Luz y óptica
Lo primero que deberíamos definir de la luz es muy simple, ¿es una onda o una partícula? Esta batalla duro siglos y se formaron 2 bandos, uno influenciado por Isaac Newton y su teoría corpuscular de la luz y otro por la teoría de la luz como onda de Christian Huygens. Al comienzo, la comunidad científica consideraba que Newton tenía la razón, pero poco a poco los experimentos como el de doble rendija (1801) de Thomas Young comenzaron a darle la razón a la teoría de Huygens. En la segunda mitad del siglo 19, James Maxwell unifica la luz, la electricidad y el magnetismo en las leyes del electromagnetismo (1865) usando la idea de la luz como onda. Según esto, Heinrich Hertz comienza a experimentar con las ecuaciones de Maxwell y comprueba que la luz es una onda electromagnética. Parecía que la luz como partícula estaba acabada, pero en 1905, Albert Einstein explica el efecto fotoeléctrico (descubierto por Hertz años atrás) usando la idea de la luz como un corpúsculo, una partícula de luz, un fotón. Si quieres ver como explico este efecto haz clic aquí:
Ambas teorías permiten explicar ciertos fenómenos, por ejemplo si la luz es una partícula que viaja en línea recta, esta puede formar sombras o reflejarse, pero en cambio sí es una onda, puede refractarse, reflejarse o interferir, características que se pueden ver experimentalmente. Actualmente, se considera que la luz tiene comportamiento dual, ya que viaja como una onda pero en línea recta, y que al interactuar con la materia se comporta como una partícula. La luz tiene ciertas características como poder propagarse por el vacío y por medios transparentes o translucidos, pero no opacos, viaja en línea recta y su velocidad es una constante universal que vale casi 300000 km/s.
Reflexión: Cuando la luz está viajando y llega a un obstáculo, esta se refleja. Puede reflejarse de manera difusa o especular, según si el obstáculo es rugoso o esta pulido. La reflexión especular se puede describir con el principio de Fermat, que establece que el ángulo del rayo incidente es igual al del reflejado. Estos ángulos se miden respecto a la Normal y los rayos incidentes y reflejados son coplanales a esta línea imaginaria.
Refracción: Este fenómeno se produce cuando la luz está viajando y tiene que cambiar de medio, lo que provoca una desviación del rayo de luz y una variación de la velocidad. Para explicar estos cambios se ocupa el índice de refracción, que es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio. Mientras más alto sea el índice (n), más se va a curvar el rayo hacia la Normal. Los rayos incidentes, reflejados y la Normal son coplanales. En la refracción hay algo muy curioso, y es que si el índice de refracción del segundo medio es menor que en el primero, se pueden generar ángulos críticos, pues el ángulo refractado puede ser igual o mayor a 90°, por lo que la luz queda atrapada en el medio, ya que solo se producen reflexiones internas.
Difracción: Este fenómeno se produce cuando la luz pasa por una apertura o hay un obstáculo. La luz no cambia de medio pero tiene que cambiar su dirección.
+Apertura: Si el tamaño de la apertura es similar a la longitud de onda, se difracta mucho, en cambio si el tamaño de la apertura es diferente de la longitud de onda, no se difracta tanto.
+Obstáculo: Mientras más grande sea la longitud de onda frente al tamaño del obstáculo, más se va a difractar la luz. Si el obstáculo tiene menor tamaño que la longitud de onda, la luz no se difracta.
Interferencia (según el experimento de Young): Este experimento consiste en hacer pasar un haz de luz monocromática por una rendija para que se difracte, y después hacer pasar la luz por 2 rendijas paralelas para que se vuelva a difractar. Si después observamos en una pantalla, podemos ver un patrón de interferencia con máximos de interferencia constructiva y mínimos de interferencia destructiva.
Polarización: La luz es una onda transversal que oscila entre 2 campos perpendiculares entre sí, el campo eléctrico y el magnético. Algunos objetos pueden “eliminar” uno de estos campos, por lo que la intensidad de la luz disminuye.
Formación de colores: La luz es una sección del espectro electromagnético. Toda la luz visible está en este espectro y su fusión se denomina luz blanca. La luz blanca es la suma de todos los colores individuales. Todos los colores tienen una frecuencia asociada y los foto-receptores de nuestros ojos son sensibles a diferentes frecuencias, lo que en el cerebro se interpreta como un color. Los colores que conforman al blanco son: rojo, naranjo, amarillo, verde, azul y morado, según como va aumentando la frecuencia. La luz blanca se puede separar con un prisma, que es un tipo de cristal que a través de 2 refracciones separa la luz en los colores, pues cada color se refracta de manera diferente, igual es probable que suba un artículo al blog explicando cómo se separan los colores.
+Formación del arcoíris: Para que se forme un arcoíris, tenemos que tener un emisor, en este caso el sol, un observador y gotas de agua que actúen como prismas. Siempre tienen que estar en este orden de Sol, observador, agua. La luz del sol viaja hasta las gotas de agua, donde se refracta, después se refleja según un ángulo crítico y posteriormente se vuelve a refractar para llegar a un observador.
Efecto Doppler: El efecto doppler es el cambio de frecuencia aparente por el movimiento del emisor. En la luz, esto se ve reflejado por el cambio en el color de los objetos. Este efecto se puede ver en el corrimiento al rojo o al morado de las galaxias en el universo.
Los espejos son superficies pulimentadas que pueden reflejar especularmente la luz. La reflexión de los espejos está definida por el principio de Fermat. En los espejos planos, los rayos incidentes se reflejan, pero no se pueden encontrar al frente del espejo, así que se prolongan detrás del espejo, por lo que se construye una imagen virtual. Si el espejo es plano, la imagen va a ser completamente igual al objeto, a excepción de que se va a invertir de derecha a izquierda, es decir que todo lo que se encuentra a la derecha en un objeto se va a encontrar a la izquierda de la imagen.
Si se empiezan a colocar más y más espejos, estos se van a proyectar y se van a formar cada vez más imágenes. Si se colocan 2 espejos con un ángulo x, la cantidad de imágenes que se van a formar será
360/x -1.
Por cierto, aun me falta escribir sobre espejos curvos pero eso vendrá para la próxima prueba.