En este capítulo analizaremos conceptos ópticos de tipogeométrico, que luego profundizaremos, pero que son necesarios para elentendimiento de algunos temas que veremos en los capítulos siguientes.

• Cuerpos luminosos o iluminados: son cuerpos luminosos aquellos que pueden producir luz propia (lámpara, Sol) y son cuerpos iluminados aquellos que reciben luz de fuentes lumínicas para ser visibles (mesa, silla, birome).

• Cuerpos transparentes, opacos y traslúcidos: son cuerpos transparentes aquellos que cuando la luz pasa a través de ellos prácticamente no se altera (agua pura, aire); son cuerpos opacos aquellos que no permiten el paso de la luz, (aunque no hay opacos en absolutos ya que si se reduce a laminas adquieren características traslucidas) y son cuerpos traslucidos aquellos que si bien permiten el paso de la luz no permiten precisar la forma de los objetos a través de ellos).

• Propagación rectilínea de la luz: el hecho de que la luz se propaga en "línea recta" (más adelante veremos más profundamente cual es la forma de propagación de la luz) es muy fácilmente comprobable, solo vasta con encender una linterna y ver como el haz de luz viaja a través de una línea recta.

El postulado general de la óptica geométrica es lapropagación rectilínea de la luz, es decir dedica al estudio de la luzcomo si fueran rayos rectilíneos sin tener en cuenta ni su naturaleza ni suvelocidad.

La consecuencia del hecho de tomar a la luz en estos sentidosno es ni más ni menos que la formación de SOMBRAS Y PENUMBRAS y la formaciónde estas dependen del tipo de fuente luminosa:

2. FUENTE LUMINOSA PUNTUAL: es aquella que se supone que es ínfimamente pequeña por consiguiente cualquier cuerpo opaco colocado entre la misma y una pantalla, además de quedar en sombra parte del cuerpo, formará en la pantalla una sombra de igual forma al cuerpo (si es una esfera formará un circulo) y tamaño proporcional a las distancias existentes entre las tres. Si el cuerpo es una esfera podríamos explicar esto diciendo que los rayos tangentes a la superficie de la esfera forman un cono, llamado cono de sombra, el cual tiene base (o sección) en la pantalla; de este modo los rayos inferiores a la superficie cónica no pasan y los inferiores si lo hacen formándose la sombra. 

3. FUENTE LUMINOSA NO PUNTUAL EXTENSA: es aquella que tiene dimensiones geométricas a considerar. Ahora gracias a que la fuente no es solo un punto, es un cuerpo con dimensiones a tener en cuenta, cuando colocamos por ejemplo una esfera entre pantalla y fuente se nos forman dos conos uno que tiene por generatrices a los rayos tangentes exteriores y otro que tiene por generatrices a los rayos tangentes interiores. De este modo se nos forman tres zonas: la sombra propiamente dicha, la zona totalmente iluminada que recibe todos los rayos de luz y la penumbra o faja angular comprendida entre las dos anteriores zonas.

CÁMARA OSCURA: este es el fundamento de la cámara fotográfica. Si en una caja cerrada hacemos un orificio pequeño y colocamos un cuerpo luminoso por delante dentro de la caja aparecerá la imagen del mismo invertida. Teniendo en cuenta la propagación rectilínea de la luz y siendo el orificio pequeño los rayos que llegan a este son oblicuos entonces como la luz no dobla sigue su recorrido rectilíneo formando una imagen invertida como se ve en la figura.

REFLEXIÓN

Este es uno de los fenómenosópticos más sencillos. Si nosotros encendiéramos una linterna apuntándole auna SUPERFICIE PULIDA (espejo) veríamos como el haz de luz producido porla linterna rebota y vuelve dirigiéndose por ejemplo hacia una pared.

Entonces tomando una recta de referencia normal (N)perpendicular al espejo tenemos un rayo incidente (el proveniente de lalinterna) y un rayo reflejado (el proveniente del espejo). Sobre este fenómenorigen dos leyes:

1° Tanto el rayo incidente como el rayo reflejado y la rectaN pertenecen al mismo plano.

2° El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión( ).De este modo se deduce fácilmente que si el rayo incidente coincide con larecta N este rebota sobre sí mismo, ya que ambos ángulos tienen 0°.

ESPEJOS PLANOS

Imágenes de un cuerpo puntual:

De todos los rayos que parten de A tomaremos en cuenta alrayo AB, perpendicular al espejo y reflejado sobre sí mismo (según loexplicado anteriormente) y al rayo AC que forma con la normal CN un ángulo deincidencia i que reflejado (CD) forma un ángulo de reflexión r. Si prolongamoslos segmentos AC y CD veremos como estos dos se cortan en un punto A’ llamadoimagen de A. De este modo un observador parado en J afirmaría que los todosrayos parecen porvenir de A’.

Por lo tanto todos los rayos que parten de un punto objeto yse reflejan determinan otros, que prolongados determinan la llamada imagenvirtual del punto en cuestión.

Cabe destacar que el punto A es simétrico con respecto aA’ debido a que el espejo EE’ es mediatriz del segmento AA’, de estamanera si hay un incremento el segmento AB también lo habrá en el segmentoA’B. Esta es la explicación de por qué cuando nos acercamos a un espejo laimagen del espejo parece también acercarse hacia nosotros.

Imágenes de un cuerpo no puntual:

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores de lasmediatrices se puede construir la imagen virtual de AB trazando lasperpendiculares AM y BM al espejo, prolongando sus medidas y uniendo los puntosdeterminados en el paso anterior obteniendo la imagen virtual A’B’.

Un observador que desconoce principios de óptica al queimaginaremos transparente en el punto T que mira según el sentido de la flecha(hacia el espejo) estaría en condiciones de afirmar que el punto A que enrealidad es A’ se encuentra situado bajo si derecha pero él mismo si girara180° comprobaría que en realidad el punto A se encuentra de su lado izquierdo.Esta es la razón por la cual si miramos por un espejo vemos las cosasinvertidas como muestra el esquema.

CAMPO DE UN ESPEJO

Es la región del espacio visible desde un punto dado graciasa un espejo. El mismo queda determinado por los rayos reflejados provenientes delos dirigidos a la periferia del espejo.

 ESPEJOS EN ÁNGULO.

Si tenemos dos espejos cuyas superficies pulidas seencuentran hacia fuera bien podríamos decir que se encuentran a 360°. Sicolocamos un cuerpo entre medio de ellas no se formaría ninguna imagen. Delmismo modo si estuviesen a 180° (siguiendo una línea recta) y colocase uncuerpo como marca la figura se formaría una sola imagen y si estuviesen a 90°se formarían tres uno compartido y otros dos uno en cada uno de los espejos.

Entonces para averiguar la cantidad de imágenes n que seforman en dos espejos en ángulo aes válida la expresión:

De este modo vemos también que mientras más chico sea el ánguloserán más las imágenes formadas por lo que se podría decir que si aes un número muy chico la cantidad de imágenes sería un número cercano alinfinito, razón por la cual en espejos paralelos se forman infinitas imágenesque se pierden intensidad y no llegan a distinguirse bien.

ESPEJOS ESFÉRICOS:

Algunas definiciones

• Espejo curvo es el que tiene la superficie curva pulida.

• Espejo esférico es el que tiene la superficie pulida semejante a la de un casquete esférico.

• Espejo esférico cóncavo es el que tiene la superficie interior pulida.

• Espejo esférico convexo es el que tiene la superficie exterior pulida.

ESPEJOS CONCAVOS

Elementos de un espejo esférico:

• Radio de curvatura: es el radio de la esfera a la cual pertenece.

• Vértice del espejo: es el polo del casquete.

• Eje principal: es la recta determinada por el vértice y el centro de la curvatura.

• Eje secundario: es cualquier recta que pasa por el centro de la curvatura

• Abertura del espejo: es el ángulo determinado por los dos ejes secundarios que pasan por el borde del espejo o suele también determinarse entre un eje secundario que pasa por el borde y el principal.

Marcha de los rayos

Se verifica lo siguiente en todos los espejos exceptuando losespejos esféricos superiores a los 8° o 9° ya que para estos no se cumpleestrictamente todo lo que anunciaremos a continuación:

Las leyes de reflexión se verifican talen como en los planostomando como espejo plano a la tangente en el punto que choca el rayo incidente,o sea que el punto de incidencia es un espejo plano infinitamente pequeñotangente al punto de incidencia mismo.

Focos

 Si volvemos a usar nuestra linterna colocándola a unadistancia considerable del espejo paralela al eje principal en distintasposiciones veremos como todos los rayos chocan contra el espejo y tienden apasar por un mismo punto llamado foco y viceversa (si pasan por el foco seránparalelos al eje principal). Si ahora en vez de colocar la linterna paralela aleje principal la colocáramos paralela a cualquier eje secundario veremos comotambién los rayos chocan y tienden a pasar por otro punto distinto al anteriorllamado foco secundario. Por último podríamos colocar la linterna coincidentecon el eje principal veremos como el rayo tiende a reflejarse sobre sí mismodebido a que coincide con la recta normal del espejo tangente.

Del estudio del triángulo BFC se podría decir que el focose sitúa aproximadamente en la mitad del radio de la curvatura debido a que .O sea la distancia focal es aproximadamente igual a la mitad del radio de lacurvatura.

Si la curvatura fuese mayor a 8° o 9° en vez de que todoslos rayos pasen por un solo punto (foco) se forma una superficie luminosallamada cáustica por reflexión.

IMÁGENES EN ESPEJOS ESFÉRICOS

Focos conjugados

Si consideramos una fuente puntual F frente a un espejo esféricoy suponemos que los rayos a’ y b’ son rayos reflejados de a y b sueledecirse que F’ es el foco conjugado de F. Esto es recíproco ya que siconsideramos como fuente luminosa a F’ tendría como foco conjugado a F por loque se puede decir que el foco luminoso con su foco conjugado son recíprocos.

Imágenes de cuerpos no puntuales

Estos tipos de espejos presentan diferentes casos queestudiaremos por separado:

 EL OBJETO SE ENCUENTRA DETRÁS DEL CENTRO DE LACURVATURA (ENTRE EL CENTRO Y EL INFINITO)

Consideraremos a un objeto AB perpendicular al eje principaly con el punto b en común para evitar complicaciones innecesarias.

Los rayos a y b se reflejan según a’ y b’ determinandoel punto A’ y el punto B’ es imagen de B por lo tanto A’B’ es imagen deAB resulta real, invertida de menor tamaño y situada entre el foco y el centro.

EL OBJETO ESTÁ SITUADO EN EL CENTRO DE LA CURVATURA

Sucede análogamente con los rayos a, b, a’ y b’ laintersección de los últimos nos da el punto A’ imagen de A y B es conjugadocon B’ entonces tenemos la imagen A’B’ de AB que ahora es real, invertida,de igual tamaño y situada también en el centro.

EL OBJETO ESTÁ SITUADO ENTRE EL CENTRO Y EL FOCO PRINCIPAL

Es recíproco al primer caso ya que como muestra la figuralos rayos determinan una imagen A’B’ de AB real, invertida pero de mayortamaño y situada detrás del centro.

  EL OBJETO ESTÁ SOBRE EL FOCO

Los rayos a y b se reflejan pero los rayos reflejados sonahora paralelos por lo tanto nunca se cruzan imposibilitando la formación deuna imagen, o como también se dice la imagen está infinitamente alejada.

 EL OBJETO ESTÁ ENTRE EL FOCO Y EL ESPEJO

Considerando los rayos a y b vemos como al llegar al espejotienden a separarse se logra solo si intersección si estos se prolongan por loque la imagen de AB es A’B’ que como queda detrás del espejo resultavirtual, mayor y de igual sentido que el objeto.

 Fórmula de los focos conjugados

Todas las consideraciones anteriores corresponden a lasiguiente expresión matemática siendo x la distancia objeto-espejo, x’ ladistancia imagen espejo y f la distancia focal del espejo (aproximadamente lamitad del radio de la curvatura).

 ESPEJOS CONVEXOS

También se cumplen las leyes de reflexión pero en este tipode espejos el foco principal es imaginario debido a que los rayos tienden asepararse, y por lo tanto la distancia es negativa.

Marcha de los rayos

1. Todo rayo paralelo al eje principal de un espejo convexo se refleja de modo tal que su prolongación pasa por el foco. Por lo tanto si un rayo incidente que pasa por el foco se refleja paralelo al eje principal

2. El rayo que incide en dirección hacia el centro se refleja sobre si mismo.

  Imagen en un espejo convexo

Del mismo modo que en los espejos cóncavos prolongando losrayos A y B determinamos los puntos virtuales A’ y B’ y obtenemos la imagenvirtual.

Esta es la única posibilidad que ofrecen los espejos, o seaque lo anterior se cumple siempre en este tipo de espejos.

 ABERRACIÓN:hemos aclarado que todo lo dicho se verificaba con espejos no superiores a 9° o8°, el porque se explica de la siguiente manera:

Los espejos que como hemos supuesto aquí reflejan un solopunto a partir de otro (por ejemplo A’ y A) se llaman espejos aplanéticos.Los espejos que cumplen perfectamente con el aplanetismo luminoso son losplanos. En los demás como los que hemos excluido aquí se produce un fenómenollamado ABERRACIÓN que consta de la reflexión de un sistema de focosconjugados a partir de un punto. La aberración puede corregirse utilizandoespejos parabólicos ya que estos son aplanéticos en diferentes condiciones(colocando la fuente luminosa en el foco o "bastante lejos") outilizando una lente que luego veremos su funcionamiento.

Este tipo de espejos son utilizados en espejos de dentistasque son cóncavos y tienden a concentrar los rayos luminosos el los lugares aobservar (que será el foco), lámparas dicroicas, linternas, espejosretrovisores que son convexos y permiten la formación de una imagen virtual yvisible para el conductor, espejos de parques de diversiones que soncombinaciones de cóncavos y convexos. Cabe destacar que los espejos cilíndricossiempre "deforman" en forma longitudinal no transversal.

REFRACCIÓN

Es la desviación deun rayo luminoso cuando pasa de un medio transparente a otro medio tambiéntransparente pero de distinta densidad. Este es el fenómeno que sucede cuandopor ejemplo metemos una cucharita en un vaso de agua y esta parecería estarquebrada.

Para darnos cuenta de manera más ejemplificativa de ladesviación de los rayos lumínicos podríamos colocarnos frente a una piletavacía en la cual no viéramos el tapón de la misma. Si ahora comenzamos allenar de agua la pileta se produce una desviación de los rayos luminosos(refracción) que permite que veamos el tapón. La única causa de esta desviaciónes el hecho de que el agua tiene distinta densidad del aire. 

 Si ahora quisiéramos calcular cuanto se va a desviarel rayo tendríamos que tener en cuenta el rayo incidente con su ángulo deincidencia i con respecto a la normal N (perpendicular a la superficie deseparación) y el rayo refractado con su ángulo de refracción también conrespecto a N.

La Ley de Snell acerca de la refracción enuncia: (m y n soníndices de refracción de los medios)

Ambos rayos refractado e incidente y la recta normalpertenecen al mismo plano.

La relación entre los senos de los ángulos de los dos ánguloses un índice de refracción del primero para con el segundo en símbolos:

teniendo en cuenta un índice particular de dos medios (porej. agua-aire)

El índice n depende de los medios en cuestión siendo mayoral ser más refringente el medio. Cuando el rayo coincide con la normal no sufreninguna desviación.

LAMINA DE CARAS PARALELAS

 Se considera lámina de caras paralelas a todo mediorefringente limitado por planos paralelos. Por ejemplo un vaso octogonal, etc.

En estas se verifica que todo rayo que incide sobre una delas caras de la lámina de caras paralelas emerge de ella y no se desvía, solosufre un desplazamiento que depende del ángulo de incidencia:

Si se analiza trigonométricamente la relación entre i y ese obtendrá que los ángulos son iguales.

PRISMA

Un prisma es un medio transparente limitado por dos carasplanas concurrentes. La intersección de esas caras se llama aristas y el diedroque forman, ángulo de refringencia.

Marcha de los rayos en el prisma

Si sobre la cara e un prisma incide un rayo incide un rayo ITsufrirá, al atravesarlo, la desviación que indica TS, es decir, acercándose ala normal N, pues pasa de un medio menos refringente a otro más refringente.

Cuando el rayo desaparece de un medio l, vuelve a desviarseen dirección SR, pues pasa de un medio menos refringente a otro másrefringente.

La trayectoria inicial es IT y la final SR, las cualesdeterminan el ángulo de desviación.

Se demuestra:

El ángulo de desviación sufrida por un rayo luminoso alatravesar un prisma es igual a la suma del ángulo de incidencia i y el ángulode emergencia e menos el ángulo de refringencia A.

Parte 2: La Luz como onda electromagnética.Lentes delgadas.

LA LUZ Y EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO.

En la Parte 4 "Historia y actualidad de la naturaleza dela luz" hemos realizado una recopilación de cómo se ha llegado a creerque la luz es una onda electromagnética y si lo es eso únicamente, por lo queen este capítulo arrancaremos del concepto de que la luz es una ondaelectromagnética.

James Clerk Maxwell, uno de los más grandes científicos dela historia, entre muy importantes descubrimientos demostró que la luz era unaparte del espectro electromagnético, es decir que difiere con las demás ondas(como pueden ser ondas de radio, microondas, rayos ultravioleta, infrarrojos)solo en su longitud de onda (distancia entre cresta y cresta de la onda)

Luz es entonces la región del espectro electromagnéticovisible al ojo.

En óptica se usan unidades de longitud de onda como:

micra (10^-6 metros), Ángstrom (10^-10metros),o nanómetro (10^-9 metros).

Los límites del espectro visible no están bien definidos yaque la curva de sensibilidad del ojo tiende a acercarse a los límites peronunca lo hace, aunque los límites rondan un valor de entre 4300 A y 6900 A.

Energía y cantidad de movimiento

Una de las principales características de las ondaselectromagnéticas es que pueden llevar energía de un lugar a otro. Así laradiación visible y no visible que emite el Sol llega a la Tierra y el algunoscasos es convertida a energía eléctrica (por ejemplo mediante panelesfotovoltaicos). Esto explica perfectamente como las ondas electromagnéticastransportan energía. Así como conocemos los vectores de campo eléctrico ymagnético las ondas electromagnéticas están ligadas a su transporte de energíamediante el vector de Poynting S con ese nombre en honor a John Henry Poyntingquien fue el primero en descubrir este fenómeno:

Vemos como en la onda electromagnética influyen los valoresinstantáneos de campo eléctrico y magnético. S en sistema MKS se mide enwatt/m²

Otra característica importante es la llamada presión deradiación. Digamos que si yo prendo una linterna apuntando hacia un libro estaejerce una presión de fuerzas muy chicas contra el libro. Con esto podríamosafirmar que la luz tiene cantidad de movimiento lineal. Estos efectos fueronpredecidos por Maxwell y se expresa en un tiempo que para una cantidad de energíaU, una cantidad de movimiento p se establecen las siguientes relaciones:

(absorcióntotal)

(reflexióntotal)

Conociendo esto vale la pena manifestar otras relaciones útilespara el cálculo:

Siendo t el tiempo, a el área a la que se esta incidiendo yF la fuerza hecha por la onda

Esta presión de radiación fue comprobada experimentalmentepor Nichols y Hulls 30 años luego su predicción teórica.

Principio de Huygens y la ley de refracción

El principio de Huygens es un antiguo principio geométricoque permite averiguar donde está el frente de la onda en un momento cualquieraen el fututo si conocemos su posición actual.

Utilizando este principio se deduce que en la refracción lavelocidad de la luz en el medio más denso debe ser menor a la del medio menosdenso.

Reflexión total interna

A medida que aumentamos el ángulo de incidencia aumentaráel ángulo de refracción hasta llegar a 90° (rayo e) superando ese valor esapreciable que los rayos no son refractados sino reflejados en un fenómenollamado reflexión total interna.

  Superficie esférica refractora

   En la figura vemos como al llegar un rayoluminoso divergente de un punto O se refracta para luego converger en un punto Iformando una imagen real del objeto luminoso.

Lo contrario sucede en este otro caso en que la luz sale deun punto se refracta pero no converge en un punto sino que diverge formando unaimagen virtual.

Lentes delgadas

 Al fijarse en los aparatos que se usan para resolverlos problemas que se presentan en la práctica, entre los que interviene la luz,los más importantes son las lentes, ya que se usan mucho directamente, y comoparte de aparatos más complicados. Por ejemplo: para que las personas quepadecen ametropías ópticas, puedan ver correctamente, para observar pequeñosobjetos claramente, para observar objetos lejanos mejor que a simple vista, parafotografiar objetos o personas de los que convenga conservar la imagen, paraproyectar transparencias y películas cinematográficas, e inclusive, el ojopresenta varias lentes para que puedan desarrollar sus funciones.

Las lentes, por su forma, lo mismo que por la manera que secomportan al ser atravesadas por los rayos de luz, se clasifican en dos grupos,el de las lentes convergentes y el de las lentes divergentes.

Las lentes convergentes, se caracterizan porque son másgruesas en el centro que en la orilla, pudiendo presentar tres formasdiferentes: lente biconvexa (1), lente planoconvexa (2), menisco convergente(3).

Estas lentes se llaman convergentes, porque los rayos de luzque llegan a ellas paralelas, se refractan dos veces y después se cruzan en unmismo punto, que se llama foco, F (4); como las lentes funcionan igual en unsentido que en el otro, presentan dos focos, equidistantes de ellas.

Debido a que los tres tipos de lentes convergentes funcionande igual manera, para representarlos en los esquemas se usa una línea recta,terminada por ambos extremos en flechas, con sentido hacia fuera, debiendomarcarse también claramente sus focos.

Las lentes divergentes, se caracterizan porque son másgruesas en la orilla que en el centro y pueden presentar tres formas diferentes:lente bicóncava (6), lente plano cóncava (7), y menisco divergente (8).

Estas lentes se llaman divergentes, porque los rayosque llegan a ellas paralelos, se refractan dos veces, resultando despuésdivergentes, pero sus prolongaciones se cruzan en un mismo punto que también sellama foco de la lente F (9); como todas estas lentes funcionan igualmente enambos sentidos, presentan dos focos virtuales equidistantes a ellas.

Como las tres formas de lentes divergentes funcionan de igualmanera, para representarlas en los esquemas, se usa una línea recta terminadaen sus extremos por flechas, con de sentido afuera hacia el centro, debiendomarcarse claramente sus focos.

Características de las lentes:

Para estudiar gráficamente los fenómenos ópticos que sepresentan en las lentes, se necesita conocer sus características, las cuales seindican gráficamente en la figura siguiente, características que son comunes aambos tipos de lentes, por lo que el esquema presenta flechas en los dossentidos.

El plano óptico de la lente, es el plano central de ella,siendo lo que se representa con la línea LL’, del esquema.

El centro óptico O, es el punto central de la lente.

El eje principal AB, o simplemente eje, es la recta quesiendo perpendicular a la lente, pasa por el centro óptico.

Los focos principales F y F’, o simplemente focos, son lospuntos donde se cruzan los rayos que llegan a la lente paralelos al ejeprincipal, o sus prolongaciones.

Distancia focal f, es la distancia entre el centro óptico yel foco, que en las lentes divergentes se considera negativa.

La forma más sencilla de determinar gráficamente las imágenesde las lentes y sus características, consiste en usar una serie de rayosdenominados notables. Estos son:

Cualquier rayo que llegue a una lente convergente, paraleloal eje principal, se refracta pasando por el foco del otro lado (1). Cualquierrayo que llegue a una lente convergente pasando por el foco, se refractaparalelo al eje principal (2).

• Cualquier rayo que llegue a una lente convergente pasando por el centro óptico, se refracta sin cambiar de dirección (3).

Para las lentes divergentes, los rayos notables son lossiguientes:

• Cualquier rayo que llegue a una lente divergente paralelo al eje principal, se refracta en dirección del foco del mismo lado de la lente de donde viene la luz (4).

• Cualquier rayo que llegue a una lente divergente en dirección del foco del otro lado, se refracta paralelo al eje principal (5).

• Cualquier rayo que llegue a una lente divergente en dirección del centro óptico, se refracta sin cambiar de dirección (6).

POTENCIA DE UNA LENTE

Se ha verificado experimentalmente que una lente es tanto máspotente cuanto menor es su distancia focal. En símbolos:

(paralentes convergentes)

Por convención se ha establecido que si la distancia focal es de un metro lapotencia es de una dioptría. Así la potencia se mide en dioptrías y ladistancia focal en metros. De esta fórmula se deduce que para una distanciainfinitamente grande la potencia es cero y los rayos no sufren desviación.

La fórmula para lentes divergentes es análoga pero negativa:

La formula de los focos conjugados es la misma que en espejos.

Reflexión difusa

Cuando iluminamos una hoja de papel en un cuarto oscuro pareciera que lo hojadifundiría la luz haciendo que gran parte de la habitación se ilumine. Esto sellama reflexión difusa y sucede a partir de numerosas reflexiones yrefracciones que ocurren el la hoja.

Parte 3: Óptica Física. Polarización. Interferencia.Difracción. Espectroscopia.

COLOR

Los colores simples (los del arco iris) son ondas quedifieren en su longitud de onda. Esa es la única diferencia entre ellos. Elblanco es el color que contiene a todos ellos, es decir que si descomponemos alblanco obtendremos toda la gama de colores simples. Podemos descomponer alblanco utilizando un prisma, como el índice de refracción depende de lalongitud de onda los rayos se van desviando de manera distinta y por lo tanto seseparan.

INTERFERENCIA

Cuando dos disturbios de onda se combinan, en tal forma quelos picos de una onda coinciden con los picos de la otra, las dos ondas serefuerzan para producir un disturbio mayor. Este proceso se conoce comointerferencia constructiva. Por otro lado si los picos de una onda coinciden conlos valles de la otra, entonces las ondas tendrán a cancelarse. Este proceso seconoce como interferencia destructiva.

El experimento clásico que demuestra la interferencia de laluz fue realizado primero por Thomas Young en 1801. Young separó la luz alpasarla por dos ranuras paralelas angostas. En una pantalla blanca colocada másallá de las ranuras se mostró un patrón de bandas alternadas claras y oscurasllamadas franjas de interferencia. Las franjas claras indican interferenciaconstructiva y las oscuras indican interferencia desctructiva de las dos ondaspor las ranuras. Mediciones cuidadosas muestran que la interferenciaconstructiva ocurre en un punto dado en la pantalla en donde las dos longitudesde trayectoria óptica difieren en un número entero de longitudes de onda de laluz y la interferencia destructiva ocurre si la diferencia de trayectoria es unnúmero entero de media longitud de onda.

Otro ejemplo familiar de intereferencia de la luz se lograpor los efectos del color en películas delgadas, tal como en películas de jabón.Estos efectos se deben a la interferencia de las ondas de luz que se reflejan delas superficies frontal y posterior de la película. Un efecto similar se notacuando una lente de vidrio convexa se presiona contra una placa de vidrio plana,tal que ser forma una delgada película de aire en forma de cuña. Cuando la luzse refleja de la región de contacto, se notan una serie de anillos de colores.Este fenómeno fue observado primero por Newton, y por ello se conocen comoanillos de Newton.

La interferencia de la luz se usa en muchas formas prácticas.El estándar fundamental de longitud se basa en la longitud de onda de cierta líneaespectral del gas kriptón. Luz desde una lámpara de kriptón se usa enconjunto con un interferómetro óptico para hacer mediciones precisas delongitud.

Otros usos de la interferencia es la película antirreflexión.Lentes y otras partes ópticas, usadas en todos los instrumentos finos, soncubiertos con delgadas capas transparentes de material diseñado para reducir pérdidaspor reflexión, debido a interferencia destructiva. La luz que sería de otromodo reflejada, es transmitida. En sistemas multilentes este proceso puedeincrementar la eficiencia de un instrumento considerablemente.

Películas delgadas son también usadas en filtros deinterferencia, en donde se utiliza interferencia constructiva en forma tal quepermite que la luz de un color pase a través del filtro mientras refleja lasotras longitudes de onda.

DIFRACCIÓN

Si un objeto opaco se coloca entre una fuente puntual de luzy una pantalla blanca, un examen cuidadoso muestra que el borde de la sombra noes perfectamente agudo, como lo predice la ley de propagación rectilínea de laóptica geométrica. Más bien se encuentra que una pequeña porción de luz sederrama dentro de la zona oscura y que franjas desvanecidas aparecen en la zonailuminada.

Otro fenómeno relacionado es el esparcimiento de un haz deluz a su paso por un pequeño agujero o separación angosta. El nombre dado aestas variantes de la óptica geométrica se conoce como difracción. La ópticageométrica provee resultados útiles en la mayoría de aplicaciones debido aque la longitud de onda de la luz visible es pequeña y los efectos de difracciónno son importantes en circunstancias ordinarias.

Las características esenciales de la difracción se explicanpor el principio de Huygens, que establece que cada punto en un frente de ondaque avanza, puede ser considerado la fuente de una nueva onda u onda secundaria.Las ondas secundarias se combinan para producir el nuevo frente de onda.

La difracción es particularmente aparente en la retícula dedifracción, un dispositivo usado para separar luz en sus longitudes de ondacomponentes. La retícula se hace al rayar surcos o estrías cercanas espaciadasequidistantemente sobre una superficie de vidrio u otro material. Cuando la retículase ilumina con un haz de luz paralelo, la onda incidente es descompuesta por lasestrías en una serie de ondas secundarias.

La dirección de la cual procede el nuevo frente de onda, estádeterminado por el requerimiento para que las ondas secundarias se refuercen unaa otra. Este refuerzamiento ocurre cuando la diferencia de trayectoria ópticaentre ondas, desde estrías adyacentes, son un número entero de longitudes deonda. La mayoría de instrumentos espectroscopicos utilizan retículas, más queprismas para el elemento dispersivo básico.

POLARIZACIÓN

La naturaleza transversal de las ondas de luz es revelado porel fenómeno de la polarización. Ciertos cristales naturales, particularmentela turmalina mineral, tiene la propiedad especial conocida como dicroísmo, enla cual se absorbe luz cuya vibración de campo eléctrico está en una direccióny transmite luz cuya vibración está a ángulo recto a esa dirección.

El producto sintético Polaroid es dicróico. Cuando luzordinaria, la cual tiene direcciones aleatorias de vibración, pasa por unpolarizador hecho de material dicróico. La luz emergente sale polarizada, enotras palabras tiene su vibración de campo eléctrico confinado a una ciertadirección.

Cuando luz polarizada se envía a través de un segundopolarizador, la luz será transmitida o absorbida, dependiendo de la orientaciónrelativa de los dos polarizadores. Cuando luz natural no polarizada se reflejadesde una superficie suave, tal como la superficie de un camino mojado, sevuelve polarizada. Una lámina dicróica orientada apropiadamente, similar a lausada en anteojos Polaroid para el sol, reduce el brillo reflectivo por laabsorción del componente polarizado de la luz.

ESPECTROSCOPIA

Es el estudio de la composición energética de lasradiaciones mediante su análisis espectral y es una potente herramienta paralos químicos en el reconocimiento de sustancias.

PARTE 4: Historia y actualidad de lanaturaleza de la luz

Breve recopilación historica:

¿Qué es la luz?. Es Isaac Newton (1642 - 1727) el queformula la primera hipótesis científica sobre la naturaleza de la luz.

Modelo corpuscular: Conocida como teoría corpuscular ode la emisión, es el primer modelo exitoso en explicar el comportamiento de laluz. En gran parte se debe a la autoridad de Newton, ya que en esa misma épocael modelo ondulatorio trataba de explicar el mismo fenómeno.

A finales del siglo XVI, con el uso de lentes e instrumentosópticos, empezaron a observar, analizar y experimentar los fenómenosluminosos, siendo el holandés Willebrord Snell, en 1620, quién descubrió demanera experimental la ley de la refracción, aunque no fue conocida hasta que,en 1638, René Descartes (1596-1650) publicó su tratado "Óptica".Descartes fue el primer gran defensor de la teoría corpuscular, diciendo que laluz se comportaba como un proyectil que se propulsaba a velocidad infinita. Sinespecificar absolutamente nada sobre su naturaleza y rechazando que ciertamateria fuera de los objetos al ojo, explicó claramente el fenómeno de reflexión,pero tuvo alguna dificultad con la refracción.

En 1672 Newton envió una breve exposición de su teoría delos colores a la Royal Society de Londres. Su publicación provocó tantas críticasque confirmaron su recelo a las publicaciones, por lo que se retiró a lasoledad de su estudio en Cambridge. En 1704, sin embargo, publicó su obra Óptica,en la que explicaba detalladamente su teoría. En esta obra explicaba que lasfuentes luminosas emiten corpúsculos muy livianos que se desplazan a granvelocidad y en línea recta. Según su teoría la variación de intensidad de lafuente luminosa era proporcional a la cantidad de corpúsculos que emitía endeterminado tiempo. La reflexión de la luz consistía en la incidencia dedichos corpúsculos en forma oblicua sobre una superficie espejada, de maneraque al llegar a ella variaba de dirección pero siempre en el mismo medio. Laigualdad del ángulo de incidencia con el de reflexión se debía a que tantoantes como después de la reflexión los corpúsculos conservaban la mismavelocidad (debido a que permanecían en el mismo medio). La refracción laresolvió expresando que los corpúsculos que inciden oblicuamente en unasuperficie de separación de dos medios de distinta densidad son atraídos porla masa del medio más denso y, por lo tanto, aumenta la componente de lavelocidad que es la velocidad que es perpendicular a la superficie de separación,razón por la cual los corpúsculos luminosos se acercan a la normal.

Según lo expresado por Newton en su obra, la velocidad de laluz aumentaría en los medios de mayor densidad, lo cual contradice losresultados de los experimentos realizados años después. Esta explicación,contradictoria con los resultados experimentales sobre la velocidad de la luz enmedios más densos que el vacío, obligó al abandono de la teoría corpuscularpara adoptar el modelo ondulatorio.

Modelo ondulatorio: Desde otro punto de vista, ChristianHuygens (astrónomo, matemático y físico holandés) en el año 1678, describey explica lo que hoy se considera las leyes de reflexión y refracción. Definea la luz como un movimientoondulatorio semejante a la propagacióndel sonido, de tipo mecánico, que necesita un medio material para propagarse.Supuso tres hipótesis:

1. Todos los puntos de un frente de ondas son centros emisores de ondas secundarias.

2. De todo centro emisor se propagan ondas en todas direcciones del espacio con velocidad distinta en cada medio.

3. Como la luz se propaga en el vacío y necesita un material perfecto sin rozamiento, supuso que todo el espacio estaba ocupado por éter.

Las ondas mecánica requieren de algún medio material quelas transporte, para las ondas lumínicas se suponía la existencia de unamateria insustancial e invisible a la cual se le llamó éter, la que debíaestar esparcida por todo el espacio. Justamente la existencia del éter fue elprincipal problema de la teoría ondulatoria. 

En aquella época, la teoría de Huygens no fue muyconsiderada, fundamentalmente, y tal como se ha mencionado, dado al prestigioque alcanzó Newton. Pasó más de un siglo para que fuera tomada en cuentagracias a los experimentos del médico inglés Thomas Young sobre los fenómenosde interferencias luminosas, y los del físico francés Auguste J. Fresnel sobrela difracción, que fueron decisivos para que se colocara en la tabla deestudios de los físicos sobre la luz, la propuesta realizada por Huygens en elsiglo XVII.

Thomas Young demostró experimentalmente un hecho paradójicoque no se podía explicar desde la teoría corpuscular: la suma de dos fuentesluminosas pueden producir menos luminosidad que por separado. Su experienciaconsistía en  practicar dos minúsculas ranuras muy próximas entre sísobre una tela negra en la que se hace incidir luz de un pequeño ydistante foco apareciendo sobre la pantalla (colocada a determinada distancia dela tela)  en forma de líneas alternativamente brillantes y oscuros. ¿Cómoexplicar el efecto de ambas ranuras, que por separado darían un campoiluminado, combinadas producen sombra en ciertas zonas? Young logró explicar laalternancia de las franjas asociando las ondas de luz al comportamiento de lasondas acuáticas. Si las ondas suman sus crestas hallándose en concordancia defase, la vibración resultante será intensa y se verá una zona clara. Por elcontrario, si la cresta de una onda coincide con el valle de la otra, la vibraciónresultante será nula, viéndose una zona oscura. Deducción simple imputada auna interferencia y se desarrolla la idea de la luz como estado vibratorio deuna materia insustancial e invisible, el éter, al cual se le resucita. (ver interferencia)

Ahora bien, la colaboración de Auguste Fresnel para elrescate de la teoría ondulatoria de la luz estuvo dada por el aporte matemáticoque le dio rigor a las ideas propuestas por Young y la explicación que presentósobre el fenómeno de la polarización al transformar el movimiento ondulatoriolongitudinal, supuesto por Huygens y ratificado por Young, quien creía que lasvibraciones luminosas se efectuaban en dirección paralela a la propagación dela onda luminosa, en transversales. Pero aquí, y pese a las sagacesexplicaciones que incluso rayan en las adivinanzas dadas por Fresnel,inmediatamente queda presentada una gran contradicción a esta doctrina, ya queno es posible que se pueda propagar en el éter la luz por medio de ondastransversales, debido a que éstas sólo se propagan en medios sólidos.

En su trabajo, Fresnel explica una multiplicidad de fenómenosmanifestados por la luz polarizada. Observa que dos rayos polarizados ubicadosen un mismo plano se interfieren, pero no lo hacen si están polarizados entre sícuando se encuentran perpendicularmente. Este descubrimiento lo invita a pensarque en un rayo polarizado debe ocurrir algo perpendicularmente en dirección ala propagación y establece que ese algo no puede ser más que la propia vibraciónluminosa. La conclusión se impone: las vibraciones en la luz no pueden serlongitudinales, como Young lo propusiera, sino perpendiculares a la direcciónde propagación, transversales.

Las distintas investigaciones y estudios que se realizaronsobre la naturaleza de la luz, en la época engendraron aspiraciones de mayoresconocimientos sobre la luz. Entre ellas, se encuentra la de lograr medir lavelocidad de la luz con mayor exactitud que la permitida por las observacionesastronómicas (En 1670 el astrónomo danés Olaf Roemer pudo calcular lavelocidad de la luz observando el eclipse de una de las lunas de Jupiter).Hippolyte Fizeau (1819- 1896) concretó el proyecto en 1849 con un clásicoexperimento. Hizo pasar la luz reflejada por dos espejos entre los intersticiosde una rueda girando rápidamente, determinó la velocidad que podría tener laluz en su trayectoria, que estimó aproximadamente en 300.000 km./s. Después deFizeau, lo siguió León Foucault (1819 – 1868) al medir la velocidad depropagación de la luz a través del agua. Este experimento fue de gran interés,ya que sirvió de criterio para analizar la veracidad beligerante entre la teoríacorpuscular y la ondulatoria. La primera teoría requería que la velocidadfuese mayor en el agua que en el aire; lo contrario exigía, la segunda. En susexperimentos logró comprobar que la velocidad de la luz cuando transcurre porel agua es inferior a la que desarrolla cuando transita por el aire. La teoríaondulatoria adquiere cierta preeminencia sobre la corpuscular, y pavimenta elcamino hacia la gran síntesis realizada por Maxwell.

Velocidad de la Luz: en 1670, por primera vez en lahistoria, el astrónomo danés Olaf Roemer (1644-1710) pudo calcular lavelocidad de la luz. Se hallaba estudiando los eclipses de una de las lunas de Júpiter,cuyo período había determinado tiempo atrás. Estaba en condiciones decalcular cuales serían los próximos eclipses. Se dispuso a observar uno deellos, y con sorpresa vio que a pesar de que llegaba el instante tancuidadosamente calculado por él, el eclipse no se producía. El satélite demoró996 seg. en desaparecer. Presupuso que la demora era producida debido a que laluz debía recorrer una distancia suplementaria de 299.000.000 Km., que es el diámetrode la órbita terrestre. Su observación anterior correspondía a una estacióndistinta del año y la posición de la Tierra no era la misma. 

Suponiendo que la luz se propagara a velocidad constante y enlínea recta se puede calcular la velocidad de propagación dividiendo elespacio recorrido por el tiempo tardado: V_luz = 299.000.000 Km : 996seg. = 300.200 ^Km/_seg.

Observaciones posteriores llevaron a la conclusión que elatraso en cuestión era de 1.002 seg., lo cual da por resultado que la velocidadde la luz sería de 298.300 Km/seg.

En 1849, el físico francés Fizeau, logró medir lavelocidad de la luz mediante una experiencia hecha en la Tierra. Para calcularla velocidad con la que la luz realizaba el recorrido total, colocó una ruedadentada delante del haz luminoso, de modo que los dientes bloquearan la luz ylos espacios intermedios la dejaran pasar. La velocidad de rotación de larueda, muy elevada, se regulaba de modo que la luz que pasaba entre dos dientestuviera justo el tiempo de llegar hasta la ventana y volver, antes de serocultada por el siguiente diente. Conociendo la distancia recorrida por el hazluminoso y la velocidad de rotación de la rueda, Fizeau obtuvo una medida de lavelocidad de la luz 

La rueda tiene igual cantidad de dientes y espacios entreellos, X dientes y X espacios, por lo tanto su perímetro será 2X. Da n vueltaspor segundo (que es la frecuencia con que gira), o sea que,  por cadasegundo pasan 2 xn dientes y espacios. El tiempo es inversamenteproporcional a la frecuencia, de allí que: t = (2xn) ^1-.

Cuando no llega mas luz al observador es evidente que lostiempos de ida y de vuelta son iguales. Aplicando las ecuaciones de MRUtenemos: V = 2d / t  = 2d / (2xn) ^{- 1} = 2 d . 2 xn= 4 d xn

Fizeau colocó el espejo a 8.633 m del observador, la ruedatenía 760 dientes y giraba a 12,6 revoluciones por segundo.

Si aplicamos la fórmula obtenida, resultará: v =313.274 Km./seg.

León Foucault y  Fizeau (casi simultáneamente),hallaron en 1850 un método que permite medir la velocidad de la luz en espaciosreducidos. La idea consiste en enviar un haz de luz sobre un espejo giratoriohaciéndole atravesar una lámina de vidrio semitransparente y semirreflectora,un espejo fijo devuelve el rayo y atraviesa luego lámina observándose lamancha luminosa en una pantalla. Con este método se obtuvo que:  v= 295.680 Km./seg.

En general todas las mediciones de que se tiene conocimientoobtuvieron resultados entre 298.000 Km/seg y 313.300 Km/seg sin embargo se tomacomo velocidad de la luz la de 300.000 Km/seg por ser un término medio entrelos valores obtenidos y por ser una cifra exacta que facilitan los cálculos.

Modelo electromagnético: los físicos sabían desdeprincipios del siglo XIX que la luz se propaga como una onda transversal (unaonda en la que las vibraciones son perpendiculares a la dirección de avance delfrente de ondas). Sin embargo, suponían que las ondas de luz requerían algúnmedio material para transmitirse, por lo que postulaban la existencia de unasustancia difusa, llamada éter, que constituía el medio no observable. Maxwellapareció con una teoría que hacía innecesaria esa suposición, pero elconcepto de éter no se abandonó inmediatamente, porque encajaba con elconcepto newtoniano de un marco absoluto de referencia espaciotemporal.

JamesClerk Maxwell (1831-1879), físico inglés,dio en 1865 a los descubrimientos sobre la relación entre campos eléctricos ymagnéticos había realizado el genial autodidacta Michael Faraday, un andamiajematemático y logró reunir los fenómenos ópticos y electromagnéticos hastaentonces identificados dentro del marco de una teoría de reconocida hermosura yde acabada estructura. En la descripción que hace de su propuesta, Maxwellpropugna que cada cambio del campo eléctrico engendra en su proximidad un campomagnético, e inversamente cada variación del campo magnético origina uno eléctrico.

Dado que las acciones eléctricas se propagan con velocidadfinita de punto a punto, se podrán concebir los cambios periódicos - cambiosen dirección e intensidad - de un campo eléctrico como una propagación deondas. Tales ondas eléctricas están necesariamente acompañadas por ondas magnéticasindisolublemente ligadas a ellas (variación de campos inducidos). Los doscampos, eléctrico y magnético, periódicamente variables, estánconstantemente perpendiculares entre sí y a la dirección común de supropagación. Son, pues, ondas transversales semejantes a las de la luz. Porotra parte, las ondas electromagnéticas se transmiten, como se puede deducir delas investigaciones de Weber y Kohlrausch, con la misma velocidad que la luz. Deesta doble analogía, y haciendo gala de una espectacular volada especulativaMaxwell termina concluyendo que la luz consiste en una perturbación electromagnéticaque se propaga en el éter. Ondas eléctricas y ondas luminosas son fenómenosidénticos.

Veinte años más tarde, Heinrich Hertz (1857-1894) compruebaque las ondas hertzianas de origen electromagnético tienen las mismaspropiedades que las ondas luminosas, estableciendo con ello, definitivamente, laidentidad de ambos fenómenos.

Hertz, en 1888, logró producir ondas por mediosexclusivamente eléctricos y, a su vez, demostrar que estas ondas poseen todaslas características de la luz visible, con la única diferencia de que laslongitudes de sus ondas son manifiestamente mayores. Ello, deja en evidencia quelas ondas eléctricas se dejan refractar, reflejar y polarizar, y que suvelocidad de propagación es igual a la de la luz. La propuesta de Maxwellquedaba confirmada: ¡la existencia de las ondas electromagnéticas era unarealidad inequívoca! Establecido lo anterior, sobre la factibilidad detransmitir oscilaciones eléctricas sin inalámbricas, se abrían las compuertaspara que se produjera el desarrollo de una multiplicidad de inventivas que hanjugado un rol significativo en la evolución de la naturaleza humana contemporánea.

Pero las investigaciones de Maxwell y Hertz no sólo selimitaron al ámbito de las utilizaciones prácticas, sino que también trajeroncon ellas importantes consecuencias teóricas. Todas las radiaciones serevelaron de la misma índole física, diferenciándose solamente en la longitudde onda en la cual se producen. Su escala comienza con las largas ondashertzianas y, pasando por la luz visible, se llegan a la de los rayosultravioletas, los rayos X, los radiactivos, y los rayos cósmicos.

Sin embargo, la teoría electromagnética de Maxwell,pese a su belleza, deja sin explicación fenómenos como el fotoeléctrico, y laemisión de luz por cuerpos incandescentes. En consecuencia, pasado elentusiasmo inicial, fue necesario para los físicos, como los hizo Planck (aregañadientes) en 1900, retomar la teoría corpuscular. La salida al dilema quepresentaban las diferentes teorías sobre la naturaleza de la luz, empezó atomar forma en 1895 en la mente de un estudiante de dieciséis años, AlbertEinstein, que en el año 1905, en un ensayo publicado en el prestigioso periódicoalemán Anales de la física, abre el camino para eliminar la dicotomía queexistía sobre las consideraciones que se hacían sobre la luz al introducir elprincipio que más tarde se haría famoso como relatividad. 

La luz es, de acuerdo a la visión actual, una oscilaciónelectromagnética que se propaga en el vacío cuya longitud de onda es muy pequeña,unos 6.500 Å para la luz roja y unos 4.500 Å para la luz azul. (1Å = unAngstrom, corresponde a una décima de milimicra, esto es, una diez millonésimade milímetro).

Por otra parte, la luz es una parte insignificante delespectro electromagnético. Más allá del rojo está la radiación infrarroja;con longitudes de ondas aún más largas la zona del infrarrojo lejano, lasmicroondas de radio, y luego toda la gama de las ondas de radio, desde las ondasde centímetros de longitud, metros y decámetros, hasta las ondas largas deradiocomunicación, con longitudes de cientos de metros y más. Por ejemplo, eldial de amplitud modulada, la llamada onda media, va desde 550 y 1.600kilociclos por segundo, que corresponde a una longitud de onda de 545 a 188metros, respectivamente.

En física, se identifica a las ondas por lo que se llamalongitud de onda, distancia entre dos máximos y por su frecuencia, número deoscilaciones por segundo, que se cuenta en un punto, y se mide en ciclos porsegundo (oscilaciones por segundo). El producto de ambas cantidades es igual ala velocidad de propagación de la onda.

En el otro extremos del espectro electromagnético seencuentra la radiación ultravioleta, luego los rayos x y a longitudes deonda muy diminutas los rayos.

La atmósfera terrestre es transparente sólo en la regiónóptica, algo en el infrarrojo y en la zona de ondas de radio. Por ello, es quela mayor información que hemos obtenido sobre el universo ha sido a través dela ventana óptica, aunque en las últimas décadas la radioastronomía havenido jugando un rol sustancial en la entrega de conocimientos sobre el cosmos,proporcionando datos cruciales. Observaciones en el ultravioleta, rayos X, comoasí también de parte del infrarrojo, hay que efectuarlas con instrumentosubicados fuera de la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, es posible tambiénobtener resultados en el infrarrojo con instrumentación alojada enobservatorios terrestres empotrados a gran altura sobre el nivel del mar o contecnología puesta en aviones o globos que se eleven por sobre la baja atmósfera,que contiene la mayor parte del vapor de agua, que es la principal causa de laabsorción atmosférica en el infrarrojo.

Dilema actual: Hoy en día no se sabe fehacientementecual es la naturaleza de la luz. Ambos modelos tanto el electromagnético comoel cuántico, que plantea la existencia de los fotones de Einstein, coexisten enun marco de incertidumbre. El modelo más fuerte es el cuántico ya que la mecánicacuántica después de las leyes del movimiento de Newton es la mejor teoríaexperimentalmente probada. Pero la existencia de partículas con energía perosin masa llama mucho la atención. Para entender mejor el tema podríamos haceruna sencilla analogía: si nosotros viviéramos en la prehistoria e intentáramosanalizar científicamente al viento nos encontraríamos en un gran problema. Alno tener ningún conocimiento previo y tampoco disponer de instrumentos talescomo microscopios llegaríamos a una conclusión bastante incoherente. No nosquedaría más que definir al viento como algo con energía y sin masa, porqueal no poder verlo y si sentirlo (es decir ver que ejerce fuerzas) no tendríamosotra opción. Quizás hoy en día no tengamos los instrumentos para ver qué sonverdaderamente los fotones.

PARTE 4: Fotometría

La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o losgamma es una forma de energía. Si la energía se mide en joules (J) en elSistema Internacional, para qué necesitamos nuevas unidades. La razón es mássimple de lo que parece. No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo yproduce sensación luminosa, ni toda la energía que consume, por ejemplo, unabombilla se convierte en luz. Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y paraello definiremos nuevas magnitudes: el flujo luminoso, la intensidad luminosa,la iluminancia, la luminancia, el rendimiento o eficiencia luminosa y la http://edison.upc.es/curs/llum/fotometria/- Cant_luz