TEORÍAS DE LA LUZ
Las teorías propuestas por los científicos para explicar la naturaleza de la luz han
ido cambiando a lo largo de la historia de la ciencia, a medida que se van
descubriendo nuevas evidencias que permiten interpretar su comportamiento, como
corpúsculo, onda, radiación electromagnética, cuanto o como la mecánica cuántica.
Teoría Corpuscular
Teoría planteada en el siglo xvii por el físico inglés Isaac Newton.
Señalaba que la luz consistía en un flujo de pequeñísimas partículas o corpúsculos
sin masa, emitidos por las fuentes luminosas, que se movía en línea recta con
rapidez. Gracias a esto, eran capaces de atravesar los cuerpos transparentes, que
permite ver a través de ellos. En cambio, en los cuerpos opacos, los corpúsculos
rebotaban, por lo cual no se puede observar a través de ellos.
Esta teoría explicaba con éxito la propagación rectilínea de la luz, la refracción y la
reflexión, pero no los anillos de Newton, las interferencias y la difracción. Además,
experiencias realizadas posteriormente permitieron demostrar que esta teoría no
aclaraba en su totalidad la naturaleza de la luz.
Teoría Ondulatoria
Teoría planteada por el científico holandés Christian Huygens, contemporáneo de
Newton. Esta teoría postula que la luz emitida por una fuente estaba formada por
ondas, que correspondían al movimiento específico que sigue la luz al propagarse a
través del vacío en un medio insustancial e invisible llamado éter. Además, índica
que la rapidez de la luz disminuye al penetrar al agua. Con ello, explica y describía la
refracción y las leyes de la reflexión.
En sus inicios, esta teoría no fue considerada debido al prestigio de Newton. Pasó
más de un siglo para que fuera tomada en cuenta. Como consecuencia, quedó de
manifiesto que su poder explicativo era mayor que el de la teoría corpuscular.
Teoría Electromagnética
En el siglo XIX, se agregan a las teorías del físico James Clerk Maxwell, quien
explica que los fenómenos eléctricos están relacionados con los fenómenos
magnéticos. Señala que cada variación en el campo eléctrico origina un cambio en
la proximidad del campo magnético e, inversamente. Por lo tanto, la luz es una onda
electromagnética trasversal que se propaga perpendicular entre sí. Este hecho
permitió descartar que existiera un medio de propagación insustancial e invisible.
Sin embargo esta teoría deja sin explicación fenómenos relacionados con el
comportamiento de la luz en cuanto a la absorción y la emisión: el efect
o
fotoeléctrico y la emisión de luz por cuerpos incandescentes.
Teoría de los Cuantos
Max Planck establece que los intercambios de energía entre la materia y la luz solo
son posibles por cantidades finitas o cuántos de luz, que posteriormente se
denominan fotones. La teoría no puede explicar los fenómenos de tipo ondulatorio,
como son las interferencias, las difracciones, entre otros.
Posteriormente, basándose en la teoría cuántica de Planck, en 1905 el físico de
origen alemán Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de los
corpúsculos de luz, a los que llamó fotones. Con esto propuso que la luz se
comporta como onda en determinadas condiciones.
Mecánica Ondulatoria
Esta teoría reúne tanto la teoría electromagnética como la de los cuantos heredadas
de la teoría corpuscular y ondulatoria, con lo que se evidencia la doble naturaleza de
la luz. El que esta se comporte como onda y partícula fue corroborado por el físico
francés Luis de Broglie, en el año 1924, quién agregó, además, que los fotones
tenían un movimiento ondulatorio, o sea que la luz tenia un comportamiento dual.
Así, la luz, en cuanto a su propagación, se comporta como onda, pero su energía es
trasportada junto con la onda luminosa por unos pequeños corpúsculos que se
denominan fotones.
Esta teoría establece, entonces, la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción
con la materia ( proceso de emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética de
su propagación.
Propiedades de la luz.
Absorción
La absorción de la radiación electromagnética es el proceso por el cual dicha
radiación es captada por la materia. Cuando la absorción se produce dentro del
rango de la luz visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al ser
absorbida, puede, bien ser reemitida o bien transformarse en otro tipo de energía,
como calor o energía eléctrica.
Los colores que muestra el espectro (arco iris) son la combinación de los colores
primarios, que no incluyen el blanco ni el negro, pues éstos se consideran valores. El
blanco estaría indicando presencia de luz y el negro ausencia de luz.
Reflexión.El fenómeno de reflexión de un haz de luz en la interfaz de dos medios es muy
semejante al rebote de un cuerpo elástico sobre una pared muy rígida; de hecho se
observa que el ángulo reflejado r resulta ser exactamente igual al ángulo incidente i
donde ambos están referidos al ángulo que forman los haces reflejados e incidente
respecto a la normal al plano de la frontera entre los dos medios (interfaz).
Ley de la reflexión
i=r
La transmisión
Se puede considerar una doble refracción. Si pensamos en un cristal; la luz sufre
una primera refracción al pasar del aire al vidrio, sigue su camino y vuelve a
refractarse al pasar de nuevo al aire. Si después de este proceso el rayo de luz no
es desviado de su trayectoria se dice que la transmisión es regular como pasa en los
vidrios transparentes. Si se difunde en todas direcciones tenemos la transmisión
difusa que es lo que pasa en los vidrios translúcidos. Y si predomina una dirección
sobre las demás tenemos la mixta como ocurre en los vidrios orgánicos o en los
cristales de superficie labrada. Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte
de los colores que la componen son absorbidos por la superficie y el resto son
reflejados
Refracción.Se refiere a la observación de que el haz transmitido en un medio transparente,
justamente al pasar la frontera, cambia de dirección. Cuando la luz pasa de un
medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta
velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A
este fenómeno se le llama refracción.
Teoría de la dispersión
La teoría de la dispersión es un marco para el estudio y la comprensión de la
dispersión de ondas y partículas. De forma prosaica, la dispersión de ondas
corresponde a la colisión y dispersión de una onda con algún objeto con materia, por
ejemplo: la dispersión de la luz solar por las gotas de lluvia para formar un arco iris.
Difracción
En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la
desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La
difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie
de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz visible y las ondas de radio.
También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por
ejemplo, por causa de la difracción, el haz colimado de ondas de luz de un láser
debe finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del