Propiedades de la Luz y Fenómenos Ópticos: Velocidad, Espectro y Refracción
Propiedades Fundamentales de la Luz
La luz se propaga en el vacío a una velocidad de 300.000 km/s, velocidad que es reconocida como "velocidad de la luz en el vacío" y simbolizada con la letra c.
La energía transportada por las ondas es directamente proporcional a su frecuencia. Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia (o energía) en el denominado espectro electromagnético. Los ojos humanos son sensibles a las ondas electromagnéticas comprendidas entre la luz roja y la luz violeta.
Sombras y Eclipses
Formación de Sombras
En general:
- Si un foco de luz es muy pequeño o es grande pero está muy lejos, lo iluminado producirá sombras nítidas.
- Si un foco de luz es grande y se encuentra próximo al objetivo, formará umbra (ahí donde no puede llegar los rayos procedentes de los extremos luminosos) y penumbra (ahí donde no llegan los rayos procedentes de un extremo del foco).
Tipos de Eclipses
- Eclipse parcial de sol: Cuando la luna se interpone entre el sol y la tierra.
- Eclipse lunar: Cuando la tierra se interpone entre el sol y la luna.
- Eclipse anular: Cuando se produce un eclipse de sol y se proyecta solo penumbra.
Reflexión de la Luz
Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar contra la superficie de los cuerpos.
Leyes Fundamentales
- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano perpendicular a la superficie.
- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
Tipos de Reflexión
- Reflexión especular: Si la superficie donde se refleja la luz es perfectamente lisa, todos los rayos reflejados salen en la misma dirección.
- Reflexión difusa: Si la superficie presenta rugosidades, los rayos salen reflejados a todas las direcciones.
Espejos y Formación de Imágenes
Los rayos que proceden del extremo superior del objeto llegan a nuestros ojos tras reflejarse en el espejo. Para nosotros el objeto parece estar situado detrás del espejo; a esta imagen se la llama imagen virtual.
- Espejo cóncavo: Todos los rayos que llegan paralelos a un espejo cóncavo se reflejan convergiendo en un mismo punto denominado foco (f) del espejo.
- Espejo convexo: Los rayos reflejados se separan, pero sus prolongaciones imaginarias se juntan en el foco, ahora detrás del espejo.
Refracción y Dispersión de la Luz
La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a otro en el que se propaga con distinta velocidad.
Leyes de la Refracción
- El rayo refractado, el incidente y la normal se encuentran en el mismo plano.
- El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa de un medio a otro a menor velocidad.
La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio en el que puede propagarse se denomina índice de refracción: n = c / v.
Dispersión de la Luz
El índice de refracción de la luz depende de su frecuencia: es mayor cuanto mayor es la frecuencia.
Tipos de Lentes
- Convergentes (biconvexas): Son más gruesas por el centro que por los extremos. Los rayos refractados por estas lentes convergen en un punto llamado foco.
- Divergentes (bicóncavas): Son más gruesas por los extremos que por el centro. Los rayos refractados por estas lentes no convergen en un punto, sino que se separan.
Clasificación de los Materiales según la Luz
- Transparentes: Permiten que la luz se propague por su interior en una misma dirección.
- Opacos: Absorben o reflejan la luz, pero no permiten que esta los atraviese.
- Translúcidos: Absorben o reflejan parcialmente la luz y permiten que se propague parte de ella, pero la difunden en distintas direcciones.