la luz y sus conceptos básicos
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7/26/2019 La luz y sus conceptos bsicos
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Se llama luz(del latnlux, lucis) a la parte de la radiacin electromagnticaque puede
ser percibida por el ojo humano.Enfsica,el trmino luz se usa en un sentido ms amplio e
inclu!e todo el campo de la radiacin conocido comoespectro electromagntico, mientras que
la e"presin luz visiblese#ala especficamente la radiacin en elespectro $isible. %a luz, como
todas las radiaciones electromagnticas, est formada por partculaselementalesdespro$istas de masadenominadas fotones,cu!as propiedades de acuerdo con
la dualidad onda partculae"plican las caractersticas de su comportamiento fsico.
Velocidad finita&editar'
Artculo principal:elocidad de la luz
Se ha demostrado terica ! e"perimentalmente que la luz tiene una $elocidad finita. %a
primera medicin con "ito fue hecha por el astrnomo dans le *oemeren +-! desde
entonces numerosos e"perimentos han mejorado la precisin con la que se conoce el dato.ctualmente el $alor e"acto aceptado para la $elocidad de la luz en el $aco es de
/00 -0/ 123m4s.+
%a $elocidad de la luz al propagarse a tra$s de la materia es menor que a tra$s del $aco !
depende de las propiedades dielctricas del medio ! de la energa de la luz. %a relacin entre
la $elocidad de la luz en el $aco ! en un medio se denomina ndice de refraccindel medio5
%a lnea amarilla muestra el tiempo que tarda la luz en recorrer el espacio entre la 6ierra! la%una,alrededor de +,/ segundos.
Refraccin&editar'
Artculo principal:*efraccin
En esta ilustracin se muestra la descomposicin de la luz al atra$esar unprisma.
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Ejemplo de la refraccin. %a pajita parece partida, por la refraccin de la luz al paso desde el lquido al
aire.
%a refraccines la $ariacin brusca de direccin que sufre la luz al cambiar de medio. Este
fenmeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes $elocidades seg7n el medio
por el que $iaja. El cambio de direccin es ma!or cuanto ma!or es el cambio de $elocidad, !a
que la luz recorre ma!or distancia en su desplazamiento por el medio en que $a ms rpido.
%a le! de Snellrelaciona el cambio de ngulo con el cambio de $elocidad por medio de
losndices de refraccinde los medios.
8omo la refraccin depende de la energa de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o
policromtica a tra$s de un medio con caras no paralelas, como unprisma,se produce laseparacin de la luz en sus diferentes componentes (colores) seg7n su energa, en un
fenmeno denominadodispersin refracti$a.Si el medio tiene las caras paralelas, la luz se
$uel$e a recomponer al salir de l.
Ejemplos mu! comunes de la refraccin es la ruptura aparente que se $e en un lpiz al
introducirlo en agua o elarcoris.
Propagacin y difraccin&editar'
Artculo principal:9ifraccin
Sombra de una canica.
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:na de las propiedades de la luz ms e$identes a simple $ista es que se propaga en
lnea recta. %o podemos $er, por ejemplo, en la propagacin de un ra!o de luz a tra$s de
ambientes pol$orientos o de atmsferas saturadas. %a ptica geomtricaparte de esta
premisa para predecir la posicin de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su
transmisin.
%uz en la persiana.
9e la propagacin de la luz ! su encuentro con objetos surgen las sombras.Si interponemosun cuerpo opacoen el camino de la luz ! a continuacin una pantalla, obtendremos sobre ella
la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o focose encuentra lejos del cuerpo, de tal forma
que, relati$amente, sea ms peque#o que el cuerpo, se producir una sombra definida. Si se
acerca el foco al cuerpo surgir una sombra en la que se distinguen una regin ms clara
denominada penumbra! otra ms oscura denominadaumbra.
Sin embargo, la luz no siempre se propaga en lnea recta. 8uando la luz atra$iesa un
obstculo puntiagudo o una abertura estrecha, el ra!o se cur$a ligeramente. Este fenmeno,
denominado difraccin, es el responsable de que al mirar a tra$s de un agujero mu!
peque#o todo se $ea distorsionado o de que los telescopios ! microscopios tengan un n7mero
de aumentos m"imo limitado.
Interferencia&editar'
Artculo principal:;nterferencia
E"perimento de
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procedente de las dos rendijas se combina en una tercera pantalla produciendo bandas
alternati$as claras ! oscuras.
El fenmeno de las interferencias se puede $er tambin de forma natural en las manchas de
aceite sobre los charcos de agua o en la cara con informacin de los discos compactos=
ambos tienen unasuperficieque, cuando se ilumina con luz blanca, la difracta, producindoseuna cancelacin por interferencias, en funcin del ngulo de incidencia de la luz, de cada uno
de los colores que contiene, permitiendo $erlos separados, como en un arco iris.
Reflexin y dispersin&editar'
Artculos principales:*efle"in (fsica)y9ispersin (fsica).
>ez ballestareflejado.
l incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que est constituido retiene unos instantes
su energa! a continuacin la reemite en todas las direcciones. Este fenmeno es
denominado reflexin. Sin embargo, en superficies pticamente lisas, debido ainterferencias
destructi$as, la ma!or parte de la radiacin se pierde, e"cepto la que se propaga con el mismo
ngulo que incidi. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el
agua de un ro (que tiene el fondo oscuro).%a luz tambin se refleja por medio del fenmeno denominado refle"in interna total,que se
produce cuando un ra!o de luz, intenta salir de un medio en que su $elocidad es ms lenta a
otro ms rpido, con un determinado ngulo. Se produce una refraccinde tal modo que no
es capaz de atra$esar la superficie entre ambos medios reflejndose completamente. Esta
refle"in es la responsable de los destellos en undiamantetallado.
En el $aco, la $elocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro $isible,
pero cuando atra$iesa sustancias materiales la $elocidad se reduce ! $ara para cada una de
las distintas longitudes de onda del espectro, este efecto se denomina dispersin. ?racias a
este fenmeno podemos $er los colores del arcoris. El color azul del cielo se debe a la luz
del soldispersada por la atmsfera. El color blanco de las nubeso el de la lechetambin se
debe a la dispersin de la luz por las gotitas de aguao por las partculas de grasa en
suspensin que contienen respecti$amente.
Polarizacin&editar'
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Artculo principal:>olarizacin electromagntica
>olarizador.
El fenmeno de lapolarizacinse obser$a en unos cristales determinados que
indi$idualmente son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelos entre s
! con uno girado un determinado ngulo con respecto al otro, la luz no puede atra$esarlos. Si
se $a rotando uno de los cristales, la luz empieza a atra$esarlos alcanzndose la m"ima
intensidad cuando se ha rotado el cristal 0@A se"agesimalesrespecto al ngulo de
total oscuridad.
6ambin se puede obtener luz polarizada a tra$s de la refle"inde la luz. %a luz reflejada
est parcial o totalmente polarizada dependiendo del ngulo de incidencia. El ngulo que
pro$oca una polarizacin total se llamangulo de BreCster.
Duchas gafas de sol! filtros paracmarasinclu!en cristales polarizadores para eliminar
reflejos molestos.
Efectos qumicos&editar'
Artculo principal:otoqumica
lgunas sustancias al absorber luz, sufren cambios qumicos=utilizan la energaque la luz les
transfiere para alcanzar los ni$eles energticos necesarios para reaccionar, para obtener una
conformacin estructural ms adecuada para lle$ar a cabo una reaccin o para romper alg7n
enlace de su estructura (fotlisis).
%a fotosntesisen lasplantas, que generan az7cares a partir de di"ido de carbono, agua !
luz= la sntesis de$itamina 9en la piel= la ruptura de dihalgenos con luz en lasreacciones
radicalariaso el proceso de $isin en el ojo, producido por la isomerizacin del retinolcon la
luz, son ejemplos de reacciones fotoqumicas. El rea de la qumica encargada del estudio de
estos fenmenos es la fotoqumica.
Aproximacin histrica&editar'
Artculo principal:Fistoria de la ptica
https://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Grado_sexagesimalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Grado_sexagesimalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Oscuridadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Oscuridadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Reflexi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_Brewsterhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_Brewsterhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gafas_de_solhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gafas_de_solhttps://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_de_fotoshttps://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_de_fotoshttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=7https://es.wikipedia.org/wiki/Fotoqu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3lisishttps://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesishttps://es.wikipedia.org/wiki/Plantahttps://es.wikipedia.org/wiki/Plantahttps://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttps://es.wikipedia.org/wiki/Vitamina_Dhttps://es.wikipedia.org/wiki/Vitamina_Dhttps://es.wikipedia.org/wiki/Pielhttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_radicalariahttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_radicalariahttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_radicalariahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttps://es.wikipedia.org/wiki/Retinolhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fotoqu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Fotoqu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=8https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=8https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Historia_de_la_%C3%B3ptica&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Grado_sexagesimalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Oscuridadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Reflexi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_Brewsterhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gafas_de_solhttps://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_de_fotoshttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=7https://es.wikipedia.org/wiki/Fotoqu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3lisishttps://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesishttps://es.wikipedia.org/wiki/Plantahttps://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttps://es.wikipedia.org/wiki/Vitamina_Dhttps://es.wikipedia.org/wiki/Pielhttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_radicalariahttps://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_radicalariahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttps://es.wikipedia.org/wiki/Retinolhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fotoqu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=8https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Historia_de_la_%C3%B3ptica&action=edit&redlink=1 -
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;saac GeCton.
principios delsiglo H;;;era creencia generalizada que la luz estaba compuesta de
peque#as partculas. enmenos como la refle"in, la refraccin ! las sombras de los
cuerpos,se podan esperar de torrentes de partculas. ;saac GeCtondemostr que la
refraccin estaba pro$ocada por el cambio de $elocidad de la luz al cambiar de medio ! trat
de e"plicarlo diciendo que las partculas aumentaban su $elocidad al aumentar la densidad delmedio. %a comunidad cientfica, consciente del prestigio de GeCton, acept su teora
corpuscular.
En la cuneta quedaba la teora de8hristian Fu!gensque en+-3propuso que la luz era un
fenmeno ondulatorio que se transmita a tra$s de un medio llamado ter. Esta teora qued
ol$idada hasta la primera mitad del siglo H;H,cuando6homas
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Iames 8lerJ Da"Cell.
En +312, Dichael arada!descubri que el ngulo de polarizacin de la luz se poda modificar
aplicndole un campo magntico (efecto arada!), proponiendo dos a#os ms tarde que la luz
era una $ibracin electromagntica de alta frecuencia. Iames 8lerJ Da"Cell,inspirado por el
trabajo de arada!, estudi matemticamente estas ondas electromagnticas ! se dio cuenta
de que siempre se propagaban a una $elocidad constante, que coincida con la $elocidad de
la luz, ! de que no necesitaban medio de propagacin !a que se autopropagaban. %a
confirmacin e"perimental de las teoras de Da"Cell elimin las 7ltimas dudas que se tenan
sobre la naturaleza ondulatoria de la luz.
Go obstante, a finales delsiglo H;H, se fueron encontrando nue$os efectos que no se podan
e"plicar suponiendo que la luz fuese una onda, como, por ejemplo, el efecto fotoelctrico, esto
es, la emisin de electrones de las superficies de slidos ! lquidos cuando son iluminados.
%os trabajos sobre el proceso de absorcin ! emisin de energa por parte de la materia solo
se podan e"plicar si uno asuma que la luz se compona de partculas. Entonces la ciencia
lleg a un punto mu! complicado e incomodo5 se conocan muchos efectos de la luz, sinembargo, unos solo se podan e"plicar si se consideraba que la luz era una onda, ! otros solo
se podan e"plicar si la luz era una partcula.
El intento de e"plicar esta dualidad ondaKpartcula, impuls el desarrollo de la fsica durante
el siglo HH. tras ciencias, como labiologao la qumica, se $ieron re$olucionadas ante las
nue$as teoras sobre la luz ! su relacin con la materia.
Naturaleza de la luz&editar'
%a luz presenta una naturaleza compleja5 depende de cmo la obser$emos se manifestar
como una ondao como una partcula. Estos dos estados no se e"clu!en, sino que son
complementarios ($ase9ualidad onda corp7sculo). Sin embargo, para obtener un estudio
claro ! conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenmenos en los que
participa seg7n su interpretacin terica5
Teora ondulatoria&editar'
Descripcin&editar'
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Esta teora, desarrollada por8hristiaan Fu!gens, considera que la luz es una onda
electromagntica, consistente en un campo elctricoque $ara en el tiempo generando a su
$ez un campo magntico! $ice$ersa, !a que los campos elctricos $ariables generan campos
magnticos (le! de mpLre) ! los campos magnticos $ariables generan campos elctricos
(le! de arada!). 9e esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a tra$s del espacio,con campos magnticos ! elctricos generndose continuamente. Estas ondas
electromagnticas son sinusoidales, con los campos elctrico ! magntico perpendiculares
entre s ! respecto a la direccin de propagacin.
ista lateral (izquierda) de una onda electromagntica a lo largo de un instante ! $ista frontal (derecha)
de la misma en un momento determinado. 9e color rojo se representa el campo magntico ! de azul el
elctrico.
>ara poder describir una onda electromagntica podemos utilizar los parmetros habituales de
cualquieronda5
Amplitud (A)5 Es la longitud m"ima respecto a la posicin de equilibrio que alcanzala onda en su desplazamiento.
Periodo (T)5 Es el tiempo necesario para el paso de dos m"imos o mnimos
sucesi$os por un punto fijo en el espacio.
Frecuencia ()5 G7mero de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una
cantidad in$ersa al periodo.
Longitud de onda()5 Es la distancia lineal entre dos puntos equi$alentes de ondas
sucesi$as.
Velocidad de propagacin (V)5 Es la distancia que recorre la onda en una unidad de
tiempo. En el caso de la $elocidad de propagacin de la luzen el $aco, se representa con
la letra c.
https://es.wikipedia.org/wiki/Christiaan_Huygenshttps://es.wikipedia.org/wiki/Christiaan_Huygenshttps://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8rehttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faradayhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sinusoidehttps://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondahttps://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondahttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Christiaan_Huygenshttps://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8rehttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faradayhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sinusoidehttps://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondahttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luz -
7/26/2019 La luz y sus conceptos bsicos
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%a $elocidad, la frecuencia, el periodo ! la longitud de onda estn relacionadas por las
siguientes ecuaciones5
Fenmenos ondulatorios&editar'
Vase tambin:Do$imiento ondulatorio
lgunos de los fenmenos ms importantes de la luz se pueden comprender fcilmente si
se considera que tiene un comportamiento ondulatorio.
Elprincipio de superposicin de ondasnos permite e"plicar el fenmeno de
lainterferencia5si juntamos en el mismo lugar dos ondas con la misma longitud de onda
! amplitud, si estn en fase (las crestas de las ondas coinciden) formarn
una interferencia constructi$a! la intensidad de la onda resultante ser m"ima e igual a
dos $eces la amplitud de las ondas que la conforman. Si estn desfasadas, habr un
punto donde el desfase sea m"imo (la cresta de la onda coincida e"actamente con un
$alle) formndose una interferencia destructi$a, anulndose la onda. El e"perimento de
-
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*efraccin de la luz seg7n el principio de Fu!gens.
tro fenmeno de la luz fcilmente identificable con su naturaleza ondulatoria es
lapolarizacin. %a luz no polarizada est compuesta por ondas que $ibran en todos los
ngulos, al llegar a un medio polarizador, solo las ondas que $ibran en un ngulodeterminado consiguen atra$esar el medio, al poner otro polarizador a continuacin, si el
ngulo que deja pasar el medio coincide con el ngulo de $ibracin de la onda, la luz
pasar ntegra, si no solo una parte pasar hasta llegar a un ngulo de 0@M entre los dos
polarizadores, donde no pasar nada de luz.
9os polarizadores en serie.
Este efecto, adems, permite demostrar el carcter trans$ersal de la luz (sus ondas $ibran
en direccin perpendicular a la direccin de propagacin).
Elefecto arada!! el clculo de la $elocidad de la luz,c, a partir de constantes elctricas
(permiti$idad,) ! magnticas (permeabilidad, ) por parte de la teora de Da"Cell5
confirman que las ondas de las que est compuesta la luz son de naturaleza
electromagntica. Esta teora fue capaz, tambin, de eliminar la principal objecin a la
teora ondulatoria de la luz, que era encontrar la manera de que las ondas se
trasladasen sin un medio material.
Teora corpuscular&editar'
https://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Faradayhttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Faradayhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Permitividad_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Permitividad_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidad_magn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwellhttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=13https://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Faradayhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Permitividad_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidad_magn%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwellhttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=13 -
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Descripcin&editar'
%a teora corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partculas
sin carga! sinmasallamadas fotones, capaces de transportar todas las formas de
radiacin electromagntica. Esta interpretacin resurgi debido a que, la luz, en sus
interacciones con la materia, intercambia energa solo en cantidades discretas(m7ltiplos de un $alor mnimo) de energa denominadas cuantos. Este hecho es difcil
de combinar con la idea de que la energa de la luz se emita en forma de ondas, pero
es fcilmente $isualizado en trminos de corp7sculos de luz o fotones.
Fenmenos corpusculares&editar'
Da" >lancJ.
E"isten tres efectos que demuestran el carcter corpuscular de la luz. Seg7n el orden
histrico, el primer efecto que no se pudo e"plicar por la concepcin ondulatoria de la
luz fue la radiacin del cuerpo negro.
:n cuerpo negroes unradiadortericamente perfecto que absorbe toda la luz que
incide en l ! por eso, cuando se calienta se con$ierte en un emisor ideal de radiacin
trmica, que permite estudiar con claridad el proceso de intercambio de energa entre
radiacin ! materia. %a distribucin de frecuencias obser$adas de la radiacin emitida
por la caja a una temperatura de la ca$idad dada, no se corresponda con las
predicciones tericas de la fsica clsica. >ara poder e"plicarlo, Da" >lancJ,al
comienzo del siglo HH, postul que para ser descrita correctamente, se tena que
asumir que la luz de frecuencia N es absorbida por m7ltiplos enteros de un cuanto de
energa igual a h, donde hes una constante fsica uni$ersal llamada 8onstante de
>lancJ.
En+0@2,lbert Einsteinutiliz la teora cuntica recin desarrollada por >lancJ
para e"plicar otro fenmeno no comprendido por la fsica clsica5 el efecto
fotoelctrico. Este efecto consiste en que cuando un ra!o monocromticode
radiacin electromagntica ilumina la superficie de un slido (!, a $eces, la de un
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lquido), se desprenden electrones en un fenmeno conocido como fotoemisino
efecto fotoelctrico e"terno. Estos electrones poseen una energa cinticaque
puede ser medida electrnicamente con un colector con carga negati$a conectado
a la superficie emisora. Go se poda entender que la emisin de los llamados
OfotoelectronesO fuese inmediata e independiente de la intensidad del ra!o. Eranincluso capaces de salir despedidos con intensidades e"tremadamente bajas, lo
que e"clua la posibilidad de que la superficie acumulase de alguna forma la
energa suficiente para disparar los electrones. dems, el n7mero de electrones
era proporcional a la intensidad del ra!o incidente. Einstein demostr que el
efecto fotoelctrico poda ser e"plicado asumiendo que la luz incidente estaba
formada de fotones de energa h, parte de esta energa h0se utilizaba para
romper las fuerzas que unan el electrn con la materia, el resto de la energa
apareca como la energa cintica de los electrones emitidos5
donde mes la masa del electrn, vmxla $elocidad m"ima obser$ada, es lafrecuencia de la luz iluminante ! 0es la frecuencia umbral caracterstica del
slido emisor.
%a demostracin final fue aportada porrthur 8omptonque obser$ como al
hacer incidirra!os Hsobre elementos ligeros, estos se dispersabancon
menor energa ! adems se desprendan electrones (fenmeno
posteriormente denominado en su honor comoefecto !ompton). 8ompton,
a!udndose de las teoras anteriores, le dio una e"plicacin satisfactoria al
problema tratando la luz como partculas que chocan elsticamente con los
electrones como dos bolas de billar. Elfotn, corp7sculo de luz, golpea al
electrn5 el electrn sale disparado con una parte de la energa del fotn ! el
fotn refleja su menor energa en su frecuencia. %as direcciones relati$as en
las que salen despedidos ambos estn de acuerdo con los clculos que
utilizan la conser$acin de la energa ! el momento.
tro fenmeno que demuestra la teora corpuscular es la presin luminosa.
Teoras cu"nticas&editar'
https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico#Leyes_de_la_emisi.C3.B3n_fotoel.C3.A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Arthur_Comptonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Arthur_Comptonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_Xhttps://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_Xhttps://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_x#Dispersi.C3.B3n_el.C3.A1stica_de_rayos_Xhttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Comptonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Comptonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_luminosahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_luminosahttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=16https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico#Leyes_de_la_emisi.C3.B3n_fotoel.C3.A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Arthur_Comptonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_Xhttps://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_x#Dispersi.C3.B3n_el.C3.A1stica_de_rayos_Xhttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Comptonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_luminosahttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=16 -
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9iagrama de e!nmandonde se muestra el intercambio de un fotn $irtual
(simbolizado por una lnea ondulada ! ) entre unpositrn! unelectrn.
%a necesidad de reconciliar las ecuaciones de Da"Celldel campo
electromagntico, que describen el carcter ondulatorio electromagntico dela luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones, ha hecho que aparezcan
$aras teoras que estn a7n lejos de dar un tratamiento unificado
satisfactorio. Estas teoras incorporan por un lado, la teora de la
electrodinmica cuntica, desarrollada a partir de los artculos
de9irac, Iordan, Feisenberg!>auli, ! por otro lado la mecnica
cunticadede Broglie, Feisenberg!SchrPdinger.
>aul 9iracdio el primer paso con suecuacin de ondasque aport una
sntesis de las teoras ondulatoria ! corpuscular, !a que siendo una ecuacin
de ondas electromagnticas su solucin requera ondas cuantizadas, es decir,partculas. Su ecuacin consista en reescribir las ecuaciones de Da"Cellde
tal forma que se pareciesen a lasecuaciones hamiltonianasde la mecnica
clsica. continuacin, utilizando el mismo formalismo que, a tra$s de la
introduccin del cuanto de accin hN, transforma las ecuaciones de mecnica
clsica en ecuaciones de mecnica ondulatoria, 9irac obtu$o una nue$a
ecuacin del campo electromagntico. %as soluciones a esta ecuacin
requeran ondas cuantizadas, sujetas alprincipio de incertidumbre de
Feisenberg, cu!a superposicin representaban el campo electromagntico.
?racias a esta ecuacin podemos conocer una descripcin de la probabilidadde que ocurra una interaccin u obser$acin dada, en una regin
determinada.
E"isten a7n muchas dificultades tericas sin resol$erse, sin embargo, la
incorporacin de nue$as teoras procedentes de la e"perimentacin
con partculas elementales, as como de teoras sobre el comportamiento de
https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_Feynmanhttps://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_Feynmanhttps://es.wikipedia.org/wiki/Positr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Positr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_de_Maxwellhttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_electrodin%C3%A1mica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_electrodin%C3%A1mica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Pascual_Jordanhttps://es.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Ernst_Paulihttps://es.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Ernst_Paulihttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Louis-Victor_de_Brogliehttps://es.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Erwin_Schr%C3%B6dingerhttps://es.wikipedia.org/wiki/Erwin_Schr%C3%B6dingerhttps://es.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_de_Maxwellhttps://es.wikipedia.org/wiki/Hamiltoniano_(mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sica)https://es.wikipedia.org/wiki/Hamiltoniano_(mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sica)https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_incertidumbre_de_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_incertidumbre_de_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_incertidumbre_de_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electromagn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electromagn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADculas_elementaleshttps://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_Feynmanhttps://es.wikipedia.org/wiki/Positr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_de_Maxwellhttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_electrodin%C3%A1mica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_electrodin%C3%A1mica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Pascual_Jordanhttps://es.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Ernst_Paulihttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Louis-Victor_de_Brogliehttps://es.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Erwin_Schr%C3%B6dingerhttps://es.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Dirachttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_de_Maxwellhttps://es.wikipedia.org/wiki/Hamiltoniano_(mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sica)https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_incertidumbre_de_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_incertidumbre_de_Heisenberghttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electromagn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADculas_elementales -
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los n7cleos atmicos,nos han permitido obtener una formulacin adicional de
gran a!uda.
#fectos relati$sticos&editar'
Sin embargo, e"istan a7n algunas situaciones en las que la luz no se
comportaba seg7n lo esperado por las teoras anteriores.
Luz en mo$imiento&editar'
%a primera de estas situaciones ine"plicables se produca cuando la luz se
emita, se transmita o se reciba por cuerpos o medios en mo$imiento. Era de
esperar, seg7n la fsica clsica, que la $elocidad en estos casos fuese el
resultado de sumar a la$elocidad de la luz, la $elocidad del cuerpo o del
medio. Sin embargo, se encontraron $arios casos en los que no era as5
ugustin resnel.
En +3+3,ugustin resnelpropuso un e"perimento para medir la $elocidad ala que la luz atra$esaba un lquido en mo$imiento. >ara ello, se hara
atra$esar a la luz una columna de un lquido que flu!ese a una
$elocidad vrelati$a al obser$ador. 8onociendo la $elocidad v'a la que se
trasmite la luz a tra$s de ese medio, a tra$s del ndice de refraccin(n), se
calcul que la $elocidad total de la luz en ese fluido sera5
Sin embargo, cuando en +32+, el fsico francsFippol!te izeaulle$ a
cabo el e"perimento, comprob que la $elocidad a la que la luz
atra$esaba el lquido en mo$imiento no era la calculada sino5
es decir, que la $elocidad del fluido contaba menos en la $elocidad
final si la $elocidad con la que atra$esaba la luz ese fluido era ma!or.
En +-/2,Iames Bradle!descubri que la posicin obser$ada de las
estrellas en el firmamento $ariaba anualmente con respecto a la
posicin real en un inter$alo de 1+ segundos de arco. %a teora que
propuso para e"plicarlo fue que esta $ariacin se deba a la
https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_at%C3%B3micohttps://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_at%C3%B3micohttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=17https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=18https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Augustin_Fresnelhttps://es.wikipedia.org/wiki/Augustin_Fresnelhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Hippolyte_Fizeauhttps://es.wikipedia.org/wiki/Hippolyte_Fizeauhttps://es.wikipedia.org/wiki/1725https://es.wikipedia.org/wiki/1725https://es.wikipedia.org/wiki/James_Bradleyhttps://es.wikipedia.org/wiki/Arco_(geometr%C3%ADa)https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_at%C3%B3micohttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=17https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz&action=edit§ion=18https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Augustin_Fresnelhttps://es.wikipedia.org/wiki/Augustin_Fresnelhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Hippolyte_Fizeauhttps://es.wikipedia.org/wiki/1725https://es.wikipedia.org/wiki/James_Bradleyhttps://es.wikipedia.org/wiki/Arco_(geometr%C3%ADa) -
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combinacin de la $elocidad de la tierra al rotar alrededor del sol con
la $elocidad finita de la luz. ?racias a esta teora fue capaz de
calcular la $elocidad de la luz de una forma aceptable. Basndose en
este efecto, el astrnomo ingls?eorge ir!compar el ngulo de
aberracin en un telescopio antes ! despus de llenarlo de agua, !descubri que, en contra de sus e"pectati$as, no haba diferencia en
sus mediciones (la luz no $ariaba de $elocidad a pesar de que el
fluido se mo$a a la $elocidad de la tierra).
6eniendo en cuenta este e"perimento, dos astrnomos, el
alemnlbert Dichelson! el estadounidenseEdCard
Dorle!propusieron un e"perimento ($aseE"perimento de Dichelson
! Dorle!) para medir la $elocidad a la que flua el tercon respecto a
la tierra. Suponan que el ter se mo$a en una direccin concreta
con una $elocidad determinada, por eso, debido a la translacin de la6ierra alrededor del Sol habra pocas del a#o en el que tendramos
una componente de esa $elocidad a fa$or ! otras pocas en contra,
por lo que supusieron que cuando lo tu$isemos a fa$or, la $elocidad
de la luz sera superior ! cuando lo tu$isemos en contra sera
inferior. >ara ello midieron la $elocidad de la luz en diferentes
estaciones del a#o ! obser$aron que no haba ninguna diferencia. or 7ltimo, en esta relacin entre luz ! gra$edad,
esta teora predijo que los ra!os de luz al pasar cerca
de un cuerpo pesado se des$iaban en un ngulo Udeterminado por el efecto de su campo gra$itatorio,
seg7n la relacin5
Este punto de la teora se pudo confirmar
e"perimentalmente estudiando el des$o de la luz
que pro$ocaba el sol, para ello los cientficos
estudiaron la posicin de las estrellas del rea
alrededor del sol apro$echando
un eclipseen +0Q+.Se $io que, como predeca la
teora, estaban des$iadas hasta /,/ segundos dearco comparadas con fotos de la misma rea
meses antes.
%adiacin & materia&editar'
Artculo principal:9ualidad onda corp7sculo
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>aul 9irac.
l formular su ecuacin de ondaspara un
electrn libre, >aul 9iracpredijo que era posible
crear un par de electrones (uno cargado
positi$amente ! otro negati$amente) a partir deun campo electromagntico que $ibrase
e"tremadamente rpido. Esta teora fue
rpidamente confirmada por los e"perimentos
de ;rene 8urie! rdric Ioliot! por los
de Iames 8hadCicJ,Stuart BlacJett!?iuseppe
cchialinial comparar el n7mero de electrones
con carga negati$a ! el n7mero de electrones
con carga positi$a (estos 7ltimos
llamados positrones) desprendidos por losra!osVde alta frecuencia al atra$esar delgadas
lminas de plomo! descubrir que se obtena la
misma cantidad de unos que de los otros.
>ronto se encontraron otras formas de crear
parespositrnKelectrn ! ho! en da se conocen
una gran cantidad de mtodos5
Faciendo chocar dos partculas pesadas.
Faciendo pasar a un electrna tra$s del
campo de un n7cleo atmico.
%a colisin directa de dos electrones.
%a colisin directa de dos fotonesen
el$aco.
%a accin del campo de un n7cleo atmico
sobre un ra!o Vemitido por el mismo n7cleo.
6ambin ocurre el proceso en sentido contrario5
al colisionar un electrn ! un positrn (ellos solos
tienden a juntarse, !a que tienencargas
elctricasopuestas), ambos
se aniquilancon$irtiendo toda su masa en
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7/26/2019 La luz y sus conceptos bsicos
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energa radiante. Esta radiacin se emite en
forma de dos fotones de ra!os V dispersados en
la misma direccin, pero diferente sentido.
Esta relacin entre materiaKradiacin, ! $ice$ersa
(! sobre todo laconser$acin de la energaenesta clase de procesos) est descrita en la
famosa ecuacin delbert Einstein5
enmarcada en lateora de la relati$idad
especial! que originalmente formul as5
Si un cuerpo de masa mdesprendeuna cantidad de energa %en formade radiacin, su masa disminu!e %4 cW
lbert Einstein en &ur %letro!ynamibe(e)ter *+rper./
Teoras de campounificado&editar'
Artculo principal:6eora del campo unificado
ctualmente, se busca una teora que sea
capaz de e"plicar de forma unificada la
relacin de la luz, como
campo electromagntico, con el resto de
lasinteracciones fundamentalesde la
naturaleza. %as primeras teoras intentaronrepresentar el electromagnetismo !
lagra$itacincomo aspectos de lageometra
espacioKtiempo, ! aunque e"isten algunas
e$idencias e"perimentales de una cone"in
entre el electromagnetismo ! la gra$itacin,
solo se han aportado teoras especulati$as.
Espectro
electromagntico&editar'Artculo principal:Espectro electromagntico
El espectro electromagnticoest constituido
por todos los posibles ni$eles de energaque
la luz puede tener. Fablar de energa es
equi$alente a hablar delongitud de onda=as,
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7/26/2019 La luz y sus conceptos bsicos
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el espectro electromagntico abarca tambin
todas las longitudes de onda que la luz
pueda tener, desde miles
de Jilmetroshastafemtmetros. Ese es el
moti$o de que la ma!or parte de lasrepresentaciones esquemticas del espectro
suelan tener escala logartmica.
El espectro electromagntico se di$ide en
regiones espectrales, clasificadas seg7n los
mtodos necesarios para generar ! detectar
los di$ersos tipos de radiacin. >or eso estas
regiones no tienen unos lmites definidos !
e"isten algunos solapamientos entre ellas.
#spectro $isible&editar'
Artculo principal:Espectro $isible
9e todo el espectro, la porcin que el ser
humano es capaz de $er es mu! peque#a en
comparacin con las otras regiones
espectrales. Esta regin,
denominadaespectro $isible, comprende
longitudes de onda desde los Q3@ nm hasta
los -3@ nm. El ojo humanopercibe %a luz de
cada una de estas longitudes de onda como
un colordiferente, por eso, en la
descomposicin de la luz blanca en todas
sus longitudes de onda, porprismaso por la
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7/26/2019 La luz y sus conceptos bsicos
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llu$ia en el arco iris, el ojo $e todos los
colores.
https://es.wikipedia.org/wiki/Arco_irishttps://es.wikipedia.org/wiki/Arco_iris