Se llama luz a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el termino luz se usa en un sentido más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido como espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible señala específicamente la radiación en el espectro visible.
La naturaleza de la luz
El estudio del fenómeno de la luz ha ocupado a la comunidad científica desde hace muchos siglos. A lo largo del tiempo, solo dos teorías han sido refutadas, una en contra del otro. Una de esta teoría indica que la luz está compuesta por partículas que viajan en línea recta, mientras la otra define el hecho que la luz presenta un comportamiento ondulatorio.
Pero, en el intento por elaborar una interpretación acerca de la naturaleza de la luz, se han presentado distintas visiones a lo largo de la historia. A continuación haremos mención de restas teorías. Las primeras participaciones pertenecen a los griegos, entre ellos Leucipo (450 a.c.), quien consideraba que todo cuerpo desprendía una imagen que era captada por los ojos e interpretada por el alma. Posteriormente, Euclides (300 a.c.) introdujo la idea de que la luz era un rayo emitido por el ojo y que se propagaba en línea recta hasta alcanzar el objeto.
Aproximada mente en el siglo 4ª.c. los seguidores de Demócrito favorecían la teoría que enuncia que los cuerpos visibles emitían la corriente aristotélica explicaba que la luz era un pulso emitido por los cuerpos visibles.
El medio árabe alhazén (956-1039), fue el encargado de determinar que la luz procedió del sol, siendo los ojos receptores y no emisores; y que en ausencia de la luz los objetos que no tienen luz propia no pueden reflejar nada y, por lo tanto, no se pueden ver.
Durante la segunda mitad del siglo 17, el estudio de la naturaleza de la luz cobro gran importancia entre los científicos de la época. En este contexto Isaac Newton considera que la luz considera que la luz estaba compuesta por pequeñas partículas denominadas corpúsculos; los corpúsculos se mueven en línea recta y a gran velocidad. Bajo este postulado, newton construyo la teoría corpuscular, con la cual logro explicar los fenómenos de la reflexión y de la refracción de la luz, aunque para este último supuso que la velocidad de la luz aumenta al pasar de un medio menos denso a uno más denso. Como en aquella época no era posible medir la velocidad de la luz, solo hasta 1850 el físico Jean Bernard Foucalt demostró, vía experimental; la falsedad de este hecho.
Paralelamente a la teoría corpuscular de newton, en 1678, surgió la teoría ondulatoria de la propagación de la luz, divulgada por Christian Huygens y Robert Hooke. En ella se consideraba la existencia de un material denominado éter, que cubría todo el universo y por el cual se propagaba la luz. De esta manera, Huygens explico cómo bastante sencillez las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz así como la doble refracción que exhiben algunos minerales y la lentitud se propaga la luz en los medios más densos contrario a lo expuesto por newton.
Aunque la teoría ondulatoria de Huygens explicaba algunos fenómenos observados por newton, en particular los colores que se formaban en películas delgadas, casi toda la comunidad científica decidió respaldar los fundamentos de newton, quien para aquella época era considerado como una gran celebridad. Por tanto, la teoría corpuscular se consideró correcta mente durante todo el siglo 18.
En el comienzo del siglo 19, surgió nuevamente la polémica entre la teoría corpuscular de newton y la teoría ondulatoria de Huygens. El inglés Thomas Young (1773-1829), quien realizo una serie de experimentos sobre le interferencia y la difracción inclino la balanza de manera definitiva del lado de lanaturaleza ondulatoria de la luz, solucionando así la controversia sobre dualidad onda-corpúsculo con relación a la naturaleza de la luz.
Dicha conclusión fueron reforzadas por los trabajos por el francés Augustin-Jean Fresnel (1788-1827), quien además del desarrollo de las bases matemáticas de la teoría ondulatoria, demostró que la propagación rectilínea de la luz, era consecuencia del valor extremadamente pequeño de la longitud de onda de las ondas luminosas.
El respaldo final a la naturaleza ondulatoria de la luz se produjo a mediados del siglo 19. En primer lugar gracias a la velocidad de la luz realizada por Foucalt y posteriormente, a la predicción de la existencia de las ondas electromagnéticas realizada por Janes Clerk Maxwell (1831-1879), el cual sugirió que la luz representaba una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas, aquellas cuyo intervalo de longitudes de onda era capaz de impresionar el ojo humano.
La explicación de Maxwell fue confirmada por Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), quien genero ondas electromagnéticas a partir de circuitos eléctricos (radioondas), las cuales presentaban los mismos fenómenos de reflexión, refracción, polarización y difracción que la luz.
A pesar de que ponía fin a la polémica sobre la naturaleza de la luz, aún faltaba revisar el antiguo concepto del éter. Albert Michelson (1852-1931) y Edward Morley (1875-1955) realizaron un experimento cuyo objetivo era calcular la velocidad de la tierra con respecto al éter. Debido a que el experimento realizado no mostraba que la tierra tuviera una determinada velocidad con respecto al éter, se supuso que la tierra, en su movimiento, arrastraba la capa de éter que la rodeaba. Sin embargo, este experimento no presento las propiedades del éter, sino que supo en evidencia que su existencia era altamente improbable.
Por otro lado, Albert Einstein (1879-1955) proponía la teoría de los cuantos de la luz (actualmente denominados fotones), en la que explicaba que los sistemas físicos podían tener tanto propiedades ondulatorias como corpusculares. Este concepto lo utilizo para explicar el efecto fotoeléctrico descrito por Hertz.
De esta manera, se cierra l círculo de la naturaleza de la luz que se podría resumir en la siguiente conclusión fundamental:
Definición:
La luz se comporta como una onda electromagnética en todo lo referente a su propagación, sin embargo se comporta como un haz de partículas (fotones) cuando interacciona con la materia.
La velocidad de la luz
Las primeras estimaciones sobre la luz fueron realizadas por los antiguos griegos, para quien la luz se propagaba de manera instantánea, es decir, que el tiempo empleado en desplazar desde la fuente hasta el observador es tan corto que se podría considerar su velocidad infinita.
Al comienzo del siglo 17 gran parte de la comunidad científica de la época no estaba muy a favor de la existencia de la velocidad de la luz, ellos pensaban que esta podía recorrer cualquier distancia en forma instantánea. Sin embargo, galileo no estaba de acuerdo con estas ideas y considerando que la luz empleaba cierto tiempo en su propagación, tanto de medir su velocidad. Para ellos, se ubicó a cierta distancia de uno de sus ayudantes, de tal forma que uno de los dos dirigían un haz de luz hacia el lugar donde se encontraba el otro, quien luego de cierto tiempo debería ver el resplandor; cada uno registraba el tiempo y su diferencia seria el tiempo empleado por la luz en recorrer dicha distancia. Como no hubo diferencia entre los tiempos, galileo concluyo que si la luz no se propagaba instantáneamente, entonces su velocidad era extremadamente rápida.
La primera medida cuantitativa de la velocidad de la luz fue realizada por el astrónomo danés Olaus Romer, en 1675 mientras trabajaba con Giovanni Cassini. Esta primera medida consistía en observar las variaciones sistemáticas de los tiempos empleados por una de las lunas de júpiter en realizar dos eclipses sucesivos, como se representa en la siguiente figura.
Mientras analizaba los datos del periodo del satélite, Romer observo que este periodo cambiaba a lo largo del año, más concretamente, que crecía cuando la tierra se alejaba de Júpiter y disminuía cuando se acercaba. Con los datos registrados durante seis meses de alejamiento de la tierra. Encontrar un valor de 22 minutos, por lo que determinó que la velocidad de la luz debía ser el cociente entre el diámetro de la órbita terrestre y el tiempo anterior, es decir.
En 1729, el astrónomo británico James Bradley calculo la velocidad de la luz a partir de la diferencia entre la posición observador y la estrella y su posición real debido a la combinación de la velocidad del observador y la velocidad finita de la luz. Este fenómeno denominado aberración de la luz, le permitió obtener un valor se
La primera medición no astronómica de la velocidad de la luz fue realizada por el físico francés Armand Fizeau en 1849. En lo alto delas colinas de sureste y de Montmartre, distantes entre sí 8.63 km, Fizeau ubico un sistema de lentes de tal forma que la luz reflejaba en un espejo semitransparente se enfocaba entre los huecos de una rueda, que giraba con una velocidad angular variable, a baja velocidad obstruía el paso de la luz reflejada por su diente; peor cuando la velocidad era lo suficiente grande, admitía que la luz reflejada pasara a través del siguiente hueco de la ranura. De esta manera, la luz llega al espejo semitransparente, lo atraviesa y es percibido por el observador, tal como se muestra en la siguiente figura.
Si notamos como L la distancia entre la rueda y el espejo reflector plano, tenemos que el tiempo que tarda la luz en ir y regresar está dado por la expresión:
Siendo c la velocidad de la luz.
En este tiempo
Donde n representa el número de diente de la rueda y w la velocidad angular de la misma. Al despejar
La rueda dentada utilizada por Fizeau tenía 720 ranuras y fue necesario elevar su velocidad angular hasta 25,2 Rev. /s, por tanto,
Sin embargo, en 1862 físico francés León Foucault realizo un experimento similar al de Fizeau, en el que sustituyo la rueda dentada por un prisma octagonal cuyos lados eran espejos (figura 2). De nuevo la velocidad angular del prisma y la distancia del mismo a un espejo fijo permitieron calcular la velocidad de la luz. El valor obtenido fue.
Posteriormente, en 1880, el físico norteamericano Albert Michelson realizo durante casi cincuenta años, mediciones precisas obtener un valor para c igual a 2,99X10^8m/s.
En la actualidad se acepta que la velocidad de la luz en el vacio es una contante fundamental que tiene un valor:
C=299.792.458m/s
El valor c=3,0x18^8m/s es suficiente mente exacto para la mayor parte de las aplicaciones.
Ejemplo:
Considerando el modelo realizado por Fizeau, calcular el tiempo transcurrido para que la luz atraviese una ranura de una rueda dentada y se devuelva por la siguiente.
Desarrollo
Como la velocidad angular se relaciona con la frecuencia de revolución mediante
la expresión
tenemos que el tiempo transcurrido, mientras la luz pasa por una ranura y se regresa por la siguiente, es:
Es decir: 
la expresión
tenemos que el tiempo transcurrido, mientras la luz pasa por una ranura y se regresa por la siguiente, es: Por tanto, obtenemos que: 
El tiempo que gasta la luz en su recorrido es 
segundos.
segundos.Interferencia de la luz
Debido a la naturaleza ondulatoria de la luz, es posible observar que dos hacen de luz generan interferencia entre sí, la cual ocurre cuando en un mismo punto coinciden dos o más ondas, siendo su composición su composición constructiva o destructiva. Para observar estas interferencias luminosas es necesario quela ondas individuales mantengan una relación de fase estable, es decir, que la fuentes tenga la misma frecuencia y que sus haces sean casi paralelos. Cuando esta situación predomina, se dice que las fuentes son coherentes. Si las fuentes son distintas (incoherentes), no es posible la producción de interferencia, ya que las ondas emitidas son independientes y no guardan relación de fase en el transcurso del tiempo.
Pero, ¿Cómo hacer para que do fuentes luminosas sean coherentes?
En 1801, Thomas Young ideo el primer experimento para producir interferencias luminosas, el cual le sirvió para demostrar la naturaleza ondulatoria en la luz. En la siguiente figura se muestra un esquema del dispositivo utilizado. 
Se pudo observar un frente de onda que incide sobre dos rendijas horizontales. De estas dos rendijas surgen dos nuevos frentes de ondas coherentes, con un patrón establece, que interfieren sobre una pantalla. Este patrón de interferencia esta conformado por franjas brillantes y oscuras alternadas, que representa la interferencia constructiva de las ondas respectivamente.
En la siguiente figura se representa algunas maneras en las que se pueden combinar dos ondas sobre una pantalla.
Para dar una descripción cuantitativa del experimento de Young, considera el punto
ubicado a una distancia L de la pantalla de observación (figura 3). Si la fuente es monocromática, las ondas que salen de las dos ranuras se encuentran en fase, es decir, tiene la misma frecuencia y amplitud. Se puede observar que la distancia recorrida por las ondas que salen de la ranura inferior es mayor que la distancia recorrida por las ondas que salen de la ranura superior. Esta diferencia se denomina diferencia de camino,
y es:
ubicado a una distancia L de la pantalla de observación (figura 3). Si la fuente es monocromática, las ondas que salen de las dos ranuras se encuentran en fase, es decir, tiene la misma frecuencia y amplitud. Se puede observar que la distancia recorrida por las ondas que salen de la ranura inferior es mayor que la distancia recorrida por las ondas que salen de la ranura superior. Esta diferencia se denomina diferencia de camino, y es:
Donde d es la distancia entre las dos rendijas. Si la diferencia de camino es múltiplo entero de la longitud de onda, la interferencia es constructiva, por tanto,
Siendo n = 0, 
, la interferencia es destructiva es decir.
Siendo n = 0,, la interferencia es destructiva es decir.Donde n = 0, ±1, ±2, ±3,… por otra parte, la posición de las franjas brillantes, medida desde
es:
es:Y la posición de las franjas oscuras
Ejemplo:
Una pantalla se encuentra a 120 cm de una fuente de luz compuesta por dos rendijas. La separación de las rendijas es de 2 mm y la posición de las franjas de orden n = 2, medida desde la línea central, es 4 cm. Determinar.
a. Las longitudes de onda de la luz.
b. La separación entre las franjas brillantes.
Soluciones:
a. para determinar la longitud de onda, utilizamos la ecuación 4.4:
Ecuación 4.4
Al despejar λ
La longitud de la onda luminosa es de
La separación entre las franjas brillantes está dada por la expresión:
Al reemplazar se tiene:
La separación entre las franjas brillantes es 1,98cm.
Iridiscencia en películas delgadas
Seguramente habrás observado, en algunas ocasión, la gama de colores que se forman en las alas de una mariposa, o en las finas manchas de aceite sobre un suelo mojado, o en las pompas de jabón (figura 4) estos efectos, en realidad, son franjas que resultan de la interferencia producida por la luz reflejada en la cara superior con la luz reflejada en la cara inferior.
En cada uno de estos casos, una parte de la luz que índice sobre la película es reflejada, mientras la otra es refractada. Las ondas reflejadas por la superficie inferior y superior tienen una diferencia de camino que genera en las ondas un desfase, el cual al incidir en el mismo punto de la retina del ojo se genera una interferencia constructiva y una interferencia destructiva.
Estas condiciones para interferencia constructiva y destructiva solo son validas si la película está rodeada por el mismo medio. Si la luz es de un solo color, es decir, de una solo longitud de onda, en la superficie de la película se observara regiones brillantes y regiones oscuras. Pero, si la película es iluminada por luz blanca se observara una región iluminada.
Difracción de la luz
En el recuento histórico sobre la naturaleza de la luz, se menciono la importación que este fenómeno tuvo en su momento. por otra parte recordemos que las ondas al rodear un obstáculo presentan deformaciones, que posteriormente continúan su camino. En el caso de las ondas de la luz esto se traduce en la nitidez de la sombra proyectada por un objeto opaco.
La difracción se observa mejor cuando la luz es coherente, es decir, cuando las ondas luminosas se encuentran en fase, propiedad que tiene la luz monocromática o de un solo color, como por ejemplo las lámparas de neón o el láser.
Para analizar la difracción de la luz, considera una rendija, como las del experimento de Young, iluminada por una fuente. Supón que la luz atraviesa la rendija y se proyecta sobre una pantalla. Una primera apreciación nos llevaría a pensar que sobre la pantalla se proyecta la imagen de la rendija, sin embargo, en realidad aparecen franjas brillantes y oscuras similares a las del experimento de Young.
Según el principio de Huygens, la rendija actúa como infinidad de rendijas muy finas que producen interferencia. La distribución de las franjas oscuras de la rendija está dada por la expresión:
Donde 
es la anchura de la rendija y n = ± 1, ± 2, ±3,… por otro lado la intensidad luminosa se distribuye de manera que casi toda la energía se concentra en la parte central como se muestra a continuación:
es la anchura de la rendija y n = ± 1, ± 2, ±3,… por otro lado la intensidad luminosa se distribuye de manera que casi toda la energía se concentra en la parte central como se muestra a continuación:
Polarización de la luz
La polarización se define como el desplazamiento instantáneo de las partículas que oscilan. Un ejemplo muy particular se da cuando se propagan ondas a través de una cuerda, al enviar pulsos perpendiculares las partículas vibran de arriba hacia abajo y la transmisión es perpendicular a la dirección del movimiento, formándose así el plano de vibración.
Si la cuerda atraviesa dos rendijas una perpendicular y otra horizontal es posible que el plano de vibración de la cuerda no presente dificultada pasar por la primera rendija pero no podrá hacerlo por la segunda, como se observa en la figura 5.
Este efecto observado evidencia que la luz presenta un comportamiento similar al de las ondas transversales, ya que sus fuerzas su comportamiento igual ala de una onda longitudinal, no se produciría alguna en la oscilación de la onda.
En 1669, Erasmus Bartholín hallo un indicio de la polarización de la luz al descubrir que un cristal de calcita, conocido, espanto de Islandia, producía una doble imagen cuando se observaba a través de él. Huygens explico el fenómeno afirmando que cuando una onda llegaba al cristal se dividía en dos: una que se propaga en todas las direcciones a través del cristal y otra cuya velocidad dependía de la dirección respecto aúna línea especial del cristal.
Por otra parte, newton explico que las partículas que formaban el flujo de luz se orientaban de manera diferente al entrar al cristal.
Posteriormente, Etiene Malus, en 1808, encontró que esta propiedad solo se presente en algunas sustancias, por lo que Young concluyo que la luz era una onda transversal y que el plano en el cual se encuentra contenidos se denomina plano de polarización.
Actualmente se sabe que la luz es una onda electromagnética que es producía por la vibración de los electrones y que un solo electrón que vibra emite una onda electromagnética polarizada.
Así, si el electrón vibra en dirección vertical emite luz con polarización vertical, y si vibra en dirección horizontal emite luz horizontalmente polarizada. Esto se debe a que los electrones no tienen un plano de vibración privilegiado, por lo cual vibran en muchas direcciones.
Las fuentes de las comunes, como la luz de la bombilla incandescente o una lámpara fluorescente o el sol o una vela, emiten luz no polarizada, debido a que están compuestas por ondas ubicadas en diferentes planos que varían al azar.
Debido a que el ojo humano no distingue entre la luz polarizada y la no polarizada, y menos a la luz conformada por ambas se hace necesaria la utilización de un dispositivo para dicha identificación.
Algunos cristales tienen de absorber ondas de luz que vibran en diferentes planos y permitir el libre paso de aquellas ondas que están contenidas en determinado plano. Estos cristales se denominan polarizadores. Verifiquemos algunas características de estos cristales y su forma de polarizar la luz:
Todos los cristales transparentes de forma natural, cuya estructura no es cubica, tienen la propiedad de cambiar el plano de polarización a un solo plano. La dirección del plano de polarización que transmite el cristal se llama eje de cristales.
Otros cristales, en su interior, hacen que la luz no polarizada vibre en dos planos perpendiculares entre sí, como es el caso del cristal de Islandia. Estos cristales reciben el nombre de birrefringentes. Los cristales birrefringentes cambian de color según el Angulo con lo que son observado, a esta propiedad se le llama dicroísmo y por ellos también se denominan dicroicos.
A otros grupos de cristales que en su interior realizan la misma función que los anteriores pero observen uno en los planos y transmite el otro plano de vibración en la herapatita que es utilizada en la construcción de filtro de polaroid, es un ejemplo de estos cristales.
El filtro polaroid fue diseñada Edwin Land, en 1928 y consiste en una seria de moléculas ordenadas de manera paralela entre sí, que actúan como un par de ranuras permitiendo que cierta orientación de polarización pase sin que haya absorción de energía, a esta orientación se le conoce como eje del polaroid. Si transmiten polarización horizontal, el eje de polaroid es horizontal y si la transmisión es vertical el eje de polaroid es vertical.
A continuación escribiremos algunas aplicaciones de la polarización.
Uno de los ejemplos más comunes de la utilización del polaroid, son los lentes que nos protegen del sol. El eje de transmisión de estos ejes es vertical debido a que la mayor parte del resplandor que vemos procede de superficies horizontales.
Si levantas tu dedo pulgar, con el brazo extendido y lo miras con un solo ojo puedes observar que cambia su posición, con respecto al fondo, según el ojo con el que se mire. Estos se deben a que, por estar en posiciones levemente diferentes, las imágenes que observa cada ojo presenta una pequeña diferencia. El cerebro recibe estas dos imágenes y, al combinarlas produce la sensación de profundidad.
Las películas en tercera dimensiones se filman tomando dos imágenes desde puntos levemente separados. Estas dos imágenes se proyectan juntas pero con una polarización vertical y otra con polarización horizontal.
Sin anteojos especiales cada ojo recibe las dos imágenes y el resultado la visión borrosa. Pero si se utilizan anteojos de manera que un lente tenga el eje polarizante horizontal y la otra vertical, cada ojo ve solamente una de las imágenes y el cerebro, al combinarlas, produce la sensación de profundidad.
Otra aplicación de la polarización de la luz se encuentra en los cristales líquidos. En ellos los átomos o las moléculas están dispuestos en un esquema similar a la de un cristal sólido. Sin embargo, ese esquema no es completamente rígido, se puede variar mediante cambios de temperatura o mediante un estímulo eléctrico. En estos cristales como los utilizados en las pantallas de las calculadoras, un estímulo eléctrico produce un cambio en la dirección del eje de transmisión de la luz.
Cuando la luz se refleja, se polariza en dirección paralela a la superficie reflectante. Por ejemplo, la luz solar que se refleja en la carretera, esta polarizada horizontalmente por este es conveniente que los anteojos para el sol que se utilizan al conducir un vehículo, sean de vidrios polarizadores con ejes verticales, de esta manera se evita el reflejo.
La fotometría
La fotometría es el estudio de la medición de la luz como el brillo percibido por el ser humano, es decir, la verificación que tiene la capacidad que tiene la radiación electromagnética estimula la visión. Esta energía radiante es medida en vatios (w), sin embargo no es apropiado utilizar esta unidad de medida para indicar la sensación visual que conocemos como brillantes, ya que el ojo no tiene la misma sensibilidad a todas las longitudes de onda es decir, no tiene la misma sensibilidad a todos los colores.
La figura 6 muestra una relación entre la longitud de onda y la respuesta del ojo a una misma potencia de luz. Se observa que el ojo es más sensible de la longitud de onda de 550nm, la cual corresponde al color amarillo-verde. Por lo cual , es que el ojo percibe con mayor intensidad la luz emitida por una bombilla de color amarillo que la luz emitida por una bombilla de color azul con la misma potencia. Esta percepción de diferencia brillantes se mide durante el flujo luminoso (f),cuya unida de medida es el lumen (lm). Sin embargo, la sensación de brillante esta relacionad con el flujo luminoso y no con la potencia, por tato definimos iluminancia o iluminación (e), de una superficie como el flujo luminoso (f) que incide perpendicularmente por unidad de área, es decir.
La unidad de medida de la iluminancia o iluminación es el lux, y es equivalente al lumen/m^2, es decir, que la iluminación es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente.
Ejemplo
Se percibe una iluminación de 2 lux sobre una mesa s
i la lámpara que la produce se encuentra a 4m por encima de la mesa emite una luz azul entre el (λ=470nm), ¿Cuál es la potencia de la luz que emite?
i la lámpara que la produce se encuentra a 4m por encima de la mesa emite una luz azul entre el (λ=470nm), ¿Cuál es la potencia de la luz que emite?
Solución
Para una longitud de onda igual a 470nm el ojo percibe solo el 20% de la luz (figura 6). Por tanto, la iluminación producida por la ampara que percibe el ojo 
es:
es:
Al reemplazar y calcular 
Ecuación 4.7
Al despejar F
Al remplazar y calcular
Al establecer la profundidad
Al calcular la luz que tiene una potencia de 2,97 w.
Rayos de luz
Para explicar los fenómenos de interferencia, difracción y polarización de la luz la hemos caracterizado por medio de sus frentes onda. Si consideramos una fuente de luz puntual, el frente de onda producido por ella es esférico, ya que la luz se propaga en forma homogénea atreves de un espacio homogéneo.
A medida que la luz se propaga, el frente de onda aumenta como si fuera un gran globo y su intensidad se distribuye en toda la superficie de la esfera hasta iluminar todos los puntos que son alcanzados por el (figura 7). Para un observador que recibe la luz emitida por la fuente, esta viaja hacia él en línea recta, y su trayectoria denominada rayo de luz, es perpendicular al frente de onda.
Definición
Un rayo de luz se puede considerar como la línea imaginaria trazada e la dirección de propagación de la onda y perpendicular al frente de onda.
Cuando la fuente puntual se encuentra muy lejos del objeto sobre el cual incide sus frentes de onda pueden ser considerados como planos. Un ejemplo de ellos es la luz proveniente del sol, cuya distancia a la tierra es de 150.000.000 km, y sus rayos luminosos son percibidos paralelos entre si y, por consiente, los frentes de onda planos.
Definición
Un haz de rayos es el conjunto de rayos provenientes de una fuente puntual.
Un rayo de luz es una idealización, a partir de la cual se pretende describir el comportamiento de la luz. Al estudio de la luz por medio de rayos se denomina óptica geometría es utilizada por la construcción de lentes que corrige defectos del ojo como la miopía, la hipermetropía el astigmatismo, etc. También se usa en diferentes instrumentos ópticos, tales como telescopios, estereoscopios, etc.
El diseño y manejo de los rayos de luz, fue una idealización estudiada por newton en el siglo 17, debido a que se hacía prácticamente indispensable un sistema para dar una explicación al fenómeno de la dispersión de la luz blanca según la ley de Snell.
La trayectoria que describe la luz a propagarse viene determinada en función del principio de Fermat, denominado principio de tiempo mínimo: “cuando un rayo de luz viaja entre dos puntos, su trayectoria real será aquella que requiera del mínimo tiempo”.
La luz en un medio homogéneo e isótropo, presenta una velocidad de propagación constante y necesaria, para desplazarse en el menor tiempo posible, debe recorrer la menor distancia posible, es decir debe moverse describiendo una trayectoria rectilínea.
Un experimento sencillo para demostrar la propagación de la luz en línea recta, siempre que el medio de propagación sea homogéneo, se representa en la siguiente figura:
Se puede observar que se hace pasar luz a través los agujeros de varias pantallas opacas hasta llegar al ojo del observador. Para logar, se requiere que todos los agujeros y el ojo se encuentren en la misma línea recta.
Al iluminar un objeto opaco de tamaño relativamente grande, aparecen dos zonas claramente diferenciadas sobre la pantalla, como se observa en la siguiente figura.
En interior del círculo oscuro se determina sobra, mientras que la franja que lo rodea penumbra. La penumbra va aumentando en intensidad luminosa a medida que se aleja del centro. La semejanza de los triángulos de la fuente el obstáculo y la pantalla manifiestan la propagación rectilínea de la luz.
Si la luz se desplaza entre dos puntos que se encuentran ubicados en dos medios diferentes, el tiempo mínimo no supone que la distancia baya también hacer la mínima, que sería una recta, sino que va a sufrir un cambio de dirección.
Reflexión de la luz
Cuando una onda alcanza la frontera entre dos medios, una parte de su energía es transmitida, dando lugar a otra onda de características similares a la de la onda inciden; esta onda recibe el nombre de ondas transmitidas. La otra parte de la energía se emplea en generar una onda que se propaga en el mismo medio; esta onda es conocida como onda reflejada y cambia su dirección pero conserva la misma velocidad.
Cuando el medio es opaco y la luz incide sobre la superficie de un material de estas características, produce vibración en los electrones de los átomos o moléculas del material, ocasionado que este se caliente y que los electrones expidan la luz. Cuando esta onda reflejada incide sobre nuestros ojos hace posible ver dicha superficie.
Los metales son un caso particular delos cuerpos opacos. En la superficie de los metales hay electrones libres que vibran cuando la luz incide y reemiten prácticamente toda la luz hacia fuera del material, lo cual produce su brillo característico.
Para describir de forma geométrica la reflexión de la luz, es conveniente definir una serie de elementos que se puede apreciar en la figira8 (recuerda que nos referiremos a los rayos de la luz y no a los frentes de onda).
El reyo incide es el rayo que llega o incide en la frontera de los medios.
El rayo reflejado es el rayo que se devuelve por el mismo medio, una vez llega a la frontera.
La normal, N, es la recta perpendicular a la línea que divide los dos medios, es decir la superficie del segundo medio.
Angulo de incidencia,
, es el ángulo que forma el rayo incidente con el normal.
, es el ángulo que forma el rayo incidente con el normal.Angulo reflejado,
es el ángulo que forma el rayo reflejado con la normal.
es el ángulo que forma el rayo reflejado con la normal.La reflexión se denomina especular cuando un haz de luz se refleja en una superficie perfectamente pulida, de manera que todos los rayos llegan a ella con el mismo ángulo de inclinación y, por tanto, se refleja paralelamente unos a otros.
Sin embargo, la mayoría de superficies son rugosas y están constituidas por los rayos de luz paralelos se reflejen en distintas direcciones, este tipo de reflexión se le denomina difusa.
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