¿Qué es la luz?

Naturaleza de la luz: La naturaleza de la luz ha sido estudiada desde hace muchos años por muchos científicos tan notables como Newton y Max Plank. La naturaleza de la luz ha sido interpretada de diversas maneras:

Como compuesta por corpúsculos que viajaban por el espacio en línea recta (corpuscular  - Newton); como ondas similares a las del sonido que requerían un medio para transportarse (el Eter) (Ondulatoria -Huygens, Young, Fresnel); como ondas electromagnéticas al encontrar sus características similares a las ondas de radio (electromagnética  - Maxwell); y como paquetes de energía llamados cuantos (Plank).

Finalmente Broglie en 1924 unifica la teoría electromagnética y la de los cuantos (que provienen de la ondulatoria y corpuscular) demostrando la doble naturaleza de la luz.

Características de la luz: La luz es, pues, radiación electromagnética (EM), fluctuaciones de campos eléctricos y magnéticos en la naturaleza. Concretamente, la luz es energía y el fenómeno del color es un producto de la interacción de la energía y la materia.  Las ondas electromagnéticas existen como consecuencia de dos efectos: Un campo magnético variable genera un campo eléctrico;  un campo eléctrico variable produce un campo magnético. Las ondas electromagnéticas, pues, consisten en campos eléctricos y magnéticos oscilatorios que están en ángulo recto (perpendiculares) entre sí y también son perpendiculares (ángulo recto) a la dirección de propagación de la onda. En definitiva, las ondas  electromagnéticas son por naturaleza transversales.

Es irradiada a partir de una fuente (sol, lámpara, flash, etc.).  Puede desplazarse en el vacío a altísimas velocidades (casi 300.000 km/s), y atravesar sustancias transparentes, descendiendo entonces su velocidad en función de la densidad del medio. Se propaga en linea recta en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento.

Para cuantificar y  cualificar la luz,hemos de considerar tres importantes parámetros:

·         La altura de las crestas de las ondas, que determinan el brillo o INTENSIDAD de la luz.

·        La distancia entre dos crestas contiguas o LONGITUD DE ONDA, que determina tanto el color de la luz, como la capacidad de afectar o no al material fotosensible. El ÁNGULO DE POLARIZACIÓN , u orientación de las crestas respecto a la dirección de propagación.

Espectro y longitud de onda: Como se demostró por Maxwell en 19 la luz es energía que viaja en forma de onda con un componente eléctrico y magnético. En la naturaleza se encuentran otros tipos de radiación electromagnética que difieren al de la luz en su amplitud y frecuencia que les da características especiales y únicas.Resumiendo se puede decir que las ondas electromagnéticas son una forma de trasporte de energía y que la luz visible es una parte de ellas. Aunque todos los tipos de Energía  Electromagnética poseen las mismas características, sus diferencias en cuanto a longitud de onda pueden ser enormes; así por ejemplo, la separación entre dos crestas de onda larga de radio llega a los 10 kilómetros, mientras que en los rayos gamma, desciende hasta milésimas de Angstróm.

•       Rayos Gamma:  Fueron descubiertos por Henry Becquerel en 1876 cuando encontró que una placas fotográficas cubiertas con plomo se velaron al estar colocadas junto a un trozo de Uranio. Los rayos Gamma son los mas energéticos del espectro (104 eV hasta 1019 eV) y con menor longitud de onda. Un fotón de energía de rayos Gamma es muy difícil de detectar y cuando se localiza es todavía mas difícil demostrar su comportamiento ondulatorio En el espectro estos rayos se extienden desde los 5x1019Hz hasta aproximadamente los 1022 Hz (longitud de onda entre los 6x10-12 y 3x10-14 mts).
•           Rayos X:  Los rayos X fueron descubiertos por el Físico William Roentgen en 1895, cuando observo que una radiación invisible podía atravesar la piel y los músculos para dibujar los huesos de un ser vivo en una placa. Los denominó X por ser totalmente desconocidos  La región de los rayos X va desde los 2,4x1016 a los 5x1019 Hz, con longitud de onda muy reducido inferior a dos diámetros atómicos. Los rayos X se producen principalmente por una desaceleración rápida de partículas cargadas a alta velocidad.
•          Rayos Ultravioleta:  Localizados entre los rayos X y el espectro de luz visible, los rayosultravioleta fueron descubiertos por Johann Wilhelm Ritter en 1801 al lograr oscurecer sales de plata exponiéndolas mas allá del extremo violeta de la luz visible.  Constituyen una parte importante de la luz que envía el Sol a la Tierra. Estos rayos tienen tal energía producen ionización de átomos y como consecuencia se forma la ionosfera en la tierra. Este fuerte efecto químico los hace tóxicos para la vida llevando a producir mutaciones cancerígenas en la piel. El Ozono es la sustancia encargada en nuestra atmósfera de absorber los rayos ultravioleta e impedir que lleguen a nosotros. Las pequeñas cantidades que llegan al ojo son absorbidos por la cornea y el cristalino. La región ultravioleta del espectro se extiende desde los 8x1014 hasta los 3,4x1016 Hz (con longitud de onda de 3,75x10-7 a 8x10-9 mts).
•        Luz Visible:  Isaac Newton fue el primero en descomponer la luz visible blanca del Sol en sus componentes mediante la utilización de un prisma. La luz Blanca esta constituida por la combinación de ondas que tienen energías semejantes y es debido a que ninguna de estas predomine sobre las otras. La radiación visible va desde 384x1012 hasta 769x1012 Hz .Las frecuencias mas bajas de la luz visible (Longitud de onda larga se perciben como rojas y las de mas alta frecuencia (longitud corta) aparecen violetas y entre ellas el espectro de luz visible. La luz visible se produceprincipalmente cuando de emiten ondas electromagnéticas a partir de átomos en los cuales hay una transición de electrones entre cualquier nivel de energía y el nivel 2 a lo que se le conoce como serie Balmer
•          Rayos infrarrojos:  La radiación infrarroja fue descubierta por el astrónomo William Herschel (1738-1822) en 1800, al medir la alta temperatura mas allá de la zona roja del espectro visible. La radiación infrarroja se localiza en el espectro entre 3x1011 Hz hasta aproximadamente los 4x1014 Hz. La banda infrarroja se divide en tres secciones Próxima ( a lo visible. 780 - 2500 nm), Intermedia (2500 - 50000 nm) y, Lejana (50000  - 1mm). Toda molécula que tenga un temperatura superior al cero absoluto (-273ºK) emite rayos infrarrojos y estos serán mayores entre mas temperatura tenga el objeto.
•          Microondas:  La región de las microondas se encuentra entre los 109 hasta aproximadamente 3x1011 Hz (con longitud de onda entre 30 cm e 1 mm).
•          Ondas de Radio:   Heinrich Hertz (1857-1894), en el año de 1887, consiguió detectar ondas de radio que tenían una longitud de onda del orden de un metro. La región de ondas de radio se extiende desde algunos Hertz hasta 109 Hz con longitudes de onda desde muchos kilómetros hasta menos de 30 cm.

La luz y el ojo: El ojo humano solo es capaz de distinguir radiaciones entre 400 y 700 nm., por debajo de los 400 nm. entramos en la franja de las radiaciones ultravioletas, y por encima de los 700 nm., en la región del infrarrojo. Una mezcla proporcionada de todas las longitudes de onda entre 400 y 500 nm., constituye la luz blanca. De igual forma, si interponemos un prisma en un haz de luz blanca, volvemos a descomponer ésta en varias bandas continuas de colores o longitudes de onda diferentes, cuyo orden será siempre el mismo. Una fuente como el sol, emite radiación de todas las longitudes de onda, pero afortunadamente la atmósfera, absorbe la mayor parte de las de onda corta y sólo parte de las radiaciones ultravioleta nos llegan a la Tierra.