Tarea 2


teorias de la luz





"El estudio de la luz ha derivado en logros de la intuición, la imaginación y el ingenio que no tienen parangón en ningún campo de la actividad mental; también ilustra mejor que ninguna otra rama de la física las vicisitudes de las teorías."

Sir J. J. Thomson, 1925.



CONCEPCIONES TEÓRICAS SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ

S on tantas las razones que se pueden invocar para avalar nuestras palabras introductorias sobre la luz que es un trabajo difícil la elección de un ejemplo cuya descripción pueda sintetizar los alcances que ha tenido y tiene para el desarrollo, evolución y comprensión de las teorías de la física y sus leyes. Muchas veces, y durante procesos de aplicación de leyes que funcionan, la particular naturaleza de la luz suele conducir a emocionantes descubrimientos físicos, nuevos y no directamente relacionados con la ley misma. Un ejemplo antiguo de ello tiene que ver con la ley universal de la gravedad y los satélites de Júpiter. En el siglo XVII el astrónomo danés Ole Roemer observó el movimiento de las lunas de Júpiter y advirtió un hecho curioso. En determinado momento del año, las lunas reaparecían por detrás de Júpiter más o menos cuatro minutos antes de lo que podría esperarse si se aplicara de manera directa la ley de Newton. Seis meses después, las lunas aparecen cuatro minutos más tarde.
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TEORÍA CORPUSCULAR
Newton descubre en 1666 que la luz natural, al pasar a través de un prisma es separada en una gama de colores que van desde el rojo al azul. Newton concluye que la luz blanca o natural está compuesta por todos lo colores del arcoiris.
Newton consideró a la luz semejante a un flujo de proyectiles que son emitida por un cuerpo que genera luminosidad. Supuso que la visión era la consecuencia de la colisión de granizadas de proyectiles que impactaban en los ojos. Con su hipótesis corpuscular, intentó explicar el hermoso fenómeno de los anillos de colores engendrados por láminas delgadas (los famosos anillos de Newton) e interpretó igualmente la refracción de la luz dentro de la hipótesis corpuscular, aceptando que las partículas luminosas, al pasar de un ambiente poco denso (aire) a otro más denso (cristales), aumentan su velocidad debido a una atracción más fuerte. Esta conclusión, en nada es coincidente, como veremos más adelante, con la teoría ondulatoria de la luz, la que propugna una propagación más lenta de la luz en el paso a través de materiales más densos.
La teoría sobre una naturaleza corpuscular de la luz, sustentada por el enorme prestigio de Newton, prevaleció durante el siglo XVIII, pero debió ceder hacia mediados del siglo XIX frente a la teoría ondulatoria que fue contrastada con éxito con la experiencia. Ahora, como también veremos más adelante, el descubrimiento de nuevos fenómenos ha llevado –sin arrinconar la teoría ondulatoria- a una conciliación de ambas ponencias teóricas.
Newton consideró a la luz semejante a un flujo de proyectiles que son emitida por un cuerpo que genera luminosidad. Supuso que la visión era la consecuencia de la colisión de granizadas de proyectiles que impactaban en los ojos. Con su hipótesis corpuscular, intentó explicar el hermoso fenómeno de los anillos de colores engendrados por láminas delgadas (los famosos anillos de Newton) e interpretó igualmente la refracción de la luz dentro de la hipótesis corpuscular, aceptando que las partículas luminosas, al pasar de un ambiente poco denso (aire) a otro más denso (cristales), aumentan su velocidad debido a una atracción más fuerte. Esta conclusión, en nada es coincidente, como veremos más adelante, con la teoría ondulatoria de la luz, la que propugna una propagación más lenta de la luz en el paso a través de materiales más densos.
La teoría sobre una naturaleza corpuscular de la luz, sustentada por el enorme prestigio de Newton, prevaleció durante el siglo XVIII, pero debió ceder hacia mediados del siglo XIX frente a la teoría ondulatoria que fue contrastada con éxito con la experiencia. Ahora, como también veremos más adelante, el descubrimiento de nuevos fenómenos ha llevado –sin arrinconar la teoría ondulatoria- a una conciliación de ambas ponencias teóricas.


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TEORÍA ONDULATORIA
Define a la luz como un movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el sonido. Ahora, como los físicos de la época consideraban que todas las ondas requerían de algún medio que las transportaran en el vacío, para las ondas lumínicas se postula como medio a una materia insustanci En una pantalla negra practica dos minúsculos agujeros muy próximos entre sí: al acercar la pantalla al ojo, la luz de un pequeño y distante foco aparece en forma de anillos alternativamente brillantes y oscuros. ¿Cómo explicar el efecto de ambos agujeros que por separado darían un campo iluminado, y combinados producen sombra en ciertas zonas? Young logra explicar que la alternancia de las franjas por la imagen de las ondas acuáticas. Si las ondas suman sus crestas hallándose en concordancia de fase, la vibración resultante será intensa. Por el contrario, si la cresta de una onda coincide con el valle de la otra, la vibración resultante será nula. Deducción simple imputada a una interferencia y se embriona la idea de la luz como estado vibratorio de una materia insustancial e invisible, el éter, al cual se le resucita. al e invisible a la cual se le llamó La conclusión se impone: las vibraciones en la luz no pueden ser longitudinales, como Young lo propusiera, sino perpendiculares a la dirección de propagación, transversales. Éter.

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TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA


Dado que las acciones eléctricas se propagan con velocidad finita de punto a punto, se podrán concebir los cambios periódicos - cambios en dirección e intensidad - de un campo eléctrico como una propagación de ondas. Tales ondas eléctricas están necesariamente acompañadas por ondas magnéticas indisolublemente ligadas a ellas. Los dos campos, eléctrico y magnético, periódicamente variables, están constantemente perpendiculares entre sí y a la dirección común de su propagación. Son, pues, ondas transversales semejantes a las de la luz. Por otra parte, las ondas electromagnéticas se transmiten, como se puede deducir de las investigaciones de Weber y Kohlrausch, con la misma velocidad que la luz. De esta doble analogía, y haciendo gala de una espectacular volada especulativa Maxwell termina concluyendo que la luz consiste en una perturbación electromagnética que se propaga en el éter. Ondas eléctricas y ondas luminosas son fenómenos idénticos.



Ahora, la teoría electromagnética de Maxwell, pese a su belleza, comporta debilidades, ya que deja sin explicación fenómenos tan evidentes como la absorción o emisión; el fotoeléctrico, y la emisión de luz por cuerpos incandescentes. En consecuencia, pasado el entusiasmo inicial, fue necesario para los físicos, como los hizo Planck en 1900, retomar la teoría corpuscular. Pero la salida al dilema que presentaban las diferentes teorías sobre la naturaleza de la luz, empezó a tomar forma en 1895 en la mente de un estudiante de dieciséis años, Albert Einstein, que en el año 1905, en un ensayo publicado en el prestigioso periódico alemán Anales de la física, abre el camino para eliminar la dicotomía que existía sobre las consideraciones que se hacían sobre la luz al introducir el principio que más tarde se haría famoso como relatividad.
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La luz: es una parte insignificante del espectro electromagnético. Más allá del rojo está la radiación infrarroja; con longitudes de ondas aún más largas la zona del infrarrojo lejano, las microondas de radio, y luego toda la gama de las ondas de radio, desde las ondas centimétricas, métricas, decamétricas, hasta las ondas largas de radiocomunicación, con longitudes de cientos de metros y más. Por ejemplo, el dial de amplitud modulada, la llamada onda media, va desde 550 y 1.600 kilociclos por segundo, que corresponde a una longitud de onda de 545 a 188 metros, respectivamente.
Espectro electromagnético.- La región correspondiente a la luz es una diminuta ventana en todo el espectro. La atmósfera terrestre sólo es transparente en la región óptica y de ondas de radio. El infrarrojo se puede observar desde gran altura con globos o satélites, al igual que los rayos g, rayos X, y la radiación ultravioleta.




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Cuando hablamos de la gravedad y su importancia en la estructura mecánica del universo, estamos concitando la atención en la fuerza más débil que conocemos dentro de las que operan en el cosmos. Ejemplarizando, podemos señalar que la atracción que mantienen los electrones cerca del núcleo del átomo es, a una misma distancia, 239 mayor que la fuerza de gravedad. Se trata de la fuerza eléctrica, ante la cual, en igualdad de condiciones, la gravedad no puede competir. En otras palabras, si las estrellas de neutrones (partículas sin carga eléctrica) fuesen, en cambio, de protones (que si la tienen), si el Sol y los planetas no fuesen eléctricamente neutros, el universo sería entonces muy distinto, como si la gravedad no existiese. Describirlo con esas condiciones, el relato sería como el de una de las mejores novelas de ficción.

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