Naturaleza de la Luz: Teorías, Reflexión, Refracción y Conceptos Clave

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

A lo largo de la historia, se han propuesto diversas teorías para explicar la naturaleza de la luz. A continuación, se describen algunas de las más relevantes:

• Teoría ondulatoria de Huygens: Consideraba que la luz se comportaba como ondas longitudinales, similares al sonido, que necesitaban un medio material para propagarse. Esta teoría explicaba fenómenos como la propagación rectilínea y la reflexión de la luz.
• Teoría corpuscular de Newton: En contraposición a Huygens, Newton propuso que la luz estaba compuesta por pequeñas partículas (corpúsculos) emitidas por focos emisores, que se propagaban en línea recta en todas las direcciones.
• Teoría ondulatoria de Fresnel: Fresnel reformuló la teoría ondulatoria, proponiendo que la luz estaba compuesta por ondas transversales. Esto le permitió explicar el fenómeno de la polarización.
• Teoría electromagnética de Maxwell: Maxwell propuso que la luz no era una onda mecánica, sino una onda electromagnética de alta frecuencia que no necesitaba un medio material para propagarse. Estas ondas están formadas por campos magnéticos y eléctricos perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.
• Naturaleza corpuscular de la luz según Einstein: Einstein propuso que la luz está formada por pequeños corpúsculos llamados fotones, en los que se concentra la energía de la onda.

Reflexión y Refracción de la Luz

La reflexión y la refracción son dos fenómenos que ocurren cuando una onda, como la luz, incide sobre una superficie. Dependiendo de las características de la superficie y del medio, la luz puede pasar al otro medio o permanecer en el medio original.

Reflexión

La reflexión ocurre cuando una onda incidente llega a la superficie de separación de dos medios y es devuelta al primero. Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales. La onda reflejada tiene la misma longitud de onda (λ), frecuencia y velocidad de propagación (Vp) que la onda incidente.

Refracción

La refracción ocurre cuando una onda llega a la superficie de separación de dos medios, penetra y se transmite en el segundo. La frecuencia de la onda refractada sigue siendo la misma, ya que depende del foco emisor, pero cambian la longitud de onda (λ) y la velocidad de propagación (Vp). La relación entre los ángulos de incidencia y refracción viene dada por la ley de Snell:

n1 · sin(i) = n2 · sin(r)

El índice de refracción (n) es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en un medio determinado (v):

n = c / v

Reflexión Total

La reflexión total se produce cuando un rayo pasa de un medio con mayor índice de refracción a otro con menor índice de refracción. Existe un ángulo límite a partir del cual el rayo no emerge hacia el otro medio. Para ángulos superiores al límite, el rayo sufre reflexión en el medio donde se encuentra. El valor del ángulo límite se obtiene a partir de la ley de Snell:

sin(Φ) = n2 / n1 (donde n1 > n2)

Imágenes Reales y Virtuales

• Imagen real: Se forma por la intersección en un punto de los rayos convergentes procedentes del objeto puntual, después de atravesar un sistema óptico.
• Imagen virtual: Se forma por la intersección en un punto de las prolongaciones de los rayos divergentes, después de atravesar un sistema óptico.

Hipótesis de Planck sobre la Radiación del Cuerpo Negro

El físico Planck formuló las siguientes hipótesis para explicar la radiación del cuerpo negro:

• Los átomos que emiten la radiación se comportan como osciladores armónicos.
• Cada oscilador absorbe o emite energía de la radiación en una cantidad proporcional a su frecuencia de oscilación: E = h · f, donde h es la constante de Planck.