Fundamentos de la Luz: Propagación Ondulatoria y Fenómenos de Reflexión

Propagación Ondulatoria de la Luz

Llamamos luz a aquella parte del espectro de las ondas electromagnéticas a la que resulta sensible el ojo humano y cuya longitud de onda está comprendida entre 3800 y 7600 Å (Angstroms, donde 1 Å = 10^-10 m). Se trata de una onda transversal que puede propagarse a través del vacío y de algunos medios materiales, a los que llamamos transparentes. La energía luminosa, cuando se propaga, tiene todas las características de las ondas. Así pues:

• En los medios uniformes (misma composición y propiedades físicas en todas direcciones) se propaga en línea recta.
• En el límite de separación entre dos medios distintos se refleja.
• Se refracta cuando pasa de un medio a otro en el que se mueve con distinta velocidad.
• Experimenta otra serie de fenómenos (interferencia, difracción y polarización) típicamente ondulatorios, que se estudiarán en próximos cursos.

Para representar las ondas luminosas utilizamos, por comodidad, los rayos de luz. El rayo se traza en la dirección en que se propaga la energía luminosa. En el estudio de la óptica geométrica es suficiente emplear el rayo para identificar la luz, y el índice de refracción (n) para caracterizar el medio. Este se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y su velocidad en el medio considerado (v).

La velocidad de la luz toma su máximo valor (c ≈ 300.000 km/s) cuando se propaga en el vacío. Como consecuencia, el índice de refracción vale 1 en el vacío y es mayor que 1 en cualquier otro medio.

Reflexión de la Luz: Principios y Fenómenos

El fenómeno de la reflexión se produce cuando la luz encuentra en su camino una superficie que la obliga a desviarse dentro del medio en que se propaga. Así pues, la luz reflejada se transmite en el mismo medio y, casi siempre, con distinta dirección que la incidente.

Cuando nos miramos en un espejo, la imagen que vemos es muy parecida a la nuestra. Lo que en nuestro cuerpo está a la derecha, en la imagen se encuentra a la izquierda, y viceversa. Es nuestra imagen por reflexión especular.

Se llama normal (N) a la perpendicular al plano del espejo en el punto de incidencia (A). El ángulo de incidencia (a) es el determinado por el rayo incidente y la normal, y el ángulo de reflexión (a') es el comprendido entre la normal y el rayo reflejado. Al medir los ángulos a y a' se comprueba que son iguales. También se aprecia que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal son rectas del mismo plano.

Leyes Fundamentales de la Reflexión

Esto nos permite enunciar las leyes de la reflexión:

• Los ángulos de incidencia y de reflexión son iguales (a = a').
• La normal, el rayo incidente y el rayo reflejado están en el mismo plano.

Todo esto exige que la superficie reflectante esté perfectamente pulida, ya que de esta manera se puede conocer la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia. Cuando las superficies son rugosas, resulta imposible trazar una sola normal. Por tanto, al incidir la luz sobre superficies poco pulidas, se refleja en todas direcciones, dando lugar al fenómeno de la reflexión difusa. Gracias a la reflexión difusa es posible ver los cuerpos que no tienen luz propia y apreciar su color y textura.