Luz

Para outras páxinas con títulos homónimos véxase: A Luz.

A luz é unha radiación electromagnética visible polo ollo humano responsable do sentido da vista.^[1] A luz visible ten unha lonxitude de onda que vai dos 380 nanómetros aos 740 nm (entre a luz infravermella e a luz ultravioleta invisibles).

Raio de luz solar dispersado por partículas de po no canón do Antílope, en Estados Unidos.

Como onda electromagnética, a luz propágase en forma de dúas ondas: unha móvese polo campo eléctrico e outra polo magnético. A súa velocidade no baleiro é de 299 792 458 metros por segundo (case 300.000 km/s), que é unha das constantes fundamentais da natureza.

Ao tratarse dunha radiación electromagnética, a luz visible emítese e absórbese en pequenos paquetes de enerxía denominados fotóns e mostra propiedades tanto de onda coma de partícula. Esta propiedade é a dualidade onda-partícula. O estudo da luz coñécese como óptica.

PropiedadesEditar

ReflexiónEditar

Reflexión.

Calquera obxecto sen luz propia pode ser observado grazas á reflexión. Segundo a dirección do feixe de luz, distínguense diferentes tipos de reflexión:

Especular: Prodúcese cando a luz incide sobre unha superficie pulimentada. A dirección do feixe de luz queda determinado polas leis de Snell.
Semiespecular: Prodúcese cando a luz incidente chega a unha superficie lisa e mate e é reflectida con ángulos lixeiramente diferentes pero cunha mesma dirección xeral.
Difusa: A luz chega a unha superficie rugosa e reflectise en direccións diferentes.
Cromática: A reflexión afecta de forma distinta ás distintas lonxitudes de onda.
Acromática: Prodúcese cando se reflicte por igual todo o feixe de luz.

RefracciónEditar

Refracción.

A refracción é o conxunto de cambios de dirección que experimenta un raio de luz na súa propagación ó pasar dun medio a outro, debido á desigual densidade ou velocidade.

Segundo as leis de refracción de Snell, o feixe de incidencia, o feixe refractado e a normal teñen que estar nun mesmo plano. Deste xeito, o seno do ángulo incidente multiplicado polo índice de refracción do primeiro medio é igual ó seno do ángulo refractado polo índice de refracción do segundo medio. En linguaxe matemática segundo a notación da imaxe:

n_{1}\ sen\theta _{1}=n_{2}\ sen\theta _{2}\,

A continuación hai algúns índices de refracción coñecidos:

Medio	Índice de refracción
Baleiro	1
Aire	1,000298
Auga	1,33
Alcol	1,39
Cuarzo	1,46
Vidro	1,5
Zafiro	1,77
Diamante	2,417

Transmisión e absorciónEditar

Absorción da cor branca.

Absorción da cor amarela.

Absorción da cor negra.

A absorción é a cantidade de luz que ó incidir sobre unha superficie non é transmitida nin reflectida. Dise que resulta absorbida e convértese en enerxía calorífica. Isto proporciona as características de transparentes, translúcidos e opacos aos corpos.

Transparentes: Algúns son acromáticos, como o cristal, que absorben tódalas lonxitudes de onda. Outros, como os filtros, son cromáticos e transmiten algunhas lonxitudes de onda incidentes e absorben total ou parcialmente outras.
Translúcidos: Hainos tanto acromáticos como cromáticos. Estes corpos deixan pasar a luz de xeito que as formas se fan irrecoñecibles ao velas ao través.
Opacos: Impiden o paso da luz. Por exemplo, os corpos negros absorben toda a luz; pola súa banda, os brancos reflíctena completamente e os de cores reflicten as radiacións en función do feixe de luz.

InterferenciasEditar

As interferencias prodúcense cando dous ou máis raios de luz da mesma lonxitude de onda se superpoñen no tempo e no espazo. En caso de estaren en fase, forman unha única onda de maior amplitude. Pola contra, de non estaren en fase, anúlase unha coa outra.

DifracciónEditar

A difracción aparece cando os raios luminosos que se propagan na súa traxectoria rectilínea próximos a un bordo son lixeiramente desviados debido á súa natureza ondulatoria. O grao de desviación depende da súa composición espectral e é maior para as lonxitudes de onda longas que para as curtas.

PolarizaciónEditar

A polarización é a propiedade pola cal algúns materiais actúan de forma selectiva absorbendo enerxía lumínica en certos ángulos durante o proceso de reflexión ou transmisión.

DispersiónEditar

Prisma de dispersión.

A dispersión é un fenómeno lumínico que se produce cando un raio de luz composta se refracta nun medio transparente, quedando separados as cores constituíntes. A causa de que se produza a dispersión atópase no feito de que o índice de refracción diminúe a medida que aumenta a lonxitude de onda.

A cor vermella é a que ten a lonxitude de onda máis longa e a que menos se refracta.

TeoríasEditar

Teoría corpuscular
- Foi proposta por Isaac Newton no século XVII
- Argumentou que a luz está feita por pequenas partículas materiais (corpúsculos)
- Os corpúsculos son emitidos en todas as direccións
- Soporta o feito da luz reflectida
- Argumenta que a velocidade da luz crece ó entrar nun medio máis denso porque a gravidade tira deles con máis forza
- Argumentos descartados pola teoría ondulatoria
Teoría ondulatoria (ou de raios)
- Proposta primeiro por Christiaan Huygens no século XVII
- Argumenta que a luz é emitida só como unha serie de ondas
- As ondas son emitidas en todas as direccións
- As ondas non son afectadas pola gravidade, baixando a velocidade ó entrar nun medio máis denso
- Descartada pola teoría corpuscular
- Pode interferir con outras ondas como as sonoras (enunciado no século XVIII por Thomas Young)
- As ondas poden ser polarizadas
- Asume que a luz necesita un medio para a súa transmisión como ocorre co son
Teoría Electromagnética
- Di que as ondas de luz son electromagnéticas e non necesitan un medio de transmisión material
- Proposta por James Clerk Maxwell á fin do século XIX
- amosa que a luz visible é parte do espectro electromagnético
Teoría Cuántica (ou Dualidade onda-partícula)
- Combina as tres teorías anteriores
- comeza a existir no final do século XIX
- Max Planck propuxo que as ondas luminosas están constituídas por paquetes enerxéticos coñecidos como cuantos ou fotóns (en 1900)
- A luz preséntase como partículas e como ondas.

Características da luz visibleEditar

A luz visible é aquela porción do espectro electromagnético entre unha lonxitude de onda achegada a 400 nanometros (abreviado nm) e 800 nm (no aire). A luz tamén pode ser caracterizada pola súa frequencia. A frecuencia e a lonxitude de onda da luz obedecen á relación:

v=\lambda f

(Fórmula da Velocidade da Luz ou outra onda calquera),

onde λ é o cumprimento de onda, f é a frequencia, v é a velocidade da luz. Se a luz estivese a viaxar en baleiro, entón v = c, logo

c=\lambda f

,

onde c é a velocidade da luz. Podemos expresar v como

v=c/n

onde n é unha constante (o índice de refracción) o que é unha propiedade do material polo cal a luz pasa.

Cambio na velocidade da luzEditar

A luz propágase a unha velocidade finita. Aínda os observadores móbiles sempre miden a mesma velocidade da luz (c) se se está a propagar polo baleiro, velocidade que resulta ser = 299 792 458 m/s (ms⁻¹); Porén, cando a luz pasa a través dunha substancia transparente, como ar, auga ou vidro, a súa velocidade vese reducida, sufrindo refracción (variación na súa dirección de propagación). Así, n=1 no baleiro e n>1 na materia, sendo n o chamado índice de refracción, igual a c/v, onde v é a velocidade no medio diferente do baleiro.

Historia da velocidade da luzEditar

A velocidade da luz foi medida moitas veces por moitos físicos. A mellor medida realizada nos comezos é debida a Olaus Roemer (físico danés), no 1676. Foi el quen desenvolveu un método para medir a velocidade da luz por medio do movemento aparente dun satélite do planeta Xúpiter usando o telescopio. Foi posible a medición observando que a lúa debía pasar por diante de Xúpiter a intervalos iguais. Roemer descubriu que a lúa xiraba en torno a Xúpiter cun período de 42-1/2 horas cando a Terra estaba máis próxima de Xúpiter. O problema era que cando a Terra e Xúpiter se afastaban, o período de revolución da lúa parecía ser maior, volvendo ó acortarse ó achegarse novamente. Estaba claro que a luz tardaba máis en chegar á Terra ó distanciarse Xúpiter. A velocidade da luz foi calculada analizando a distancia entre os dous planetas en diferentes tempos. Roemer chegou a unha velocidade de 227.000 km/s (km/s⁻¹).

Albert A. Michelson mellorou o traballo de Roemer en 1926. Usou un espello rotatorio para medir o tempo que tardaba a luz en ida e volta entre o monte Wilson e o San Antonio en California. As precisas medidas proporcionaron unha velocidade de 299.796 km/s⁻¹). No uso diario, redondéase a 300/000 km/s.

ÓpticaEditar

O estudo da luz e a interacción entre luz e materia é chamada óptica. A observación e estudo de fenómenos ópticos como o arco da vella ofrece claves da natureza da luz e tamén diversión.

Cor e características de ondaEditar

Diferentes lonxitudes de onda son interpretadas polo cerebro humano como cores, do vermello a lonxitudes de onda longas (baixas frecuencias) ó violeta ás lonxitudes de onda máis curtas (máis altas frecuencias). As frecuencias intermedias son vistas como laranxa, amarelo, verde, azul, e, de xeito convencional, índigo. As frecuencias do espectro inmediatamente fóra do rango visible polo ollo humano son chamadas ultravioleta (UV) para o límite de altas frecuencias e infravermello (IR) para o de baixas. Os humanos non podemos ver IR, pero percibímolo como calor a través da pel. Hai cámaras que poden coller IR e convertelo en luz visible, chamadas de visión nocturna. A radiación UV non é percibida por nós en absoluto, exceptuando como sobreexposición, queimado por luz solar ou semellante. Algúns animais, como as abellas, poden ver UV mentres outros, como algún tipo de víbora pode ver IR.

Medición da luzEditar

Lámpada artesanal de cores.

As cantidades e unidades seguintes son usadas para medir a luz.

brillo (ou temperatura)
luminescencia ou iluminación (unidade SI: lux)
fluxo luminoso (unidade SI: lumen)
intensidade luminosa (unidade SI: candela)

Fontes de luzEditar

Farola da Alameda de Santiago.

Basicamente, a luz procede de dous tipos de fontes:

Fontes primarias: Son as capaces de emitir radiacións luminosas por si soas grazas a algún proceso físico ou químico, xa sexa combustión, fluorescencia, incandescencia ou descarga eléctrica.
Fontes secundarias: Son aquelas que emiten de forma máis ou menos modificada e dosificada a luz que recibe dunha fonte primaria. Por exemplo, calquera obxecto ou as persoas.

A continuación detállanse algúns tipos de fontes de luz:

radiación térmica (radiación do corpo negro)
- lámpadas incandescentes
- Radiación solar
- lapas (ver lume)
emisión de espectro atómico (liñas de emisión, emisión estimulada ou emisión espontánea)
- láser e máser (emisión estimulada)
- díodo emisor de luz
- lámpadas de descarga gasosa (sinais de neon, lámpadas de mercurio etc)
- lapas (producidas polo gas quente, ver enriba)
aceleración dunha partícula libre cargada (xeralmente un electrón)
- radiación ciclotrón
- radiación Bremsstrahlung
- radiación Cherenkov
quimioluminescencia
fluorescencia
fosforescencia
- tubo de raios catódicos
bioluminescencia
sonoluminescencia
triboluminescencia
desintegración radioactiva
aniquilación partícula-antipartícula

Onda de luzEditar

NotasEditar

↑ CIE (1987). International Lighting Vocabulary Arquivado 27 de febreiro de 2010 en Wayback Machine.. Número 17.4. CIE, 4ª edición. ISBN 978-3-900734-07-7.
Segundo o International Lighting Vocabulary, a definición de luz é: “Calquera radiación capaz de causar unha sensación visual directamente” (“Any radiation capable of causing a visual sensation directly”).

Véxase taménEditar

Outros artigosEditar

[1] CIE (1987). International Lighting Vocabulary Arquivado 27 de febreiro de 2010 en Wayback Machine.. Número 17.4. CIE, 4ª edición. ISBN 978-3-900734-07-7.
Segundo o International Lighting Vocabulary, a definición de luz é: “Calquera radiación capaz de causar unha sensación visual directamente” (“Any radiation capable of causing a visual sensation directly”).

[1]