los caminos ópticos” que permitió el diseño de dispositivos ópticos para concentrar la luz de una fuente. De este principio se predice que la velocidad de la luz en un medio más denso debe ser menor que en el menos denso.

Cuando un haz de luz atraviesa un medio material, se redirección de acuerdo con las características particulares del medio, en la mayoría de los casos diversificándose en haces secundarios y en otras emisiones energéticas, tales como calor. Las operaciones más comunes son:

 Reflexión

 Refracción

 Dispersión

 Absorción

 Difusión

 Polarización

 Difracción

 Interferencia

 Reflexión especular

La reflexión de la luz ocurre cuando

...