Comprender la luz nos permite comprender cómo vemos, percibimos el color e incluso corregir nuestra visión con lentes. El campo deópticase refiere al estudio de la luz.
¿Qué es la luz?
En el habla cotidiana, la palabra "luz" a menudo significa realmenteluz visible, que es el tipo que percibe el ojo humano. Sin embargo, la luz se presenta en muchas otras formas, la gran mayoría de las cuales los humanos no pueden ver.
La fuente de toda la luz es el electromagnetismo, la interacción de campos eléctricos y magnéticos que impregnan el espacio.Ondas de luzson una forma deradiación electromagnética; los términos son intercambiables. Específicamente, las ondas electromagnéticas son oscilaciones que se autopropagan en campos eléctricos y magnéticos.
En otras palabras, la luz es una vibración en un campo electromagnético. Pasa por el espacio como una onda.
Consejos
La velocidad de la luz en el vacío es 3 × 108 m / s, ¡la velocidad más rápida del universo!
Es una característica única y extraña de nuestra existencia que nada viaja más rápido que la luz. Y aunque toda la luz, visible o no, viaja a la misma velocidad, cuando encuentra
importar, se ralentiza. Debido a que la luz interactúa con la materia (que no existe en el vacío), cuanto más densa es la materia, más lento viaja.Las interacciones de la luz con la materia apuntan a otra de sus características importantes: su naturaleza de partículas. Uno de los fenómenos más extraños del universo, la luz es en realidad dos cosas a la vez: una onda y una partícula. Estodualidad onda-partículahace que el estudio de la luz dependa un poco del contexto.
A veces, los físicos encuentran más útil pensar en la luz como una onda, aplicándole muchas de las mismas matemáticas y propiedades que describen las ondas sonoras y otras ondas mecánicas. En otros casos, modelar la luz como una partícula es más apropiado, por ejemplo, cuando se considera su relación con los niveles de energía atómica o el camino que tomará al reflejarse en un espejo.
El espectro electromagnético
Si toda la luz, visible o no, es técnicamente lo mismo, radiación electromagnética, ¿qué distingue a un tipo de otro? Sus propiedades ondulatorias.
Las ondas electromagnéticas existen en un espectro de diferentes longitudes de onda y frecuencias. Como onda, la velocidad de la luz sigue la ecuación de velocidad de onda, donde la velocidad es igual al producto de la longitud de onda y la frecuencia:
v- \ lambda f
En esta ecuación,ves la velocidad de la onda en metros por segundo (m / s),λes la longitud de onda en metros (m) yFes la frecuencia en hercios (Hz).
En el caso de la luz, esto se puede reescribir con la variableCpara la velocidad de la luz en el vacío:
c = \ lambda f
Consejos
Ces una variable especial que representa la velocidad de la luz en el vacío. En otros medios (materiales), la velocidad de la luz se puede expresar como una fracción deC.
Esta relación implica que la luz puede tener cualquier combinación de longitud de onda o frecuencia, siempre que los valores sean inversamente proporcionales y su producto sea igual aC. En otras palabras, la luz puede tener ungrandefrecuencia y unapequeñalongitud de onda, o viceversa.
A diferentes longitudes de onda y frecuencias, la luz tiene diferentes propiedades. Entonces, los científicos han dividido el espectro electromagnético en segmentos que representan estas propiedades. Por ejemplo, las frecuencias muy altas de radiación electromagnética, como los rayos ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma, son muy energéticas, lo suficiente como para penetrar y dañar los tejidos corporales. Otras, como las ondas de radio, tienen frecuencias muy bajas pero longitudes de onda altas, y atraviesan los cuerpos sin obstáculos todo el tiempo. (Sí, la señal de radio que lleva las pistas de tu DJ favorito a través del aire a tu dispositivo es una forma de radiación electromagnética: ¡luz!)
Las formas de radiación electromagnética desde longitudes de onda más largas / frecuencias más bajas / baja energía hasta longitudes de onda más cortas / frecuencias más altas / alta energía son:
- Ondas de radio
- Microondas
- Ondas infrarrojas
- Luz visible
- Luz ultravioleta
- Rayos X
- Rayos gamma
[insertar diagrama del espectro EM]
El espectro visible
El espectro de luz visible abarca longitudes de onda de 380 a 750 nanómetros (1 nanómetro equivale a 10-9 metros: una milmillonésima parte de un metro, o aproximadamente el diámetro de un átomo de hidrógeno). Esta parte del espectro electromagnético incluye todos los colores del arco iris (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta) que son visibles a simple vista.
[Incluya un diagrama con una explosión del espectro visible]
Debido a que el rojo tiene la longitud de onda más larga de los colores visibles, también tiene la frecuencia más pequeña y, por lo tanto, la energía más baja. Lo contrario es cierto para los azules y los violetas. Porque la energía de los colores no es la misma, tampoco lo es su temperatura. De hecho, la medición de estas diferencias de temperatura en la luz visible llevó al descubrimiento de la existencia de otra luz.invisiblea humanos.
En 1800, Sir Frederick William Herschel ideó un experimento para medir la diferencia de temperaturas para diferentes colores de luz solar que separó usando un prisma. Si bien de hecho encontró diferentes temperaturas en diferentes regiones de color, se sorprendió al ver el más caliente temperatura de todo lo registrado en el termómetro un poco más allá del rojo, donde parecía no haber luz en todas. Esta fue la primera evidencia de que existía más luz de la que los humanos podían ver. Llamó a la luz en esta regióninfrarrojo, que se traduce directamente como "debajo del rojo".
La luz blanca, generalmente la que emite una bombilla estándar, es una combinación de todos los colores. El negro, en contraste, es elausenciade cualquier luz, ¡en realidad no es un color!
Frentes de onda y rayos
Los ingenieros ópticos y los científicos consideran la luz de dos maneras diferentes al determinar cómo rebotará, combinará y enfocará. Ambas descripciones son necesarias para predecir la intensidad final y la ubicación de la luz cuando se enfoca a través de lentes o espejos.
En un caso, los ópticos ven la luz como una serie defrentes de onda transversales, que son ondas repetidas sinusoidales o en forma de S con crestas y valles. Este es elóptica físicaenfoque, ya que utiliza la naturaleza ondulatoria de la luz para comprender cómo la luz interactúa consigo misma y conduce a patrones de interferencia, de la misma manera que las ondas en el agua pueden intensificar o cancelar una otro fuera.
La óptica física comenzó después de 1801 cuando Thomas Young descubrió las propiedades de onda de la luz. Ayuda a explicar el funcionamiento de instrumentos ópticos como las rejillas de difracción, que separan los espectro de luz en sus longitudes de onda componentes, y lentes de polarización, que bloquean ciertos longitudes de onda.
La otra forma de pensar en la luz es como unrayo, una viga que sigue una trayectoria en línea recta. Un rayo se dibuja como una línea recta que emana de una fuente de luz e indica la dirección en la que viaja la luz. Expresar la luz como un rayo es útil enóptica geométrica, que se relaciona más con la naturaleza de las partículas de la luz.
Dibujar diagramas de rayos que muestren la trayectoria de la luz es fundamental para diseñar herramientas de enfoque de luz como lentes, prismas, microscopios, telescopios y cámaras. La óptica geométrica existe desde hace más tiempo que la óptica física: en 1600, la era de Sir Isaac Newton, las lentes correctivas para la visión eran algo común.