Propagación y Comportamiento de la Luz: Fenómenos y Teorías Ópticas

Propagación de la Luz y Refracción

El medio principal es el vacío. A medida que la luz se propaga en otro medio (como aire, agua o suelo), su rapidez aumenta o disminuye, y a esto se le llama índice de refracción.

Descomposición de la Luz

Conocemos como luz blanca a la luz que proviene del Sol. Isaac Newton comprobó que, al hacer pasar luz blanca por un prisma de cristal, esta se descompone en diferentes colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, cobalto o añil y violeta. A este fenómeno se le denomina dispersión de la luz blanca.

Arcoíris

Un arcoíris se produce cuando los rayos del sol atraviesan las gotas de agua que se encuentran en la atmósfera, generando la descomposición de la luz.

Dispersión Cromática

La dispersión cromática es el espectro de colores que resulta de la luz blanca al atravesar un medio, como en el arcoíris. Este efecto se debe a que la velocidad de la luz en un medio depende de su longitud de onda, y cada longitud de onda se corresponde únicamente a un color.

Mayor frecuencia y menor longitud de onda: (violeta, cobalto o añil, azul, verde)

Menor frecuencia y mayor longitud de onda: (amarillo, naranja, rojo)

Colores fríos: (violeta, cobalto o añil, azul, verde)

Colores cálidos: (amarillo, naranja, rojo)

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

Teoría Corpuscular (I. Newton)

Supone que la luz está formada por partículas, que Newton llamó corpúsculos, que son lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Al chocar con otros corpúsculos, producen una reacción en cadena. Esta teoría permite explicar fenómenos como:

• 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 refracción y la reflexión.

Teoría Ondulatoria (C. Huygens)

Propuso que la luz tenía un comportamiento ondulatorio, ya que la propagación rectilínea, la reflexión y la refracción eran explicables mediante ondas. Huygens consideraba que la luz era una onda longitudinal que, al igual que el sonido, requería un medio para desplazarse, llamado éter.

Teoría Dual

En la actualidad, se reconoce que la luz puede comportarse tanto como una onda como una partícula.

Reflexión de la Luz

Superficie Especular

Cuando la luz llega en forma de rayos paralelos incidiendo sobre una superficie plana y muy lisa, los rayos reflejados son también paralelos. Este tipo de reflexión se llama reflexión especular (especulo = espejo). El ejemplo más común es la formación de imágenes utilizando un espejo plano. En la reflexión especular, el ángulo de incidencia de los rayos luminosos es igual al ángulo de reflexión, en cada punto, respecto de la normal.

Superficie Difusa

Si la superficie es rugosa, los rayos reflejados salen en todas direcciones, porque la normal en diferentes puntos puede ser distinta, produciéndose una reflexión difusa. Este tipo de reflexión no genera imágenes, pero es muy importante, pues nos permite ver la mayoría de los objetos opacos desde diferentes ángulos.

Espejos

Un espejo es una superficie pulida y opaca. Cuando un haz de luz incide sobre él, se refleja de manera especular. Es por esto que un espejo es capaz de generar una imagen, que es opuesta al objeto.

Clasificación de Imágenes en Superficies Especulares

• Virtuales: Cuando parecen provenir de un punto por detrás de la superficie reflectora.
• Reales: Cuando pueden ser proyectadas sobre un plano o pantalla ubicados fuera del espejo.

Espejos Planos

Una imagen formada en un espejo plano puede ser explicada mediante la ley de reflexión, dado que el rayo incidente y el reflejado forman el mismo ángulo con la normal.

Espejos Curvos

Elementos de un espejo curvo:

• Foco: Corresponde al lugar donde se cruzan los rayos de luz una vez que son reflejados en la superficie del espejo. Se considera que los rayos incidentes son paralelos al eje óptico.
• Centro de curvatura: Corresponde al centro de un círculo o de una esfera de la cual el espejo es una sección.
• Eje óptico: Es una recta horizontal que pasa por el centro del espejo y en ella se encuentran el centro de curvatura y el foco.

Espejo Cóncavo

Cuando los haces de luz paralelos inciden sobre la superficie de un espejo cóncavo, se reflejan y convergen en el foco. Por ello, a estos espejos también se les denomina convergentes.

Espejo Convexo

Si los haces de luz paralelos inciden sobre la superficie de un espejo convexo, los rayos reflejados se alejan entre sí, pareciendo provenir de un punto detrás del espejo. A estos espejos se les llama divergentes.

Lentes

(Sección para desarrollar en el futuro)