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Luz y ondas electromagnéticas
Naturaleza de la luz
La determinación de la luz ha dado lugar a una de las mayores controversias de
la historia. Las primeras hipótesis científicas fueron postuladas por el ingles Newton y
el holandés Huygens, que enunciaron dos propuestas aparentemente contradictorias
llamadas respectivamente:
1.-Teoría corpuscular de Newton
2.-teoría ondulatoria de Huygens.
Ambas teorías sentaron la base de la naturaleza de la luz.
Teoría corpuscular de Newton
En 1704 en su obra “Óptica” Newton describía la naturaleza corpuscular de la
luz: Los focos emitirían minúsculas partículas que se propagan en línea recta en todas
las direcciones, y al chocar contra nuestros ojos producirían la sensación luminosa.
Esta teoría justificaba la propagación rectilínea y la reflexión de la luz, no así la
refracción:
-Reflexión: Es el fenómeno por el cual al
llegar una onda a la superficie de
separación entre dos medios es devuelta al
primero de ellos junto con una parte de la
energía del movimiento.
-Refracción: Es el fenómeno por el cual
al llegar una onda a la superficie de
separación entre dos medios penetra y se
transmite por el segundo de ellos junto
con una parte de la energía del
movimiento.
Teoría ondulatoria de Huygens
Es anterior a la de Newton, fue publicada en 1690 en la obra “Tratado de la
luz”. Huygens propuso que la luz consiste en la propagación de una perturbación
ondulatoria del medio. Creía que la luz era similar a las ondas sonoras. Esto explicaba la
reflexión y refracción, no así el fenómeno de difracción:
-Difracción: Es la desviación en la
propagación rectilínea de las ondas
luminosas cuando estas atraviesan una
abertura o pasan próximas a un
obstáculo.
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Luz y ondas electromagnéticas
Posteriormente y gracias a estas dos teorías surgieron otras como la de Fresnel, o
la de Maxwell.
Maxwell creía en la naturaleza electromagnética de la luz. Propuso que la luz era
una onda electromagnética de alta frecuencia. Las ondas luminosas consistirían en la
propagación, sin necesidad de soporte material, de un campo eléctrico y magnético
perpendiculares entre sí.
Esta teoría tuvo aceptación y ya se planteaba como la definitiva, pero aún
faltaban algunos matices.
Teoría corpuscular de Einstein
Einstein propuso en 1905 que la luz estaba formada por un haz de pequeños
corpúsculos o cuantos de energía, denominados fotones. La energía de cada fotón sería
proporcional a la frecuencia de la luz
E= h*f
Naturaleza de la luz
Tras todas estas teorías, finalmente se llegó a la conclusión de que la luz poseía
una doble naturaleza: Corpuscular y ondulatoria; Se propagaba mediante ondas
electromagnéticas y presentaría fenómenos típicos.
*Propagación rectilínea de la luz: En realiza la luz no se propaga rectilíneamente, pues
presenta el fenómeno de difracción; Sin embargo se toma esta linealidad para
simplificar la comprensión de la naturaleza de la luz.
*La naturaleza de la luz no es solo importante para el entendimiento de la fisiología
vegetal, sino que a su vez su hallazgo ha sido la base de la física moderna.
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Luz y ondas electromagnéticas
Ondas electromagnéticas
Su estudio se lo debemos a Maxwell. Sus principios característicos son:
1.-Son originadas por cargas eléctricas aceleradas.
2.-Son variaciones de la periodicidad del estado electromagnético del espacio:
Un campo eléctrico variable produce un campo magnético variable.
3.-Son comparables estructuralmente a las ondas armónicas simples.
-Las ondas armónicas son aquellas que
tienen su origen en perturbaciones
periódicas producidas en un medio
elástico por un movimiento armónico
simple.
El nombre de ondas armónicas alude a
que
pueden
ser
expresadas
matemáticamente en función de seno o
coseno
Espectro electromagnético
Es la secuencia de todas las ondas electromagnéticas conocidas ordenadas según
su longitud de onda y frecuencia (A mayor longitud de onda menor frecuencia y
viceversa).
Polarización de la luz
Un haz luminoso está polarizado linealmente si las oscilaciones del campo
eléctrico tienen lugar siempre en la misma dirección. La luz natural norma no esta
polarizada ya que esta formada por un gran número de trenes de ondas procedentes de
átomos distintos donde en cada uno de ellos el componente eléctrico oscila de manera
diferente.
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Luz y ondas electromagnéticas
Energía solar
Uno de los actuales problemas de la sociedad es el abastecimiento de energía a
todo el planeta; Muchos físicos ven en la luz solar la solución a este problema.
La energía solar se crea en el interior del Sol. Es aquí donde la temperatura
(15,000,000° C; 27,000,000° F) y la presión (340 millardos de veces la presión del aire
en la Tierra al nivel del mar) son tan intensas que se llevan a cabo las reacciones
nucleares. Estas reacciones causan núcleos de cuatro protones ó hidrógeno para fundirse
juntos y formar una partícula alfa ó núcleo de helio. La partícula alfa tiene cerca de 0.7
por ciento menos masa que los cuatro protones. La diferencia en la masa es expulsada
como energía y es llevada a la superficie del Sol, a través de un proceso conocido como
convección, donde se liberan luz y calor. La energía generada en el centro del Sol tarda
un millón de años para alcanzar la superficie solar. Cada segundo se convierten 700
millones de toneladas de hidrógeno en cenizas de helio. En el proceso se liberan 5
millones de toneladas de energía pura; por lo cual, el Sol cada vez se vuelve más ligero.
Energía solar y plantas
Como ya hemos estudiado, las plantas pueden aprovechar la energía luminosa:
Los fotones son captados por los pigmentos antena, que están configurados por
sucesión de las moléculas de clorofila que hacen que la longitud de onda captada sea
sucesivamente mayor.
Los diferentes roles que puede adquirir la luz en el desarrollo de una planta
pueden resumirse en la siguiente tabla:
Tipo de actividad
Fenómeno responsable
Organismos
Producción de biomasa
Fotosíntesis
Bacterias y plantas
Orientación en el espacio
Orientación en el tiempo
Fototaxis, polarotropismo, Algas motiles
fototropismo
Fotoperiodo
Flores, etc.
Determinación de la forma
Fotomorfogénesis
Diversos organismos
Fototropismo
Es la respuesta de las plantas mediante un crecimiento desigual, provocado por
un cambio asimétrico de la luz que recibe, por ello existe una diferencia en la intensidad
de crecimiento entre la parte oscura y la parte iluminada. Así pues existe una curvatura
de la planta orientada por la luz.
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Luz y ondas electromagnéticas
Polarotropismo
Las plantas pueden mostrar respuestas direccionales al plano de polarización de
la luz; Este fenómeno es conocido como polarotropismo.
Los filamentos de la germinación de esporas de helecho crecen en ángulos
correctos correspondientes al plano de vibración del vector eléctrico en la luz
polarizada. Si el plano de vibración cambia la dirección del crecimiento también lo
hace. Un ejemplo lo encontramos en Dryopteris.
Fotomorfogénesis
La energía luminosa es, en parte, participe en la determinación de la forma de la
planta. Así pues, el crecimiento de un organismo vegetal es diferente a la luz
(fotomorfogénesis) que en la oscuridad (escotomorfogénesis). La luz provoca un
estímulo que dispone a la planta adecuadamente para el proceso fotosintético.
La Fotomorfogénesis es el control por la luz del desarrollo (crecimiento,
diferenciación y morfogénesis) de las plantas por un proceso independiente de la
fotosíntesis.
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