Definición
La luz es un tipo de energía mediante la cual se hacen visibles los objetos que nos rodean. Se transmite en forma de ondas transversales.
Teorías sobre la luz
El concepto de luz ha cambiado con el tiempo. En diversas épocas ha surgido teorías que explican ciertos fenómenos observados. Las más importantes se describen a continuación.
Teoría corpuscular
La teoría corpuscular o de emisión fue desarrollada en el siglo XVIII por Isaac Newton (1642-1727), físico, matemático y astrónomo inglés que formuló las leyes básicas de la mecánica. La teoría corpuscular indica que la luz está formada por corpúsculos (partículas) emitidos por cuerpos luminosos como una flama o el sol. Cuando estos corpúsculos de masa insignificante que viajan en línea recta chocan con la retina, se produce una sensación luminosa que interpreta como visión. Esta teoría explicaba su forma de propagación y el fenómeno de reflexión de la luz.
Teoría ondulatoria de Huygens
La teoría ondulatoria fue propuesta en 1678 por Christiaan Huygens (1629-1695), físico y astrónomo holandés, autor de importantes investigaciones sobre óptica y dinámica Huygens pensaba que la luz presentaba analogías con el sonido, por lo que postuló que tenía un comportamiento de tipo ondulatorio y que se propagaba en forma de ondas longitudinales. Para esto, la luz requería un medio, y a esta sustancia desconocida se le llamó éter, que se creía que formaba el espacio. En esa época surgieron problemas con la teoría ondulatoria de Huygens, ya que no podía explicar cómo viajaba la luz en el varío, como lo hace la luz del sol y las estrellas.
Teoría electromagnética
La teoría electromagnética fue propuesta en 1873 por James Clerk Maxwell (1831-1879), físico inglés autor del electromagnetismo y cuyas contribuciones son equiparables a las de Newton en la mecánica. Maxwell demostró matemáticamente la existencia de campos eléctricos y campos magnéticos, los cuales vibran uno respecto al otro de manera perpendicular conforme se propaga la onda luminosa transversal, por lo que la luz no tendría que depender de un medio material para viajar.
Teoría cuántica
La teoría cuántica fue propuesta por Planck en 1901. Max Planck (1858-1947), físico alemán, premio Nobel por sus estudios relacionados sobre la teoría de los cuantos. Él indicaba que en la emisión de luz por átomos intervienen «saltos» de electrones, de un nivel de menor energía (más interno) a un nivel de mayor energía (más externo), y sólo es de manera momentánea, ya que pronto regresan al lugar de donde partieron; a esta acción se le llama estado excitado y es precisamente en el regreso cuando se emite un fotón, esto es, un impulso palpitante de radiación electromagnética cuya frecuencia está asociada al salto que efectúo; puede considerarse como un «corpúsculo» de energía pura, una «partícula» de luz expulsada del átomo.
Figura 4. Etapas sucesivas al presentarse el estado excitado.
Por ejemplo, un fotón de luz roja lleva una cantidad de energía que corresponde a su frecuencia, otro fotón con el doble de frecuencia tendrá el doble de energía y corresponderá a luz ultravioleta. Si se excitan muchos átomos en un material, se emitirán muchos fotones de frecuencias que corresponden a los distintos niveles que se excitaron y que se asocian a los colores característicos que identifican a cada elemento químico.
Comportamiento dual de la luz
Actualmente se acepta que la luz tiene una doble naturaleza: se comporta como onda electromagnética al momento de propagarse y de forma corpuscular al interactuar sobre la materia.
Propiedades de la luz
La luz presenta las siguientes propiedades
- Se propaga en el vacío, así que no requiere ningún medio para transmitirse. Lo anterior explica, por ejemplo, por qué la luz del Sol llega a la Tierra.
- Se propaga en línea recta, a través de un mismo medio y en todas las direcciones a partir del cuerpo luminoso que la origina.
- Se propaga a través de ondas transversales.
- Su velocidad en el vacío es de 300,000 (km/s) o
. Es constante, independientemente del movimiento de la Tierra. La magnitud de esta cifra significa que, en un segundo, un rayo luminoso le da siete vueltas y media a la Tierra.
- Presenta los fenómenos de reflexión, refracción, interferencia, difracción y polarización.
Fuentes de producción de luz
Al observar los cuerpos a nuestro alrededor, encontramos que algunos reflejan la luz y otros la emiten. Son fuentes productores de luz: el Sol, una hoguera, lámparas y velas. El Sol es una fuente natural, mientras que los demás son artificiales, a ambos se les denomina cuerpos luminosos. Los demás cuerpos, que son los que reciben la luz, como un árbol, mesa, piedra, Luna y pelota, se les llama cuerpos iluminados.
Fotometría
La fotometría es la parte de la óptica que determina la intensidad de una fuente luminosa y la iluminación de las superficies. Es una experiencia común que las lámparas no tienen la misma intensidad, de ahí que su uso sea diferente; por ejemplo, las lámparas de alumbrado público, un foco para una casa o un enorme reflector para la vigilancia de ciertos lugares.
La intensidad (I) es la cantidad de luz producida o emitida por una fuente luminosa. Su unidad de medida es la candela (cd) y a los que incide por unidad de superficie se le llama iluminación (E), cuya unidad es el lux (lx).
Comercialmente se usa el watt (W). La equivalencia entre ambas es 1 (watt) = 1.1 (cd), así que un foco de 100 (watts) de los que se usan en las casas equivale a 110 (cd).
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