Explorando las Ondas Mecánicas y la Naturaleza de la Luz: Conceptos y Teorías

Ondas Mecánicas

Una onda mecánica es una perturbación física en un medio elástico. La propagación de energía mediante una perturbación se conoce como movimiento ondulatorio mecánico.

Tipos de Ondas

• Ondas transversales: Son aquellas ondas en las que la vibración de las partículas individuales del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
• Ondas longitudinales: La vibración de las partículas individuales es paralela a la dirección de propagación de la onda.

Las olas son una combinación de ondas transversales y longitudinales.

Movimiento Periódico y Ondulatorio

• Movimiento periódico: Movimiento en el que un cuerpo se mueve de ida y vuelta sobre una trayectoria fija, y regresa a cada posición y velocidad después de un intervalo de tiempo definido.
• Periodo (T): Tiempo en que se realiza una oscilación completa. Se mide en segundos.
• Frecuencia (f): Número de oscilaciones completas por segundo. Se mide en Hertz (Hz).
• Amplitud: Valor de la deformación máxima.
• Movimiento ondulatorio periódico:
  • Longitud de onda: Distancia entre dos partículas que están en fase.
  • Estar en fase: Tienen las mismas características. Todas las variables físicas son iguales.

Principio de Superposición

Cuando en el mismo medio existen dos o más ondas, cada onda se mueve como si la otra estuviera ausente.

La Luz

La luz, como todas las radiaciones, es un tipo de radiación electromagnética.

La Luz como una Onda

1. Longitud de onda: Distancia entre dos crestas consecutivas.
2. Amplitud: Altura de la onda.
3. Frecuencia: Número de ondas que pasan en un segundo por un punto fijo.
4. Periodo: Tiempo de una oscilación completa.
5. Velocidad: Producto de la frecuencia y la longitud de onda.

Características de la Luz

1. Se propaga en línea recta.
2. Se refleja.
3. Se refracta (cambia de dirección cuando cambia de un medio a otro).

Reflexión y Refracción

• Reflexión: Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar contra la superficie de los cuerpos. La luz reflejada sigue propagándose por el mismo medio que la incidente.
• Refracción: Cuando la luz pasa de un medio a otro cambia de dirección (se refracta). Su velocidad de propagación también varía según el medio.

Índice de Refracción

El índice de refracción (n) nos dice la rapidez con la que la luz se propaga por un medio. n = c / v, donde c es la velocidad de la luz en el vacío (3x10⁸ m/s) y v es la velocidad de la luz en el otro medio.

Dispersión

La dispersión ocurre cuando la luz blanca atraviesa un prisma (medio no paralelo) y esta se dispersa apareciendo los 7 colores del arcoíris (espectro de luz incidente). Esto se conoce como dispersión refractiva.

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

Teoría Corpuscular (Newton)

Newton descubrió el fraccionamiento de la luz solar blanca en sus colores compuestos al atravesar un prisma. Sugirió que la luz es corpuscular por naturaleza. Supuso que los corpúsculos eran muy pequeños en comparación con la materia y que se propagaban sin rozamiento por el medio. La luz se considera una corriente de partículas (corpúsculos) que salen de la fuente luminosa, viajan en línea recta a gran velocidad y estimulan nuestros ojos produciendo la visión.

Características

• La luz se propaga en línea recta porque la trayectoria seguida por los corpúsculos es rectilínea.
• Cuando se interpone un obstáculo que los corpúsculos no puedan atravesar se produce una sombra.
• Cuando los corpúsculos rebotan sobre una superficie se produce la reflexión.

Teoría Ondulatoria (Huygens)

Según Huygens, la luz se comporta como ondas esféricas que se propagan portando energía y que necesitan de un medio material para hacerlo.

Características

• La masa de los cuerpos que emiten luz no disminuye.
• La propagación rectilínea y la reflexión de la luz se pueden explicar suponiendo que la luz es una onda.
• La luz experimenta refracción, que es un fenómeno típico de las ondas.

Diferencia entre las Teorías

Según la teoría ondulatoria, la velocidad de la luz en el aire debe ser mayor que en el agua. En cambio, la teoría corpuscular afirmaba todo lo contrario.