Naturaleza de la luz

Mauricio A. Briones Bustamante

Liceo de Hombres Manuel MonttFısica - Primero Medio

SEMESTRE I2020

La naturaleza de la luz

Alrededor de 1665, comenzaron a descubrirse evidencias de laspropiedades ondulatorias de la luz gracias al fısico matematicoholandes Christian Huygens.

Hasta la epoca de Isaac Newton (1642-1727), la mayorıa decientıficos pensaban que la luz consistıa en corrientes de partıculas(llamadas corpusculos) emitidas por las fuentes luminosas.

Galileo y otros intentaron (sin exito) medir la rapidez de la luz.

A principios del siglo XIX , las evidencias de que la luz es una ondase habıan vuelto muy convincentes.

En 1873 James Clerk Maxwell predijo la existencia de ondaselectromagneticas y calculo su rapidez de propagacion.

Este avance, ası como el trabajo experimental que inicio en 1887Heinrich Hertz, demostro en forma concluyente que la luz en verdades una onda electromagnetica.

Propiedades ondulatorias de la luz: reflexion de la luz

La reflexion de la luz es el fenomeno que nos permite observar elentorno.

Vemos lo que vemos porque los objetos reflejan una parte de la luzque les llega, la que es captada por nuestros ojos.

Este fenomeno consiste en el cambio de direccion que experimentanlos rayos de luz cuando inciden en un medio material.

Ası, cuando un haz de luz rebota sobre una superficie, se genera otrohaz de iguales caracterısticas, que conserva la misma velocidad, perocambia de direccion.

Podemos mirarnos en un espejo debido a que la luz se refleja en susuperficie (ver Figura 1).

Propiedades ondulatorias de la luz: reflexion de la luz

Figura : Reflexion de la luz.

Propiedades ondulatorias de la luz: reflexion de la luz

Como observaste en la Figura 1, la luz que llega al espejo y luego serefleja, es decir, incide en su superficie y luego llega hasta nuestrosojos.

Para describir este fenomeno, hay que considerar una serie deelementos que se pueden apreciar en la siguiente Figura 2.

Cuando un haz de luz se refleja sobre cualquier superficie, presentaun comportamiento regular, y sus caracterısticas se encuentrandeterminadas por las leyes de la reflexion.

Primera ley de la reflexion: el rayo incidente, el rayo reflejado y lanormal se encuentran en el mismo plano respecto a la superficie decontacto.

Segunda ley de reflexion: El angulo de incidencia (θi ) y el angulo dereflexion (θr ) respecto de la normal tienen la misma magnitud, esdecir, son iguales.

Propiedades ondulatorias de la luz: reflexion de la luz

Figura : Diagrama de la reflexion de la luz.

Propiedades ondulatorias de la luz: reflexion de la luz

Existen dos tipos de reflexion de la luz, la reflexion especular y lareflexion difusa.

Cuando un conjunto de rayos de luz paralelos inciden sobre unasuperficie lisa y plana, estos se reflejan, pero siguen siendo paralelosentre sı y mantienen el mismo angulo.

Este tipo de reflexion se denomina especular y ocurre en superficiescomo el vidrio y las aguas quietas (Figura 3).

La reflexion difusa ocurre cuando un conjunto de rayos de luz incidesobre una superficie rugosa (Figura 4).

Si bien cada rayo obedece a las leyes de la reflexion, estos rebotanen distintos sectores de la superficie, lo que origina que se reflejen endirecciones diferentes.

La mayorıa de los objetos que conocemos reflejan la luz de maneradifusa, puesto que su superficie es irregular.

Propiedades ondulatorias de la luz: reflexion de la luz

Figura : Reflexion especular.

Propiedades ondulatorias de la luz: reflexion de la luz

Figura : Reflexion difusa.

Propiedades ondulatorias de la luz: refraccion de la luz

Cuando un haz de luz pasa de un medio a otro, se refracta, es decir,los rayos cambian de direccion debido a que su rapidez es distinta enambos medios.

De acuerdo con lo anterior, cuando un haz de luz llega a la fronteraentre dos medios (con un angulo distinto de 90◦) una parte de el serefleja y la otra parte ingresa al otro medio, curvandose en lainterfase ver Figura 5.

A este fenomeno, originado por las diferencias de rapidez de la luzen ambos medios, se le conoce como refraccion.

De manera similar a la reflexion, la refraccion de la luz tiene uncomportamiento que cumple las siguientes leyes fundamentales derefraccion:

1 Primera ley de la refraccion: el rayo incidente, el rayo refractado y lanormal se encuentran en el mismo plano.

2 Segunda ley de la refraccion: Si el rayo luminoso se dirige de unmedio mas denso a uno menos denso, el rayo refractado se aleja dela normal siempre que el angulo de incidencia sea distinto de 0◦. Siel rayo pasa de un medio menos denso a otro mas denso el rayorefractado se acerca a la normal. Esta es la llamada ley de Snell.

Propiedades ondulatorias de la luz: refraccion de la luz

Figura : Refraccion de la luz.

Propiedades ondulatorias de la luz: ındice de refraccion

El ındice de refraccion n relaciona la rapidez de la luz en el vacıo ccon la rapidez de la luz en un medio determinado v , es decir, indicacuantas veces es mas rapida la luz en el vacıo que en el medio enestudio.

Por ejemplo, si el ındice de refraccion del diamante es de 2.42,significa que la luz viaja 2.42 veces mas rapido en el vacıo quedentro de un diamante.

Esta relacion se expresa segun la siguiente ecuacion

n =c

v,

El ındice de refraccion n es siempre mayor que 1.

Si conocemos el valor de n para una sustancia particular, se puededeterminar la velocidad de la luz en su medio.

Propiedades ondulatorias de la luz: ındice de refraccion

La tabla de la Figura 6 muestra el ındice de refraccion para distintosmedios.

Figura : Indice de refraccion de distintos materiales.