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Tema 9
Óptica: Naturaleza de la luz.
1. Naturaleza de la luz
La Óptica es una de las ramas más antiguas de la física que comienza cuando el
hombre trata de explicar el fenómeno de la visión.
- La escuela atomista sostenía que la visión se produce porque los objetos
emiten imágenes que salen de ellos y van al alma de la persona que los ve a través de
sus ojos.
- La escuela pitagórica decía que la visión se produce por un fuego invisible que
sale de los ojos, va hacia los objetos, los toca y los explora.
- Euclides (hacia el año 300 a.C.) expone conceptos acerca del rayo luminoso, la
trayectoria que sigue la luz en su propagación o el fenómeno de la reflexión. Expone
que el rayo luminoso es rectilíneo y lo emite el ojo humano, y afirma correctamente que
el ángulo de incidencia es igual al de la reflexión. Indicaba que la luz estaba formada
por un chorro de partículas emitidas por una fuente luminosa: Los demás cuerpos se
veían debido a que reflejaban algunos de los corpúsculos que los golpeaban y que al
llegar estas partículas al ojo producían la sensación de ver.
- Herón de Alejandría (en el siglo I) estudia los espejos y afirma que el rayo luminoso
siempre sigue el camino más corto.
- Ptolomeo (en el siglo II) realiza medidas precisas sobre el ángulo de refracción para el
agua y el vidrio pero no descubre la ley de la refracción.
- El médico árabe Alhazen (905-1039) afirma la idea correcta de que la luz llega a los
objetos procedente de los cuerpos luminosos, los ilumina y de estos va a los ojos. De
forma errónea dice que la imagen se forma en el cristalino (la lente del ojo) al
desconocer el papel de la retina.
Las primeras hipótesis científicas acerca de la luz surgieron casi
simultáneamente en el siglo XVII. Fueron propuestas por Isaac Newton y por Christian
Huygens. Las dos hipótesis son contradictorias entre sí y se llamaron teoría corpuscular
de Newton y teoría ondulatoria de Huygens.
1.1.
Teoría corpuscular de Newton
Supone que la luz está formada por partículas materiales, que llamó corpúsculos que
son lanzados gran velocidad por los cuerpos emisores de luz.Permite explicar
fenómenos como:
1
- La propagación rectilínea de la luz en el medio, ya que los focos luminosos
emitirían minúsculas partículas que se propagan en todas direcciones y que al chocar
con nuestros ojos, producen la sensación luminosa.
- La reflexión y la refracción.
Newton supuso que los corpúsculos eran muy pequeños en
comparación con la materia y que se propagan sin rozamiento por
el medio.
Teniendo en cuenta esto, los corpúsculos chocaban
elásticamente contra la superficie de separación entre dos medios.
Como la diferencia de masas es muy grande los corpúsculos
rebotaban, de modo que la componente horizontal de la cantidad
de movimiento px se mantiene constante mientras que la
componente normal py cambia de sentido. Se cumplía la ley de la
reflexión, el ángulo de incidencia y de reflexión eran iguales.
En la refracción, al pasar la luz de propagarse por aire a
hacerlo por agua, los corpúsculos atraídos, por el agua, eran
acelerados al entrar en ella. Por tanto py aumentaba y los
corpúsculos variaban su dirección de propagación acercándose a
la normal. Según esto, la velocidad de propagación de la luz en
agua es mayor que en el aire. ( como ya hemos visto por Huygens,
ocurre lo contrario, si v’ disminuye se acerca a la normal). Esto
podía permitir distinguir una y otra teoría.
Por ultimo también consideraba que los diferentes colores que formaban la luz blanca
se deben a diferentes tipos de corpúsculos, cada uno responsable de un color.
Con esta teoría no podían abordarse fenómenos como la difracción de la luz.
1.2.
Teoría ondulatoria de Huygens
Huygens propuso que la luz consiste en la propagación de una perturbación
ondulatoria del medio. Creía que eran ondas longitudinales similares a las sonoras. Se
sabía que la luz puede propagarse en el vacío. Se inventa un medio muy sutil y de
perfecta elasticidad que permita dicha propagación. Se le llama éter.
Explicaba fácilmente fenómenos como reflexión y la refracción.
Contra esta teoría se argumentaba que si era una onda debía haber fenómenos de
difracción e interferencia que no se habían encontrado porque su longitud de onda es
muy pequeña y que el resto lo explicaba la teoría corpuscular.
La teoría corpuscular gozó de mayor aceptación, fundamentalmente por ser apoyada
por Newton, aunque en el siglo XIX acabaría imponiéndose la ondulatoria
2
Diferencias
Los partidarios de la ley de Newton decían que Huygens había inventado una
sustancia hipotética, el éter. Además no sería posible la formación de sombras nítidas,
ya que si la luz se asemeja al sonido debería doblar las esquinas (A una persona se la
oye aunque no se la vea)
Huygens dudaba de las partículas que formaban cada uno de los colores de la luz del
Sol. No consideraba un gran problema la propagación rectilínea y ponía el siguiente
ejemplo: Una embarcación pequeña no es un gran obstáculo para las grandes olas del
mar pero un gran barco si detiene un pequeño oleaje produciendo zonas de sombras.
Solo había que idear obstáculos suficientemente pequeños similares a la longitud de
onda de la luz.
1.3.
Teoría ondulatoria de Fresnel
En el siglo XVIII, Thomas Young descubre experimentalmente, como veremos más
tarde, la existencia de interferencias en la luz y Fresnel consigue explicar apoyándose en
la teoría ondulatoria la difracción de la luz y su propagación rectilínea: Fresnel propone
a la vista de estos descubrimientos que la luz está constituida por ondas transversales.
En 1850, Foucault mide la velocidad de la luz en el agua, y comprueba que es
menor que en el aire, y por tanto, va en contra de la teoría corpuscular de Newton que es
a partir de entonces rechazada.
1.4.
Teoría electromagnética de Maxwell
En 1864 Maxwell establece la teoría electromagnética de la luz. Propone que la
luz no es una onda mecánica sino una onda electromagnética de alta frecuencia. Las
ondas electromagnéticas consisten en la propagación de un campo eléctrico y magnético
perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación. Años después Hertz, realiza
una serie de experimentos en los que verifica la existencia de ondas electromagnéticas y
establece como detectarlas. Las ondas luminosas solo se diferencian de las de radio en
que su frecuencia, mucho mayor impresiona la retina del ojo. Parecía que se había
aclarado la naturaleza de la luz
1.5 Naturaleza dual de la luz
Los experimentos de Hertz también pusieron de manifiesto un curioso
fenómeno: el efecto fotoeléctrico, que consiste en la emisión de electrones con cierta
energía cinética al incidir la luz de una determinada frecuencia sobre una superficie
metálica. Se comprobó que un aumento de la intensidad luminosa incidente no suponía
un aumento en la energía cinética de los electrones emitidos. La teoría ondulatoria no
podía explicar esto.
Einstein explica esto basándose en la hipótesis cuántica de Planck (en resumen,
venía a decir, que la energía de un oscilador atómico no puede ser cualquiera sino solo
unos valores determinados, ya lo veremos...) Einstein propone en 1905 que la luz está
formada por un haz de pequeños corpúsculos que llamó cuantos de energía o fotones.
La energía de la onda está concentrada en los fotones, no está distribuida por toda ella).
3
Resucita así una especial teoría corpuscular. Rechaza la existencia del éter. La luz puede
propagarse en el vacío.
E = h·f
h  consante de Planck = 6,626 · 10-34 J·s
En la actualidad se sostiene que la luz tiene una doble naturaleza, corpuscular y
ondulatoria. Se propaga mediante ondas electromagnéticas y presenta fenómenos
típicamente ondulatorios, pero en su interacción con la materia en ciertos fenómenos de
intercambio de energía tiene carácter corpuscular. Nunca manifiesta las dos condiciones
simultáneamente, en un fenómeno concreto o es onda o es corpúsculo.
2. Velocidad de propagación de la luz
Durante mucho tiempo se pensó que la velocidad de la luz era infinita. Galileo
supuso que la velocidad de la luz era finita pero muy elevada e intentó medirla con
observadores con focos luminosos pero fracaso porque la velocidad de reacción de estos
era muy inferior a la de la luz. La velocidad de la luz fue calculada por primera vez por
Olaf Römer (1675) y posteriormente por Fizeau (1849)
En la actualidad, se ha determinado que el valor para c = 2, 9979·108 m/s, en el
aire o vacío. A efectos prácticos c = 3 · 108 m/s
3. Ondas electromagnéticas
En 1865 Maxwell expone su teoría del campo electromagnético:

Un campo magnético variable con el tiempo induce un campo eléctrico proporcional
a la rapidez con que cambia el flujo magnético y perpendicular a él.

Un campo eléctrico variable con el tiempo induce un campo magnético proporcional
a la rapidez con la que cambia el flujo eléctrico y perpendicular a él.

Una carga eléctrica que posee un movimiento acelerado crea una perturbación
electromagnética
Se define onda electromagnética como la perturbación periódica de los campos
eléctrico y magnético asociados, que se propaga por el espacio. Son transversales y no
necesitan ningún soporte material para propagarse.
Características:

Son originadas por cargas eléctricas aceleradas.

Consisten en la variación periódica del estado electromagnético del espacio. Un
campo eléctrico variable produce un campo magnético variable, este a su vez
origina un campo eléctrico y así ambos se propagan en el espacio. E y B son
perpendiculares entre sí y con la dirección de propagación (que viene determinada
por E x B ) y están en fase.
4

No necesitan soporte material para propagarse.

Los vectores E y B varía sinusoidalmente en el tiempo y la posición, con la ecuación
de las ondas armónicas:
 
E  Eo ·sen( K·x  ·t )
 
B  B0 ·sen( K·x  ·t )

Sabemos que E = v·B. Por tanto en este caso E/B = c.
1
 c puede expresarse como c 
donde εo = permitividad eléctrica del vacío =
 0 · 0
0xford -12
267
9·10 C2/Nm2 y μ0 = permeabilidad magnética del vacío = 4л·10-7 Tm / A
Podemos resumir diciendo que las ondas electromagnéticas son ondas
transversales que se propagan en el vacío a la velocidad de la luz. Esta velocidad es
independiente de la longitud de onda.
.
4. Espectro electromagnético
Llamamos espectro electromagnético a la secuencia de todas las ondas
electromagnéticas conocidas, ordenadas según su longitud de onda o su frecuencia.
Como ya sabemos la frecuencia y la longitud de onda se relacionan con la expresión f =
c/. El espectro electromagnético se representa normalmente en siete zonas que no
presentan límites nítidos.
5
4.1 Características de cada una de esas zonas.
Ondas de radio: Son las que tienen la longitud de onda más larga: desde millones de
metros hasta unos 30 cm (frecuencia entre 102 y 109 Hz).Tenemos las ondas largas de
radio con longitudes de onda del orden de km, las de radio AM (centenas de metro), las
de FM y televisión (metros) y las de onda corta (centímetros)
Microondas: Comprenden las longitudes de onda que abarcan desde los 30 cm hasta 1
mm (frecuencias entre 109 y 3 · 1011 Hz). El rango de frecuencias de los microondas
coincide con las frecuencias de resonancia de vibración de las moléculas del agua, lo
que ha popularizado su empleo en las cocinas (horno microondas) para la cocción de los
alimentos ,que tienen un alto contenido en agua. También se utilizan en las
comunicaciones con vehículos espaciales, debido a su facilidad para penetrar en la
atmósfera.
Infrarrojo (IR:) Sus longitudes de onda van desde 1 mm hasta los 10-6 m
aproximadamente. (frecuencias entre 3·1011 y 3·1014 Hz). Son emitidas por los cuerpos
calientes como las brasas de una chimenea. La mitad de la energía irradiada por el Sol
son rayos infrarrojos.
VISIBLE: Es la que podemos captar con nuestros ojos. Es lo que vulgarmente
conocemos como luz. Es la región más estrecha del espectro, abarca sólo las longitudes
de onda comprendidas entre 10-6 m y 390 nm (frecuencias entre 3·1014 y 73·1014 Hz).
Se subdivide en los colores del arco iris:
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Rojo 620 a 1000 nm
Naranja 590 a 620 nm
Amarillo 550 a 590 nm
Verde 490 a 550 nm
Azul 430 a 490 nm
Violeta 390 a 430 nm
Ultravioleta (UV): Son radiaciones que se encuentran más allá del violeta. Sus
longitudes de onda abarcan desde 390 nm hasta 1nm (frecuencias entre 7·1014 y 3·1017
Hz). Su energía es suficiente para romper enlaces químicos o producir ionizaciones. Es
el responsable del tono moreno de nuestra piel al tomar el Sol. Fueron descubiertos por
Johann Ritter en 1881.
Rayos X: Tienen longitudes de onda comprendidas entre 1 nm y 10-11 m (frecuencias
entre 3·1017 y 3·1019 Hz). El tamaño de estas longitudes de onda es equiparable al de los
átomos y a las distancias interatómicas en los sólidos. Son útiles en cristalografía para
determinar las disposiciones atómicas en un cristal por el método de difracción de rayos
X y también en medicina, en las radiografías. Tienen mucha energía y son peligrosos
por lo que las dosis de las radiografías se miden cuidadosamente.
Rayos : Sus longitudes de onda van desde los 10-11 m , hasta valores infinitesimales
(frecuencias superiores a 3·1019 Hz). Su frecuencia es elevadísima así como su energía.
Son muy peligrosos para cualquier forma de vida. Se ha encontrado utilidad en
radioterapia para combatir células cancerosas. Las pequeñas longitudes de onda hacen
que la naturaleza corpuscular prevalezca sobre la ondulatoria. Se producen en las
reacciones nucleares y sólo son absorbidos por el plomo o el hormigón a partir de cierto
grosor.
4. Fenómenos ondulatorios de la luz
Se denomina rayo a la línea que indica la dirección de propagación de la energía
radiante. Son siempre perpendiculares a los frentes de onda. Son rectilíneos cuando la
propagación tiene lugar en un medio isótropo.
4.1 Reflexión de la luz
Cuando un rayo luminoso incide en la superficie de separación de dos medios
distintos parte de la energía luminosa sigue propagándose en el mismo medio (se
refleja) y parte pasa a propagarse por el otro medio con una velocidad distinta (se
refracta).
Se denomina rayo incidente a aquel que representa la luz que incide sobre la
superficie, rayo reflejado al que representa la fracción de energía luminosa reflejada y
rayo refractado al que representa la fracción de energía que se propaga por el nuevo
medio.
Se puede demostrar experimentalmente que:
 El rayo incidente, el reflejado y la normal a la superficie se encuentran en el mismo
plano llamado plano de incidencia.
 El ángulo de incidencia î y el de reflexión î ’ son iguales.
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OJO: Cuando un rayo de luz consta de varios rayos e incide sobre
una superficie lisa, similar a un espejo, se refleja, como indica la
figura, y todos los rayos reflejados son paralelos. La reflexión de
la luz desde ese objeto liso se llama especular. Si la superficie
reflectora es rugosa, la superficie reflejará los rayos en diferentes
direcciones. Se conoce como reflexión difusa. Esto nos permite
ver las superficies de objetos que no emiten luz propia y que de
otra manera no percibiríamos Una superficie se comportará como
una superficie pulida si las variaciones superficiales son
pequeñas en comparación con la longitud de onda incidente.
Consideremos los dos tipos de reflexión que pueden observarse
desde una superficie de la carretera mientras se conduce un coche
en la noche. Cuando está seca y rugosa la luz que proviene de
otros vehículos que se aproximan se dispersa fuera de la carretera
en diferentes direcciones, haciendo el camino claramente visible.
En una noche lluviosa, las irregularidades del camino se llenan de
agua, haciendo la superficie pulida. La reflexión resultante es
especular y dificulta la visión del camino. En nuestros ejemplos
hablaremos siempre de reflexión especular.
Anaya 232
4.2 La refracción de la luz:
Se denomina índice de refracción, n, de un medio transparente a la relación entre
la velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad de la luz en el medio, v. Como c > v
siempre los índices de refracción siempre son mayores que 1.
n
c
v
Cuando la luz pasa de un medio con índice de refacción n1 a otro con índice n2
sufre una desviación en su trayectoria, como sabemos por el principio de Huygens. El
rayo refractado se acercará a la normal si la velocidad del segundo medio es menor,
mientras que se alejará de la normal si la velocidad del segundo medio es mayor.



Se puede demostrar que:
El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.
El ángulo de refracción depende del de incidencia
El ángulo de refracción depende de la relación entre los índices de refracción de los
medios.
seniˆ n2

Conocemos la ley de Snell:
senrˆ n1
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OJO: Cuando la luz pasa de un medio a otro la frecuencia no cambia pues tan
pronto como llega un frente de onda incidente surge uno refractado. Como v = ·f, si f
no varía el cambio en la velocidad debe venir dado por la  (longitud de onda).
v1 n2
n 

 2  1
v2 n1
n1  2
La magnitud que en realidad determina el color es
la frecuencia ya que esta no cambia al pasar de un
medio a otro. Esto es fácil de comprobar. Si te
bañas con un bañador rojo seguirá siendo rojo
debajo del agua.
4.2.1 Ángulo crítico y reflexión total
Edebé 195
Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro con menor índice de refracción,
se refracta alejándose de la normal. naire=1, nvidrio=1,52. Al incidir con un ángulo mayor,
el ángulo de refracción también se hace mayor. Para cierto ángulo de incidencia
llamado ángulo límite o ángulo crítico el ángulo de refracción vale 90º.
Para ángulo de incidencia mayores, la luz se refleja totalmente. Es el fenómeno
de la reflexión total. Recuerda, si v1<v2 el rayo se aleja de la normal
El ángulo crítico o límite es aquel ángulo de incidencia al que corresponde un
ángulo de refracción de 90º
n
n1·seniˆlim  n2 ·sen900  iˆlim  arcsen 2
n1
Aplicación: La reflexión total es un fenómeno que se aprovecha para la conducción del
rayo luminoso en los filamentos de vidrio o de plástico transparente que constituyen la
fibra óptica (el filamento interior o núcleo de la fibra está recubierto por una sustancia
de índice de refracción menor que la del revestimiento, lo que hace posible la reflexión
total). El rayo de luz, que entra por un extremo sufre la reflexión total en la pared
interior del filamento, una y otra vez desde que entra por un extremo hasta que sale por
el otro.
Cuestión: ¿Por qué puede verse mojada la carretera al mirar al horizonte?
Cuando hace calor, la temperatura del asfalto es bastante más elevada que la del aire. Si
consideramos que el aire está dividido en capas, las cercanas al suelo tendrán una
temperatura más elevada. Por tanto el aire es menos denso y su índice de refracción va
disminuyendo a medida que nos acercamos al suelo. Los rayos van sufriendo
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desviaciones que lo alejan de la normal y pueden llegar a curvar su trayectoria. Al
observar este fenómeno desde una posición casi rasante los rayos refractados parecen
provenir de una imagen especular pero en realidad es una refracción. Este es el mismo
fenómeno que en los espejismos. Los rayos de luz son refractados al entrar en contacto
con el tórrido suelo y lo que se está viendo es una proyección del cielo y no una laguna
con agua. Podemos ver los objetos invertidos por la tendencia de nuestro ojo a pensar
que la luz va en línea recta
Ejemplo: Paso de la luz a través de una lámina de caras planas y paralelas
Supongamos un haz de luz que incide oblicuamente sobre una plancha de
metacrilato de cierto grosor, de caras planas y paralelas. Calculemos el desplazamiento
que sufre el haz al salir de la lámina. Se producen dos refracciones, una al entrar en la
lámina y otra al salir de ella.
El rayo emergente tiene la misma dirección que el incidente, pero está
274 d, respecto a él.
desplazadoOxford
una distancia

d  AB·sen iˆ  rˆ
AB·cos rˆ  e
sen iˆ  rˆ
d e
cos rˆ



4.4 Interferencia de la luz
El descubrimiento de este fenómeno junto con el de la difracción, aclararon la
naturaleza ondulatoria de la luz al propagarse. Thomas Young demostró en 1801 que el
fenómeno de las interferencias se producía también en la luz. Para ello debía cumplirse
la condición de coherencia:
“Para que se produzca interferencia observable entre dos focos distintos, estos deben ser
coherentes, es decir, deben tener la misma longitud de onda y una diferencia de fase
constante”.
Esta condición de coherencia explica la dificultad que entrañaba observar
interferencias luminosas. En general, las luces de dos focos distintos producidas por las
emisiones aleatorias y desacompasadas de los átomos nunca serán coherentes. Por esta
razón es imposible observar patrones de interferencia correspondientes a los dos focos
de un coche, ya que no cumplen la condición de coherencia.
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Experimento de Young de la doble rendija
Young hizo pasar la luz procedente de un único foco luminoso por dos rendijas
estrechas (de grosor muy pequeño en comparación con la longitud de onda), separadas
entre sí una distancia a. Consiguió dos focos coherentes, ya que la luz provenía de un
único foco real. Observó así un patrón de franjas claras y oscuras alternadas, es decir un
patrón de interferencias.
Decíamos que una interferencia es constructiva cuando las ondas están en fase
(diferencia de 0, 2л, 4л...   2n ). En este caso la amplitud resultante es la suma de
las amplitudes de las ondas y su intensidad, proporcional al cuadrado de la amplitud, es
máxima. Se observa una intensificación de las ondas. Una interferencia es destructiva
si las ondas están en oposición de fase (diferencia de л o múltiplo impar de л). La
amplitud de fase es la diferencia de las amplitudes de las ondas y la intensidad es
mínima. Se observa debilitación o anulación de las ondas.
4.5 Difracción de la luz
Si se interpone en el camino de la luz un obstáculo
y se examina la sombra, su contorno no es perfectamente
nítido. Se aprecian franjas claras y oscuras que contradicen
el principio de propagación rectilínea de la luz. Este
fenómeno se conoce como difracción. Las ondas
luminosas rodean los obstáculos y llegan a untos situados
detrás de ellos y ocultos al foco.
La difracción es básicamente un fenómeno de
interferencia.
Supongamos un haz de rayos paralelos de luz que
atraviesan una estrecha rendija paralela al frente de onda
incidente. En la pantalla debería aparecer una zona
iluminada semejante a la rendija. Sin embargo aparece una
ancha franja central brillante y a los lados otras franjas
más estrechas y no tan brillantes y alternadas con franjas
oscuras.
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Esto puede interpretarse a partir del principio de Huygens: cada punto de la
rendija se convierte en emisor de ondas elementales en fase que interfieren entre sí. De
aquí la semejanza entre los fenómenos de interferencia y difracción.
4.6 Polarización de la luz
La polarización es una propiedad exclusiva de las ondas transversales
consistente en la vibración del campo eléctrico y del magnético en una dirección
preferente sobre las demás.
En general, las ondas electromagnéticas no están polarizadas, lo que quiere decir
que el campo magnético y el campo eléctrico pueden vibrar en cualquiera de las
infinitas direcciones que son perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas.
Se produce el fenómeno de la polarización cuando se consigue que la vibración de las
ondas se realice en una dirección determinada.
Polarización por absorción selectiva
En 1938, el inventor americano Land descubrió un material formado por finas
láminas que contienen moléculas de hidrocarburos alineadas en largas cadenas. Se
llamó polaroide o polarizador. Cuando el campo eléctrico de la luz tiene la dirección de
estas moléculas se generan corrientes de electrones libres a lo largo de ella y la luz es
absorbida. Si la luz del campo eléctrico oscila en la dirección perpendicular a la
alineación de las moléculas no sufre apenas variación y atraviesa el filtro. A esta
dirección se le denomina eje de transmisión del filtro.
Nota. Gafas de sol polaroid: La luz solar que se refleja sobre superficies lisas como la
nieve, el agua o el asfalto y que provoca un deslumbramiento muy molesto a la vista
está polarizada horizontalmente. Las gafas polaroid contienen sucesiones de cristales
microscópicos alineados que son capaces de absorber esta luz polarizada
horizontalmente evitando el deslumbramiento asociado a la luz reflejada.
Polarización por reflexión
En 1808 el francés Malus descubrió que si
la luz natural incide sobre una superficie
pulimentada de vidrio, la luz reflejada está
total
o
parcialmente
polarizada,
dependiendo del ángulo de incidencia.
Edebé 201
En 1812, el escocés Brewster
descubrió que la polarización es total para
un ángulo de incidencia tal que el rayo
reflejado y el refractado formen un ángulo
de 90º. A este ángulo se le llama ángulo de
polarización o de Brewster.
5. Dispersión de la luz
12
En 1666, Newton observó que cuando se hacía pasar un rayo de luz solar a
través de un prisma triangular de vidrio, aquel se descomponía en un conjunto de
valores que denominamos espectro de la luz blanca. De esta manera demostró que la luz
solar (luz blanca) es una composición de ondas de distinta frecuencia. El efecto que
provocan en la retina las distintas frecuencias originan la sensación de color.
Sabemos que el índice de refracción
de una sustancia disminuye con la
longitud de onda incidente. Por tanto
si un haz de luz de distintas
longitudes de onda incide sobre un
material refractante cada radiación
se desviará con un ángulo diferente.
A esto se le llama dispersión de la
luz.
Llamaremos dispersión de la luz a la
separación de un rayo de luz en sus
componentes
monocromáticas
debido a su diferente índice de
refracción. . La mayor desviación la
sufre la luz violeta y la menor la luz
roja.
Edebé 198
Al espectro de la luz blanca se le llama espectro visible, porque es la parte del
espectro electromagnético que percibe el ojo humano.
OJO: EL ARCO IRIS: Se forma por la dispersión de luz solar debida a la refracción de esta dentro de las
gotas de agua suspendidas en el aire tras la lluvia. Para poder observarlo es necesario tener el Sol a
nuestras espaldas.
6. Absorción selectiva. El color
Cuando la luz llega a un material obliga a los electrones de los átomos a oscilar.
Las frecuencias naturales de los electrones dependen de la naturaleza de los distintos
átomos; hay átomos cuyos electrones están más ligados y otros en los que por el
contrario están más libres.
Al incidir la luz sobre un material, los electrones de sus átomos empiezan a
oscilar. Están en “estado excitado”. En este estado solo pueden estar nanosegundos.
Pueden ocurrir dos cosas: que transfieran su energía por colisiones con átomos vecinos
o que la reemitan en forma de fotón y vuelva a su estado original. Parte de la energía
incidente se transforma en interna por las colisiones de unos átomos con otros y parte
vuelve a ser emitida, con lo que la energía reemitida que emerge siempre será menor
que la incidente. Este fenómeno se conoce como absorción.
Si la frecuencia con la que llega la luz coincide o se aproxima a la frecuencia
natural de los electrones en sus átomos las oscilaciones se amplifican y perduran,
aumentado la probabilidad de que dichos átomos transfieran por colisiones la energía
recibida de los átomos vecinos. Al energía interna se transforma en su mayor parte en
energía interna y muy poca se reemite. El material es opaco a esa radiación. Por
13
ejemplo, en el caso del vidrio de las ventanas, sus frecuencias naturales de oscilación
coinciden con las radiaciones ultravioletas, por tanto es inútil intentar ponerse moreno detrás de una
ventana cerrada.
Las frecuencias correspondientes al espectro visible no producen resonancia en
los electrones del vidrio, de modo que la reemisión predomina sobre la absorción. Los
átomos excitados vuelven a su estado fundamental reemitiendo luz de la misma
frecuencia que los llevó al estado de excitación. La luz que emerge tiene las mismas
frecuencias que la luz incidente. El material es transparente a esas radiaciones. La luz
se propaga por el medio a menor velocidad, dando explicación a la refracción.
Los colores de las cosas
Los mecanismos de observación del color pueden ser de dos tipos: por reflexión
(materiales opacos) y por transmisión (materiales transparentes).
Cuando un material iluminado con luz blanca presenta un determinado color es
porque ha absorbido todas las demás radiaciones, salvo la correspondiente a ese color,
que, o bien es reflejada, si el material es opaco, o transmitida por el material hasta
aparecer por el lado opuesto, si es transparente. A este proceso se le llama absorción
selectiva.
Si un material refleja todas las radiaciones del espectro visible será percibido
como blanco, mientras que si las absorbe todas se verá negro.
Pero esto no es tan sencillo. Debemos tener en cuenta lo
que se llama mezcal aditiva de los colores de la luz. La luz
blanca surge de combinar la luz roja, la azul y la verde.
Un material que solo absorba el azul, reflejar el rojo y el
verde, es decir, el amarillo. Si cogemos un papel celofán amarillo,
absorberá el azul y dejará pasar el rojo y el verde. Si observamos
un objeto azul lo veremos negro ya que el objeto absorbe todos
los colores menos el azul, pero azul ya no le llega, porque ha sido
absorbido por el cielo.
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