La LUZ - Otras Propiedades

En la entrada La Luz - Historia - Propiedades se dijo que Isaac Newton y Christian Huygens en el siglo XVII proponían una naturaleza diferente para la luz; mientras que Isaac Newton proponía una teoría corpuscular, Christian Huygens proponía una teoría ondulatoria, y que esta última fue ignorada por mucho tiempo, por la gran autoridad de Newton.

También se dijo allí que, en 1801 Thomas Young da un gran impulso a la teoría ondulatoria, explicando el fenómeno de interferencia, y midiendo la longitud de onda de los diferentes colores del espectro.

Que en 1864 Maxwell obtuvo una serie de ecuaciones fundamentales del electromagnetismo y predijo la existencia de ondas electromagnéticas y supuso que la luz representaba una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas. Que fue Heinrich Rodolf Hertz quien confirmó experimentalmente la existencia de estas ondas.

Entonces, hacia finales del siglo XIX se sabía que la luz se comporta como onda electromagnética en los fenómenos de propagación, interferencia y difusión, mientras que como corpúsculo, en la interacción con la materia. En realidad se trata de dos aspectos diferentes de la misma cuestión, no se excluyen, se complementan.

Al abordar las propiedades de la luz, en La Luz - Propiedades expuse sobre la Reflexión: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección, la Refracción: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad, y también dí el valor de la velocidad de la luz, entre otras cuestiones.

Sin embargo, existen otras propiedades de la luz, la Interferencia: Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio, la Difracción: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo, que abordare en esta entrada.

Los fenómenos que no se pueden explicar con la teoría corpuscular de la luz son: la interferencia, la polarización, el efecto fotoeléctrico, la radiación y la difracción.

En física, la interferencia es cualquier proceso que altera, modifica o destruye una onda durante su trayecto en el medio en que se propaga. La palabra destrucción, en este caso, debe entenderse en el sentido en que las ondas cambian de forma al unirse con otras, esto es, después de la interferencia normalmente vuelven a ser las mismas ondas con la misma frecuencia.

Veamos un ejemplo, si arrojas dos piedras al agua, las ondas que produce cada una pueden superponerse y formar un patrón de interferencia. En este patrón los efectos de las ondas se pueden incrementar, reducir o neutralizar.

Cuando la cresta de una onda se superpone a la cresta de otra, los efectos individuales se suman. El resultado es una onda de mayor amplitud. A este fenómeno se le llama interferencia constructiva, o refuerzo, en donde se dice que las ondas están en fase.

Cuando la cresta de una onda se superpone al valle de otra, los efectos individuales se reducen. La parte alta de una onda llena simplemente la parte baja de la otra. A esto se le llama interferencia destructiva, o cancelación, donde decimos que las ondas están fuera de fase.

La interferencia es un fenómeno característico de todo movimiento ondulatorio, trátese de ondas en el agua, ondas sonoras u ondas de luz.

Así como refractar es desviar, la difracción es bordear. Cuando la luz pasa por aberturas o bordes de obstáculos se producen fenómenos que contradicen la propagación rectilínea, estos fenómenos, que aparecen más acentuados a medida que los obstáculos y las aberturas se hacen más pequeñas, en relación con la longitud de onda de la luz utilizada, constituyen la difracción, y son una consecuencia natural del carácter ondulatorio de la luz.

Un jesuita italiano, Francesco Grimaldi (1618-1663), físico y astrónomo, descubría, a mediados del siglo XVII, un importante fenómeno óptico llamado por él mismo, Difracción de la luz. Este fenómeno se presenta siempre que de la luz emitida por una fuente se separa una fracción interponiendo un cuerpo opaco, y esto es lo que da origen a su nombre: división en fracciones.

Grimaldi se dio cuenta que cuando la luz del Sol entraba en un cuarto oscuro, a través de un pequeño orificio, la parte iluminada en la pared opuesta era más grande de lo que se podía esperar si la luz estuviese compuesta por rayos de partículas. Se percató también que el borde no era nítido, sino que estaba rodeado por franjas de colores. Grimaldi atribuyó esta observación a la difracción de la luz y fue un importante descubrimiento, sus resultados se utilizaron para sustentar la teoría ondulatoria de la luz.

La difracción se puede observar interponiendo, justo frente a un ojo, una ranura muy estrecha recortada en una lámina opaca. Mirando solamente por este ojo una luz distante, por ejemplo la flama de una vela colocada a unos metros de distancia, esperaríamos percibir la imagen de la flama de la vela, sin embargo, si la ranura es suficientemente estrecha, se perciben varias imágenes.

Esto, desde luego, tampoco es lo que esperaríamos de acuerdo con la óptica geométrica. Las imágenes múltiples que se observan con la ranura delgada indican que, al pasar por la ranura, la luz forma varias regiones de iluminación a ambos lados de una región central iluminada que corresponde, más o menos, a la región geométrica de iluminación.

Otro ejemplo de difracción, en una abertura circular: se coloca una fuente de luz de tal manera que atraviese un pequeño orificio circular. Se pueden observar los anillos claros y obscuros que muestran la difracción de la luz.

Te invito a experimentar con estos fenómenos expuestos, resultará divertido y te sorprenderás de lo que ves. Esto es aprehender andando sobre la luz.