LA LUZ COMO ONDA

La naturaleza de la luz

Newton consideraba que la luz estaba formada por pequeñas partículas que se movían a gran velocidad. La reflexión era producida por los rebotes de las partículas, como si fueran pelotas, en los obstáculos. Justificaba la refracción por la diferencia de atracción gravitatoria ejercida por los dos medios sobre las partículas en la proximidad de la separación, lo que las aceleraba o, al contrario, las frenaba en dirección a la superficie.

El descubrimiento de la difracción de la luz, así como la existencia de interferencias y la polarización, hizo que se impusiera, con un siglo de retraso, la idea de Huygens, contemporáneo de Newton. Huygens creía que la luz era un fenómeno ondulatorio. Otras propiedades descubiertas posteriormente -efecto fotoeléctrico, efecto Compton-, inexplicables por medios ondulatorios, pusieron en jaque estas ideas sobre la naturaleza de la luz, de manera que fue necesario nuevamente considerar sus aspectos corpusculares. Esto se tratará en los apartados que se dedicarán a la naturaleza de la materia.

 

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Propiedades ondulatorias de la luz

La comprobación de que las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz confirmó a los físicos del siglo XIX su carácter ondulatorio. No fue ésta, sin embargo, la primera propiedad que afirmó su carácter ni la más fácil de observar.

Tal vez la forma más simple den probar la propagación ondulatoria del sea mediante la polarización, con la cual se constata, además, que es una onda transversal. Un polarizador es un medio que sólo puede ser atravesado por luz cuyo campo eléctrico vibre en una dirección determinada. Al atravesar un polarizador, un haz de luz cualquiera se polariza. Si posteriormente se encuentra con otro polarizador en su camino, lo atravesará con mayor o menor intensidad según la orientación que tenga respecto al primero. Se comprueba que, haciendo girar el segundo polarizador, la intensidad de la luz que lo atraviesa varía dos veces por vuelta (desde cero hasta el valor máximo), de forma que se precisa un giro de 90° para pasar de un máximo a un mínimo o viceversa.

La difracción aparece también con facilidad. Si, a través de una rendija muy fina que gira lentamente, observamos el filamento incandescente de una bombilla, se ve cómo se desdobla en otros dos, paralelos y próximos. También aparecen desdoblamientos al observar objetos iluminados a través de redes muy finas, tales como ciertos tejidos o redes de difracción de más de 500 líneas por milímetro. Si miramos a través del espacio que queda entre dos lápices juntos podremos apreciar unas líneas alternativamente claras y oscuras, debidas también a la difracción.

 

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Las interferencias son responsables de los anillos de Newton, que aparecen por ejemplo, en la calzada húmeda en forma de irisaciones por la presencia en ella de gasolina. Cuando la luz atraviesa un medio muy fino y de grosor variable, entre los rayos de luz reflejados en cada una de las dos fronteras de la lámina se producen interferencias, las cuales dan como resultado que se anulen algunos de los colores que forman la luz incidente.

Un palo parece doblarse cuando se introduce en el agua, y el fondo de una piscina da la impresión de hundirse al acercarnos a ella. Esto es debido a la refracción; es decir, al cambio de velocidad de la luz al pasar de un medio a otro. Para medir el fenómeno, se define el índice de refracción como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio considerado.

La refracción cumple las dos leyes generales siguientes:

  1. El rayo incidente, la normal (perpendicular a la superficie) y el rayo refractado están en el mismo plano.
  2. Los senos de los ángulos que el rayo forma con la normal en cada medio están entre sí en la misma proporción que las velocidades de la onda en cada uno de ellos:

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Así pues, el ángulo es menor en el medio donde la luz va más despacio; es decir, el más refringente. Por ello, cuan- do la luz trata de pasar a un medio menos refringente, no siempre lo logra, pues, como el ángulo de salida ha de ser mayor, para ángulos suficientemente grandes, el ángulo de refracción sería mayor de 90° y no llega a salir luz del primer medio. El ángulo para el cual la luz sale rozando la superficie recibe el nombre de ángulo límite. Para ángulos superiores no hay refracción, y el rayo se refleja totalmente: es la reflexión total, causante, entre otros efectos, de los espejismos.

La imagen reflejada en un espejo o en otra superficie pulimentada y un rayo de sol desviado a voluntad mediante un objeto brillante son ejemplos de la reflexión, que es el menos ondulatorio de todos los efectos estudiados, puesto que admite una explicación distinta de la ondulatoria.

La reflexión cumple las leyes siguientes;

  1. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en un mismo plano.
  2. Los ángulos que forman los rayos incidente y reflejado con la normal son iguales.

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