La Luz: Conceptos Fundamentales, Teorías y Fenómenos Ópticos

Conceptos Fundamentales de la Luz

Luz: Radiación Electromagnética

La luz es una forma de radiación electromagnética, también conocida como energía radiante, capaz de excitar la retina del ojo humano y producir, en consecuencia, una sensación visual. Este es un fenómeno físico que ocurre fuera del observador.

Sensación Luminosa: Percepción Humana

Se denomina sensación luminosa a la capacidad del ojo humano de captar diferentes haces de luz. Es un hecho fisiológico que sucede dentro del ser humano: en sus ojos, en sus nervios y en su cerebro. Por ejemplo, un golpe en un ojo puede provocar una sensación de luz por excitación del nervio óptico, incluso sin la presencia de luz externa. Esto representa una reacción fisiológica interna.

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

Teoría Corpuscular de Newton

Esta teoría, propuesta por Isaac Newton (1642-1726), supone que la luz está formada por partículas materiales, a las que llamó corpúsculos, que son lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. 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 reflexión.
• La refracción.

Teoría Cuántica de la Luz

La teoría cuántica establece que la luz no se propaga de manera continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que denominamos cuantos. Estos 'cuantos' de energía se llaman fotones. Toda la luz que nos llega lo hace en forma de estos pequeños paquetes discretos, no como un flujo continuo.

Teoría Ondulatoria y Electromagnetismo

Según la teoría ondulatoria, la luz se comporta como una onda. En el contexto del electromagnetismo, la onda luminosa se representa en cada punto de su esfera de emisión por un plano perpendicular a la dirección de propagación. En este plano se encuentran dos vectores oscilantes perpendiculares entre sí: uno eléctrico y el otro magnético. En otras palabras, definimos una radiación como la variación periódica en el espacio de un campo electromagnético.

Maxwell y las Ondas Electromagnéticas

James Clerk Maxwell obtuvo una serie de ecuaciones fundamentales del electromagnetismo y predijo la existencia de ondas electromagnéticas. Maxwell supuso que la luz representaba una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas. Posteriormente, Heinrich Hertz confirmó experimentalmente la existencia de estas ondas.

La Luz como Onda Electromagnética

Las ondas electromagnéticas son un tipo de onda que consiste en campos eléctricos y magnéticos que oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación. Una de las ondas es un campo magnético oscilante; la otra, un campo eléctrico oscilante.

Conceptos Clave en la Propagación de la Luz

Periodo de una Onda Luminosa

El periodo (T) es el tiempo que tarda una longitud de onda en pasar por un punto dado en el espacio. Matemáticamente, el periodo (T) es simplemente el inverso de la frecuencia (F).

Propagación Rectilínea de la Luz

Cada una de las direcciones en que la luz se propaga a partir de un foco luminoso se llama rayo luminoso. Al conjunto de rayos luminosos se le denomina haz de luz.

Velocidad de Propagación de la Luz

La velocidad de la luz depende del medio en el que se propague. En el vacío y en el aire, la velocidad de la luz es similar y alcanza aproximadamente 300.000 km/s. Debido a esta gran velocidad de propagación, al encender un foco luminoso nos parece percibir instantáneamente la luz que emite.

Propiedades y Fenómenos Ópticos de la Luz

• La Reflexión

  La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial.

  Reflexión Especular

  La luz se refleja sobre una superficie pulimentada, como un espejo, donde los rayos inciden y se reflejan en una única dirección.

  Reflexión Difusa

  La luz se refleja sobre una superficie rugosa y los rayos salen rebotados en todas direcciones, dispersándose.

• La Absorción

  Cuando la luz llega a una superficie u objeto, este puede absorber toda o parte de esa luz, transformándola en otra forma de energía, como calor.

• La Difracción

  La difracción de la luz es la curvatura de las ondas de luz alrededor de un objeto o al pasar a través de una abertura, extendiéndose en el espacio.

• La Refracción

  La refracción es el cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza.

  Ley de Snell de la Refracción

  Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico. La Ley de Snell establece que los senos de los ángulos de incidencia (θ₁) y de refracción (θ₂) son directamente proporcionales a las velocidades de propagación (v₁) y (v₂) de la luz en los respectivos medios.

Teoría del Color

Teoría del Color de Newton

La teoría del color de Newton se basa en la descomposición de la luz blanca en los siete colores espectrales (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta) al pasar por un prisma.

Tipología del Color

Los colores pueden clasificarse en diferentes tipos según su composición:

• Colores Primarios: No pueden crearse ni mezclarse a partir de otros colores (ej. rojo, azul, amarillo en el modelo sustractivo; rojo, verde, azul en el aditivo).
• Colores Secundarios: Surgen al mezclar en la misma proporción dos colores primarios.