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1. LA LUZ Y EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
ÍNDICE:
.1 El espectro electromagnético. 1.1 Qué es el espectro 1.2 Tipos de espectro: continuo y discontinuo. .2 Las propiedades de la luz. 2.1 Reflexión-Refracción-Difracción-Interferencia-Polarización.
1. El espectro electromagnético.
La luz corresponde a un conjunto más amplio de fenómenos originados por las denominadas ondas electromagnéticas , que son vibraciones energéticas de naturaleza eléctrica que se propagan en el vacío a una velocidad de 300.000 km/seg. Esta concepción de la luz como onda electromagnética fue expuesta por Maxwell en el s. XIX. Cada una de estas ondas puede medirse a través de lo que se conoce como longitud de onda, (Y) que es la distancia entre las crestas o valles de dos ondas, y se mide en nanómetros, que equivale a la milmillonésima parte de un metro: nm = 10 elevado a -9. A la representación ordenada de las diferentes longitudes de onda se conoce a su vez como espectro electromagnético.
Así, el espectro electromagnético se encuentra formado por todas las radiaciones electromagnéticas, entre las que se encuentran: las ondas hertzianas, infrarrojos, la luz visible al ojo humano, los ultravioletas, los rayos X, los rayos gamma y los rayos cósmicos. Todas estas formas de energía electromagnéticas se caracterizan por:
- Son irradiadas a partir de una fuente energética, de ahí que reciban el nombre de energía radiante.
- Son capaces de propagarse en el vacío.
- Todas se desplazan a una velocidad que en el vacío puede llegar a alcanzar los 300.000 km/seg. En otras materias la velocidad disminuye a medida que aumenta la densidad de la materia, como se verá más adelante al estudiar las
propiedades de la luz.
- Son irradiadas en línea, como puede comprobarse en el caso de la luz a través de la dirección de las sombras o de la observación de los rayos solares.
- Se desplazan en forma de ondas. Como ya se ha dicho, de todo este espectro, el ojo humano sólo percibe una serie de longitudes de ondas, las que corresponden al llamado espectro visible, que está comprendido desde los 720 hasta los 380 nanómetros (generalmente desde los 400 hasta los 700). Dentro del espectro visible cada longitud de onda produce un estímulo diferente dentro del ojo; cada tipo de estímulo es reconocido como un color y la suma de todos ellos como luz blanca. La parte visible comprende los siguientes colores: Rojo-Naranja-Amarillo-Verde-Azul-Violeta, que se corresponden respectivame nte con las longitudes de onda más larga hasta la más corta.
Así, el color viene definido por la longitud de onda, y cuanto más corta sea dicha onda, más azulado será el color y viceversa, cuanto más larga sea la onda, más rojizo será el color. Tenemos la siguiente relación: ONDAS CORTAS-----TONOS AZULES----TEMPERATURA COLOR ALTA. ONDAS LARGAS----TONOS ROJIZOS----TEMPERATURA COLOR BAJA. Estos cambios en cuanto a la tonalidad de la luz sobre la base de su longitud de onda, también son apreciables en la principal fuente de luz natural: el sol. Así, al mediodía el sol incide perpendicularmente sobre la tierra, por lo que la distancia es más corta, lo que hace que apreciemos una luz más azulada. Al contrario, al amanecer y al atardecer, los rayos inciden sobre la tierra oblicuamente, por lo que la distancia es mayor, tienen que hacer más recorrido para llegar a la superficie terrestre, apreciándose una luz de tonalidad rojiza.
MEDIODÍA: RAYOS PERPENDICULARES: DISTANCIA MÁS CORTA: LUZ AZUL.
AMANECER / ATARDECER: RAYOS OBLICUOS: DISTANCIA MÁS LARGA: LUZ ROJA.
Además, existen dos tipos de transmisión: Transmisión acromática: todas las longitudes de onda se transmiten por igual independientemente del color. Transmisión cromática: transmiten unas ondas y absorbe otras según el color.
FENÓMENOS DE LA LUZ:
a) Reflexión. Es el cambio de dirección que experimenta el rayo de luz al encontrar en su camino un obstáculo en el que no puede entrar. La luz incide sobre una superficie con un determinado ángulo y el rayo reflectado formará el mismo ángulo que el incidente con respecto a la perpendicular imaginaria que divide el plano.
Rayo incidente Rayo incidente Rayo reflejado Rayo reflejado
La reflexión será de un tipo u otro, es decir, tomará una dirección u otra según el obstáculo sobre el que incida. Así, se dan los siguientes tipos de reflexión:
- Especular: es aquella en la que el rayo que llega a una superficie es reflejado en una dirección determinada por su ángulo de incidencia. La luz puede ser reflejada especularmente cuando incide en sustancias lisas, tales como el agua, el vidrio, etc. Es el caso de los espejos planos.
- (^) Difusa: es aquella en la que el haz de luz es dispersado o interrumpido por la superficie con la que contacta, que a su vez va a reflejarlo en todas las direcciones. Esta reflexión se produce a partir de superficies irregulares.
- Mixta: es una combinación de la reflexión especular y la selectiva y es la que se da en la mayoría de los materiales reales.
- Selectiva: es aquella en la que el haz de luz es parcialmente reflejado y absorbido, es decir, llega a la superficie de un objeto que absorbe unas longitudes de onda y refleja otras. Por ejemplo, una tela roja. Recibe luz blanca y se ve roja porque absorbe las longitudes de onda violeta, azul, verde y amarilla y refleja la roja y la naranja. Así, si esta tela fuese únicamente iluminada por longitudes de onda azules no reflejaría ninguna luz y se vería negra. Este apartado se entenderá mejor cuando se estudie la teoría del color. Solo devuelve las ondas de 700 nm, por lo que se ve roja.
b) Refracción. Puede definirse como el cambio que experimenta la dirección de un haz de luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad y se produce porque la velocidad de la luz cambia según la densidad del medio que atraviesa.
Rayo incidente
Rayo refractado
Velocidad de la luz en los distintos medios: Medio Velocidad (Km/seg) Vacío --------------------------------- 300. Aire ----------------------------------- 299. Agua --------------------------------- 225.
Cuanto mayor sea el cambio de dirección, más pequeño será el ángulo. Paso medio rápido a lento---------- Acercamiento a la normal.
- Diferencia de un medio a otro---------- + pequeño se hace el ángulo porque cambia más la dirección.
Ejemplo 1. Paso del aire al agua. Ejemplo 2. paso del aire al vidrio. 2ª La luz pasa de un medio más lento a otro más rápido, es decir, de un medio más denso a otro menos denso, por ejemplo, del agua al aire. En este caso el rayo refractado se aleja de la normal y el ángulo que forma el rayo refractado será mayor cuanto mayor sea la diferencia de densidades entre ambos medios. Paso medio lento a rápido----------------- Alejamiento de la normal.
- Diferencia de un medio a otro ----------------- + grande se hace el ángulo.
Ejemplo 1: paso del agua al aire. Ejemplo 2: paso del vidrio al aire.
El fenómeno de la refracción se rige por la llamada LEY DE SNELL. La forma precisa en que cambia la dirección de los rayos al pasar de un medio a otro es un fenómeno conocido desde la antigüedad, pero la ley de refracción no fue descubierta hasta el S.XV por Snell , quien no la dio a conocer, describiéndola solamente en notas personales de investigación. Así, la ley de refracción fue divulgada por Descartes en 1627, pero se conoce universalmente como Ley de Snell. Según
esta ley, las tres características fundamentales de las que depende el cambio de dirección de la trayectoria de la luz son:
- El tipo de material: determina el índice de refracción, que se basa en que si un rayo de luz pasa de un medio a otro de densidad diferente, se desvía hacia la normal o alejándose de ella.
- La dirección desde la cual incide la luz.
- La longitud de onda de la luz: la luz blanca se compone de diferentes longitudes de onda que corresponden a los colores rojo, naranja, amarillo, verde, cyan y azul. Cada una de estas longitudes de onda es refractada en una cantidad ligeramente diferente. Así, al llegar a un medio más denso, las ondas cortas (recordemos que son las azules), pierden más velocidad que las ondas largas. Esto implica una variación del índice de refracción según la longitud de onda; por ejemplo, el índice de refracción del agua varía entre 1.343 para las longitudes de onda corta y un 1.330 para las longitudes de onda larga.
Ondas cortas: +cambio de direccion: +índice de refracción.
)c Difracción Es un fenómeno producido por las características ondulatorias de la luz y consiste en que un obstáculo que se opone a la propagación libre de esas ondas, se presenta como una fuente secundaria que emite ondas derivadas en todas las direcciones. Este fenómeno fue descubierto por Grimaldi en 1651, quien le dio el nombre de difracción: división en fracciones, ya que se produce siempre que la luz emitida por una fuente se separe en fracciones ante la interposición de un cuerpo opaco. Así, la difracción de la luz consiste en que la luz abandona su trayectoria rectilínea y se desvía en los bordes de un obstáculo o un orificio cuyo tamaño es tan pequeño que no puede ser atravesado por el rayo de luz. Cuanto menor es el orificio comparado con la longitud de onda, más notable es el fenómeno de la difracción.
