La Gatera de la Villa nº 51. Revista cultural sobre Madrid..
Naturaleza de la luz
1. La luz
Naturaleza de la luz
La luz presenta una naturaleza compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una onda
o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad
onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos
clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica:
Teoría ondulatoria
Esta teoría 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. la onda se autopropaga
indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente.
Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales
Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros habituales de cualquier
onda:
• Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en
su desplazamiento.
• Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un
punto fijo en el espacio.
• Frecuencia (f): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa
al periodo.
• Longitud de onda (λ): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas.
• Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En
el caso de la rapidez de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.
La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda están relacionadas por las siguientes
ecuaciones:
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2. Teoría corpuscular
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 (múltiplas de un valor mínimo) 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.
La luz se propaga en línea recta
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.
Sombras, penumbras y eclipses
- Si un foco, grande o pequeño, de luz se encuentra muy lejos de un objeto produce sombras nítidas.
- Si un foco grande se encuentra cercano al objeto, se formará sombra donde no lleguen los rayos
procedentes de los extremos del foco y penumbra donde no lleguen los rayos procedentes de un extremo pero
sí del otro.
Características de las ondas electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de 300000 km/s, que se conoce como
"velocidad de la luz en el vacío" y se simboliza con la letra c (c = 300000 km/s).
Características de las ondas
Propiedades de las ondas
La velocidad de la luz en el vacío no puede ser superada por la de ningún otro movimiento existente en la
naturaleza. En cualquier otro medio, la velocidad de la luz es inferior.
La energía transportada por las ondas es proporcional a su frecuencia, de modo que cuanto mayor es la
frecuencia de la onda, mayor es su energía.
Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia
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3. La LUZ es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos.
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 luminosos 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 a la superficie.
- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
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4. La luz se refracta
La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a
otro en el que se propagan con distinta velocidad. Por ejemplo, al pasar del aire al agua, la luz se desvía, es
decir, se refracta.
Las leyes fundamentales de la refracción son:
- El rayo refractado, el incidente y la normal se encuentran en un mismo plano.
- El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa de un medio en el que se propaga a mayor velocidad a
otro en el que se propaga a menor velocidad. Por el contrario, se aleja de la normal al pasar a un medio en el
que se propaga a mayor velocidad.
La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio en el que pueda propagarse se denomina
índice de refracción (n) de ese medio: n = c / v
Ley de refracción
La velocidad de la luz depende del medio que atraviese, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el
material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso
(cristal), el rayo de luz es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más
pequeño que el ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a
uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor
que el de refracción
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5. Hay dos clases de espejos esféricos, los cóncavos y los convexos.
El interior del casquete esférico es la parte La parte reflectante está en el exterior del casquete
reflectante. esférico.
El centro de curvatura (O) es el centro de la esfera a la que pertenece el casquete. Cualquier rayo que pase por este
punto se reflejará sin cambiar de dirección.El centro del casquete esférico (C) se denomina centro de figura.La línea
azul, que pasa por los dos puntos anteriones se denomina eje óptico.
El foco (F) es el punto en el que se concentran los rayos reflejados, para el caso de los espejos cóncavos, o sus
prolongaciones si se trata de espejos convexos. Llamamos distancia focal de un espejo a la distancia entre los puntos F
y C.
Formación de imágenes
En los espejos convexos siempre se forma una imagen virtual y derecha con respecto al objeto:
En los espejos cóncavos, si el objeto se encuentra a una distancia superior a la distancia focal se forma una imagen
real e invertida que puede ser mayor o menor que el objeto :
Si el objeto se encuentra a una distancia inferior a la distancia focal, se forma una imagen virtual y derecha con
respecto al objeto:
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6. Las lentes son medios transparentes limitados por dos superficies, siendo curva al menos una de ellas.
Tipos de lentes convergentes
Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por el borde, y concentran (hacen converger) en un punto
los rayos de luz que las atraviesan. A este punto se le llama foco (F) y la separación entre él y la lente se conoce
como distancia focal (f).
Observa que la lente 2 tiene menor distancia focal que la 1. Decimos, entonces,
que la lente 2 tiene mayor potencia que la 1.
La potencia de una lente es la inversa de su distancia focal y se mide en dioptrías
si la distancia focal la medimos en metros.
Las lentes convergentes se utilizan en muchos instrumentos ópticos y también para la corrección de la hipermetropía.
Las personas hipermétropes no ven bien de cerca y tienen que alejarse los objetos. Una posible causa de la
hipermetropía es el achatamiento anteroposterior del ojo que supone que las imágenes se formarían con nitidez por
detrás de la retina.
Si las lentes son más gruesas por los bordes que por el centro, hacen diverger (separan) los rayos de luz que pasan
por ellas, por lo que se conocen como lentes divergentes.
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7. Tipos de lentes divergentes
Si miramos por una lente divergente da la sensación de que los rayos proceden del
punto F. A éste punto se le llama foco virtual.
En las lentes divergentes la distancia focal se considera negativa.
La miopía puede deberse a una deformación del ojo consistente en un alargamiento anteroposterior que hace que las
imágenes se formen con nitidez antes de alcanzar la retina. Los miopes no ven bien de lejos y tienden a acercarse
demasiado a los objetos. Las lentes divergentes sirven para corregir este defecto.
Formación de imágenes:
Si tomas una lente convergente (seguro que las tienes en el laboratorio de tu Centro) y la mueves acercándola y
alejándola de un folio blanco que sostienes con la otra mano, comprobarás que para una cierta distancia se forma una
imagen invertida y más pequeña de los objetos que se encuentran alejados de la lente. Cuando es posible proyectar la
imagen formada decimos que se trata de una imagen real, y si no la podemos proyectar la denominamos imagen
virtual.
Las lentes convergentes, para objetos alejados, forman
imágenes reales, invertidas y de menor tamaño que los objetos
En cambio, si miras un objeto cercano a través de la lente, observarás que se forma una imagen derecha y
de mayor tamaño que el objeto.
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8. Para objetos próximos forman imágenes virtuales, derechas y de
mayor tamaño.
Intenta hacer lo mismo con una lente divergente y observarás que no es posible obtener una imagen
proyectada sobre el papel y que al mirar a su través se ve una imagen derecha y de menor tamaño que los
objetos.
Las imágenes producidas por las lentes divergentes son
virtuales, derechas y menores que los objetos
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