Propiedades y Comportamiento de la Luz: Una Exploración Completa

¿Qué es la Luz?

La luz es una forma de energía electromagnética radiante que puede ser percibida por el ojo humano. Está compuesta por fotones, que son partículas elementales responsables de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. El fotón es una partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio.

Ondas y su Comportamiento

La palabra "onda" se relaciona con "ola", inspirada por los físicos en las olas del mar. Cuando se arroja una piedra en un estanque, se observan pequeñas ondulaciones que se propagan en forma de círculos concéntricos desde el punto donde cayó la piedra. Si colocamos un corcho en el agua, este sube y baja, pero la onda no lo transporta. Esta es una de las características de las ondas: no transportan materia, pero pueden moverla de un lado a otro. Ese leve movimiento del medio se llama perturbación.

En la onda del estanque se pueden distinguir dos movimientos: la propagación desde el lugar de la caída de la piedra hasta las paredes del estanque, con una determinada velocidad, y el movimiento de ascenso y descenso del agua, que se visualiza con el corcho, con una velocidad diferente. Si arrojáramos una piedra más grande en el estanque, mayor es la distancia que recorre el corcho hacia arriba y hacia abajo, pero la distancia entre las crestas de las ondas no varía. Esto ocurre porque cuanto mayor es la piedra, más energía transmite a la onda; en consecuencia, la amplitud del movimiento está relacionada con la energía. Si se deja caer una piedra más pequeña desde una altura mayor, se logra el mismo efecto.

La distancia entre las crestas de las ondas se llama longitud de onda. Cuando arrojamos la piedra, observamos que se generan ondas de forma circular horizontalmente y ondas transversales. La cantidad de veces que el agua asciende y desciende en una determinada unidad de tiempo se llama frecuencia de onda.

Difusión y Reflexión

Cuando un haz de rayos de luz paralelos incide sobre una superficie plana bien pulida, los rayos siguen siendo paralelos después del choque con la superficie: la luz se ha reflejado. En cambio, cuando la luz incide sobre una superficie rugosa, después del choque los rayos no siguen siendo paralelos: la luz se ha difundido.

Espejos

Los espejos planos son los que usamos para mirarnos a nosotros mismos. Cuando vemos un espejo plano, estamos viendo un reflejo que no está distorsionado en su tamaño. Pero la imagen formada cambia de sentido izquierdo-derecho. Es por eso que si tenemos algo en el brazo derecho, aparece en el reflejo como si lo tuviéramos en el brazo izquierdo. Como la imagen es recta, se dice que es virtual. Los espejos convexos son aquellos que presentan una convexidad hacia el espacio de donde proviene la luz incidente. Un espejo cóncavo es un espejo convergente. Los rayos de la luz salen del mismo lado del espejo.

Refracción de la Luz

Si un rayo se propaga en el aire y penetra en el agua, cambia ligeramente su dirección. Este fenómeno, conocido como refracción, ocurre cada vez que la luz pasa de un medio a otro que brinda una resistencia diferente que el primero. En este caso, se modifica su rapidez y dirección debido a la pérdida de energía producida durante el cambio de su trayectoria. Gracias a este fenómeno, los cuerpos bajo el agua se ven más cerca de lo que están. Por ejemplo, las golosinas son siempre más pequeñas de lo que parecen en los frascos. La responsable de este fenómeno es la refracción de la luz.

Ondas Electromagnéticas

En el movimiento de una onda, la mayor distancia entre la posición de equilibrio vertical y el movimiento extremo se llama amplitud. El hecho de ir de un extremo a otro de la posición de equilibrio y volver al extremo inicial constituye una oscilación o ciclo. El tiempo que tarda la soga en realizar una oscilación se llama período, y la frecuencia es la cantidad de oscilaciones o vibraciones que ocurren en un segundo.

Luz Blanca y Colores

Los colores son la manifestación, perceptible mediante el sentido de la vista, de las diferentes longitudes de onda de la luz. La luz procedente del Sol se llama luz blanca y contiene todos los colores que podemos ver. Hay una longitud de onda y, por lo tanto, una frecuencia asociada a cada color. Las ondas cuya longitud es menor que la correspondiente al color violeta se llaman ultravioleta, y las longitudes de onda mayores que la asociada al rojo se llaman infrarroja, aunque en ambos casos se trata de ondas invisibles para nuestros ojos.

La Vista y los Colores

Para destacar la posibilidad de que la descomposición de los colores producida por el prisma se debiera a las características del prisma y no de la luz, Newton pintó siete colores en un disco, lo hizo girar y observó que cuando todos los colores se mezclan, se obtiene el color blanco. Comprobó que para generar el color blanco no se requiere la presencia de todos los colores, sino solo de tres: rojo, verde y azul. Esto ocurre porque esos colores corresponden, respectivamente, a dos longitudes de onda ubicadas hacia los extremos del espectro de la luz visible (azul y rojo) y a una tercera que se halla en el medio (verde). Cuando nuestra vista percibe estos tres rangos de ondas simultáneamente, los interpreta como blanco, y ese es el color que vemos. Si se quita el azul, se verá el amarillo; si se elimina el verde, se percibirá el magenta; y si se saca el rojo, se percibirá el cian.