Luz: ¿Qué es la Luz, Definición? Velocidad de la Luz, Reflexión de la Luz, Refracción de la Luz, Propiedades de la Luz y Luz Solar

(Del latín, lux, lucis)

La luz es el agente físico que hace visibles los objetos. Se denomina luz a la claridad que irradian los cuerpos cuando está en combustión, ignición o incandescencia.

Luz Solar

La luz es aquella energía que ilumina los objetos y seres vivos, haciéndolos visibles; es una onda electromagnética, que posee gran diversidad de frecuencias diferentes, que agrupadas forman el denominado “espectro electromagnético”.

En el día, podemos movernos y ver a nuestro alrededor, gracias a la luz natural que nos brinda el sol, pero por la noche o en espacios cerrados, nos vemos obligados a utilizar luz artificial o fuego, para divisar por donde caminamos y no chocar con todo.

La luz solar, como lo descubrió Newton, se compone de siete colores, que podemos contemplar en la formación del arco iris; estos colores combinados forman la luz blanca o luz solar.

La luz tiene la propiedad de expandirse en todas direcciones, pero cuando esta se topa con un objeto opaco, llamado así porque no permite que la luz lo atraviese, se forma detrás de él sombra, por la ausencia de luz.

La luz es reflejada por los espejos, es capaz de viajar a través del vacío, y puede traspasar cuerpos transparentes, como el vidrio, produciéndose refracción en este acto.

La óptica es una rama de la física, es la ciencia encargada del estudio de la luz, su elaboración y propiedades, entre otras cosas referentes a la misma, como su comportamiento. Esta onda electromagnética puede producir cambios químicos en algunas sustancias.

La luz es utilizada en algunas expresiones cotidianas, con varios significados distintos como: dar a luz, en un parto; ver la luz, cuando se llega a la muerte, y salir a la luz, cuando un misterio es descubierto. En todas estas frases, esta palabra tiene una significación positiva, asociada en algunos casos a la verdad, y en otros al bienestar; pero jamás a cosas negativas, como el dolor.

Luz Solar

Definición de Luz

La luz es una forma de energía electromagnética radiante que por esta condición puede ser percibida sin ningún tipo de problema por el ojo humano. Obviamente, desde hace unos cuantos siglos atrás, distintos científicos o simplemente personas interesadas en el estudio de la materia se vienen ocupando del estudio de este fenómeno de la luz, sin embargo, desde su creación hace unos años, es la óptica la disciplina que se encarga del estudio de las principales formas de producir luz, su control y aplicaciones.

Luz Artificial

La visibilidad por parte de nuestros ojos se debe a que, como todas las ondas electromagnéticas, la luz se caracteriza por un fenómeno llamado longitud de onda, por el cual sus pulsos están separados por una distancia que resulta increíblemente reducida, ya que se mide en nanómetros. Cuando menor es la longitud de onda, mayor es la energía de esa onda. La luz visible para el ojo humano tiene una longitud de onda de entre 400 y 750 nanómetros, aproximadamente, siendo la luz azul la de menor longitud. En esta banda de valores, es posible la estimulación de las células de la retina que traduce ese impacto de la luz en forma de impulsos neuronales y, para nuestro cerebro, en imágenes de aquello que nos rodea.

Longitud de Onda

Asimismo, de todos los trabajos que se han hecho a través de la historia para obtener precisiones, se sabe que la luz tiene una velocidad finita cuyo valor exacto en el vacío por ejemplo es de 299.792.458 m/s. Ahora bien, esta cifra siempre y cuando su despliegue sea a través del vacío, en tanto, cuando la misma debe viajar mediante la materia, su velocidad será menor. Esta propiedad la convierte en el fenómeno más rápido del universo conocido, por lo cual todas las velocidades existentes se calculan como relativas a la velocidad de la luz, hecho éste definido por Einstein en su teoría de la relatividad.

Uno de los fenómenos más característicos que protagoniza la luz es el de refracción, que es aquel que se produce cuando la luz cambia de medio, produciendo un cambio brusco en la dirección de esta. Esto tiene su explicación porque la luz se propaga a diferentes velocidades de acuerdo al medio por el que le toca viajar, entonces, el cambio de dirección será más importante cuanto mayor sea el cambio de velocidad, siendo que siempre la luz preferirá recorrer largas distancias por aquellos medios que suponen una velocidad más rápida. Algunos de los ejemplos más comunes que suelen utilizarse para que todos tomemos cuenta y comprendamos visualmente este fenómeno de la refracción es la aparente ruptura que se puede observar al introducir un lápiz en el agua o el arco iris.

Refracción de la Luz

Por otro lado, nos encontramos con que la luz se propaga casi siempre en línea recta; esto mismo lo comprobamos por ejemplo cuando en un ambiente que todavía no fue limpiado se observan rectas las partículas de polvo. En tanto, cuando la luz se encuentre en su camino con un objeto cualquiera surgirá lo que se conoce como sombras. Pero, cuando al comienzo del párrafo les dije casi en línea recta, tiene que ver con que esto no siempre es así, ya que cuando la luz atraviesa un cuerpo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo de luz se curvará perdiendo la dirección recta que antes decíamos. A este último se lo conoce como fenómeno de difracción.

Estas particularidades se atribuyen al hecho del comportamiento dual de la luz. Por un lado, se trata sin dudas de una onda, con fenómenos de reflexión y refracción. Sin embargo, la curvatura que adopta la onda de luz en ciertos contextos ha motivado numerosas investigaciones por las cuales se dedujo que la luz está constituida por partículas diferentes a las de la materia, que se han denominado fotones. Por consiguiente, aunque parezca paradójico, la luz es al mismo tiempo un fenómeno corpuscular (formado por elementos tangibles y definidas) y un fenómeno energético. Esos fotones representan las partículas captadas por la retina de los ojos de los animales o las moléculas de clorofila de las plantas que realizan los procesos de fotosíntesis. De este modo, la sencilla luz que ilumina nuestro diario quehacer es en realidad una complejísima realidad que la física moderna aún no ha logrado definir por completo.

Luz Bioluminiscencia

Historia de la Luz

Hasta mediados del siglo XVII se creía que la luz estaba formada por corpúsculos que eran emitidos por los focos luminosos tales como el sol o la llama de una vela que viajaban en línea recta y atravesaban los objetos transparentes pero no los opacos, excitando el sentido de la vista al penetrar en el ojo.

Sobre esas fechas, sin embargo, empezó a abrirse paso la teoría de que en realidad se trataba de algún tipo de fenómeno ondulatorio.

Christiaan Huygens demostró en 1660 que las leyes de la óptica podían explicarse basándose en la suposición de que la luz tenía naturaleza ondulatoria. En aquel momento la teoría ondulatoria de la luz no fue aceptada, fundamentalmente por el apoyo dado por Newton a la teoría corpuscular. Dado el enorme prestigio del que gozaba Newton la teoría de Christiaan Huygens fue ignorada por la comunidad científica.

Fue en 1827 cuando los experimentos de Thomas Young y Augustin Fresnel sobre interferencia y difracción y otros experiencias posteriores de Leon Foucault sobre medidas de velocidad de la luz en el seno de líquidos los que mostraron que la teoría corpuscular era poco apropiada para explicar determinados fenómenos ópticos.

En 1873 los experimentos de James Clerk Maxwell permitieron demostrar que la velocidad de las ondas electromagnéticas eran sensiblemente iguales que las halladas para la luz, de donde se dedujo que la naturaleza de esta debía ser la misma que la de las ondas electromagnéticas de frecuencia extremadamente corta. Esta teoría se demostró cierta en los experimentos realizados por Hertz en 1888. A finales del siglo XIX se creía que nuestro conocimiento acerca de la naturaleza de la luz era completo; pero no era así.

La teoría electromagnética clásica no podía explicar la emisión de electrones por un conductor cuando incide luz sobre su superficie, conocido como efecto fotoeléctrico, fenómeno que fue explicado por Albert Einstein quien en 1905 amplió una idea propuesta antes por Planck y postuló que la energía de un haz luminoso se hallaba concentrada en pequeños paquetes o fotones. Aun así el fotón tenía una frecuencia, y que su energía era proporcional a ella. El mecanismo del efecto fotoeléctrico consistiría en la transmisión de energía de un fotón a un electrón.

Los experimentos de Millikan demostraron que la energía cinética de los fotoelectrones coincidía exactamente con la dada por la fórmula de Einstein.

El punto de vista actual, es aceptar el hecho de que la luz parece tener una doble naturaleza que explica de forma diferente los fenómenos de la propagación de la luz y de la interacción de la luz y la materia.

Luz Solar

¿Cuál es la velocidad de la luz?

¿Cuál es la velocidad de la luz? ¿cómo la han podido calcular? ¿por qué se dice que es imposible alcanzarla?

La velocidad de la luz, es de aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo; es la aproximación que más me gusta por lo simple de recordar. Ahora de manera más exacta, es de 299.792.458 metros por segundo (y obtienes el siguiente resultado en cuanto a la distancia recorrida en un año, 9.460.000.000.000 kilómetros), una enormidad, en realidad casi imposible de imaginar o dimensionar, dado que está fuera de todos los parámetros y medidas que manejamos en la vida cotidiana.

La línea amarilla muestra el tiempo que tarda la luz en recorrer el espacio entre la Tierra y la Luna, alrededor de 1,26 segundos.

La velocidad de la luz es una medida muy importante en la física, la que se suele denominar como la constante "c" (seguramente la has visto en la famosa ecuación de Einstein E=m*c^2). La luz se mueve a esta velocidad en el vacío (así como las partículas que no tienen masa), pero no así a través de medios como el aire, por ejemplo.

Para efectos prácticos, por ser tan extremadamente grande (de manera relativa) la velocidad de la luz, podemos decir que se mueve de manera instantánea de una lado a otro (por ejemplo en la escala terrestre de dimensiones). Pero en la escala relativa al universo, si tiene implicaciones. Por ejemplo, la luz que viene del espacio, ya que debe recorrer enormes distancias para llegar a la Tierra, dependiendo de lo lejano del objeto puede tardar muchísimos años; por este motivo cuando miramos un cielo estrellado de noche, podemos decir que estamos mirando el pasado de nuestro universo, ya que muchas de esas estrellas en el presente ni siquiera existen (tanto demoro su luz en llegarnos).

De hecho, se pudo determinar que la luz tiene una velocidad observando el movimiento de los planetas, específicamente de una de las lunas de Júpiter en 1676.

El asunto se puede plantear de manera mucho más compleja, pero lo anterior me parece más que suficiente para hacernos una buena idea.

LUZ - EXPLICACIÓN Y DEFINICIÓN DE LA LUZ

¿Que es la luz?

La luz se define como una onda electromagnética que está compuesta por diminutas partículas llamadas fotones y que nos permite visualizar todo lo que nos rodea aportando color y sentido a la vista.

Aunque la definición anterior parezca complicada de entender explicaremos paso a paso cada uno de los conceptos indicados anteriormente en la definición de la luz.

Cuando lanzamos una piedra a un estanque observamos que se crean una serie de ondas que avanzan por la superficie del agua, al igual que la onda del estanque la luz es una onda electromagnética, es decir es una onda con una parte eléctrica y otra parte magnética, que a diferencia de la onda del estanque que necesita el agua como medio para propagarse las ondas electromagnéticas no necesitan de ningún medio, es decir avanzan a través del vacio.

Cualquier onda dispone de 4 propiedades o características que las identifica, estas son la amplitud, la frecuencia, la velocidad y la longitud de onda. La longitud de onda es la distancia que hay entre 2 crestas o valles de la onda, la luz visible que es percibida por el ojo humano y que nos permite ver todo los que nos rodea es la parte de la onda electromagnética que tiene una longitud de onda comprendida entre 380 y 740 nanómetros, por tanto la luz tal y como la entendemos corresponde a una pequeña porción de longitud de ondas electromagnéticas que emiten fuentes luminosas como el Sol, las estrellas o las lámparas de tu casa.

Por último los fotones son las partículas fundamentales, indivisibles, sin masa ni carga que componen la luz, los fotones son como pequeñas bolitas que vibran y se comportan como una onda cuando se mueven y como una partícula cuando interacciona con algún cuerpo, siendo por tanto onda y corpúsculo al mismo tiempo.

Los colores que percibimos no son más que sensaciones que el ojo humano interpreta ante diferentes vibraciones de los fotones, por ejemplo el color rojo corresponde a 4 x 1014 vibraciones por segundo y el color azul corresponde a 6,5 x 1014 vibraciones por segundo, cuando existen un conjunto de fotones que vibran en diferentes frecuencias obtenemos una mezcla de todos los colores lo cual nos da como resultado la luz blanca.

El espectro electromagnético representa las longitudes de onda, frecuencia y energía que puede adquirir una onda electromagnética, el espectro se encuentra dividido en diferentes bandas en donde las ondas comparten ciertas características, por ejemplo tenemos la banda de rayos gamma, ultravioleta, luz visible, infrarrojos o microondas. En la banda de la luz visible quedan representados en función de la frecuencia (vibraciones por segundo) o longitud de onda la diferente gama de colores que compone la luz visible. Puedes observarlo en la imagen inferior.

Este conjunto de pequeñas partículas llamadas fotones que componen la luz, teóricamente adquieren la velocidad máxima que cualquier partícula del universo puede alcanzar en el vacio, siendo aproximadamente de 3 x 10 8 m/s, es decir en 1 segundo un foton daría casi 4,5 vueltas alrededor de nuestro planeta Tierra.

Esta velocidad es considerada como una constante universal y se utiliza entre otras cosas para indicar distancias astronómicas entre estrellas, galaxias o cúmulos, por ejemplo el planeta Venus está a una distancia de 0.000011 años luz, la estrella más cercana a nuestro planeta está aproximadamente a 4,3 años luz y la galaxia más lejana que actualmente se conoce está a unos 13.200 millones de años luz, sin duda el universo es extraordinariamente grande. 1 año luz equivale a la distancia que recorre un fotón en un año o lo que es lo mismo 9,46 billones de kilómetros.

que es la luz

Descubrimiento de la luz

Los antiguos filósofos griegos fueron los primeros en plantearse la naturaleza y origen de la luz, cuestiones como ¿porque vemos? o ¿porque una imagen cambia cuando la vemos a través del agua? intentaban ser contestadas mediante un planteamiento lógico y convincente. En el año 500 Antes de Cristo el filósofo griego Empédocles divulgó la primera teoría sobre la naturaleza de la luz, coloquialmente conocida como la teoría del faro, esta identificaba a la luz como rayos que emanaban de nuestros ojos chocando con los objetos permitiéndonos ver todo lo que nos rodea.

Tuvo que pasar 1500 años hasta que el matemático árabe Alhazen descubrió que los ojos no eran emisores de la luz sino receptores, Alhazen que disponía de una extraordinaria base matemática, fue el primer físico en investigar las propiedades de la luz como la reflexión y la refracción descubriendo que la luz se regía bajo unas leyes universales y que se podían se representadas mediante las matemáticas.

Refracción de la Luz

En el siglo XVII se entabló una gran batalla científica entre los diferentes físicos, matemáticos e intelectuales de la época, por un lado el gran físico y matemático Sir Isaac Newton demostró que la luz blanca está formada por un amplio rango de colores al cual llamó espectro, para ello hizo pasar un rayo de luz por un prisma, así mismo Newton afirmaba que la luz estaba formada por pequeñas partículas o corpúsculos, esta teoría corpuscular fue rechazada por otros físicos y matemáticos de la talla de Hooke o Hugens, los cuales defendían la naturaleza de la luz como una onda y no como una partícula.

Durante los siglos posteriores la teoría ondulatoria de la luz fue desplazando a la teoría corpuscular de Newton, propiedades intrínsecas de la luz como la interferencia, la reflexión, difracción y polarización eran representadas y explicadas con exactitud mediante el uso de las ondas. Pero a finales del siglo XIX el físico alemán Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico de la luz, siendo este imposible de explicarse mediante el uso de ondas, se necesitaba partículas o corpúsculos para explicarlo.

El gran físico y matemático Albert Einstein demostró que el efecto fotoeléctrico se podía explicar mediante el uso de pequeños corpúsculos (cuantos de energía) a los que llamó fotones, posteriormente los experimentos de doble rendija realizados por Thomas Young confirmaron la dualidad onda-partícula de la luz, había nacido la física cuántica y con ella había reconciliado las 2 teorías confirmando que la luz se comportaba al mismo tiempo como una partícula y como una onda.

Importancia de la luz

Sin lugar a dudas la luz ejerce una enorme influencia en todos los seres vivos de nuestro planeta, la vida vegetal y animal depende directamente de su presencia, procesos químicos como la fotosíntesis, la creación de la vitamina D o el simple reloj biológico que marca los procesos de actividad y descanso están estrechamente ligados a la presencia de la luz.

Miles de especies de plantas y organismos como árboles, algas o bacterias dependen directamente de luz solar para realizar el proceso de la fotosíntesis, transformando la luz en energía química que los nutre y les permite crecer y desarrollarse, la fotosíntesis es el proceso bioquímico más importante de nuestro planeta Tierra puesto que es la fuente de generación de oxígeno hacia la atmósfera así como mantiene el equilibrio alimenticio al permitir crecer plantas y vegetales que posteriormente serán alimento de otras especies.

La luz ejerce una enorme influencia en nuestras vidas, sin luz no tendríamos el sentido de la vista y no podríamos ver nada de lo que nos rodea. La vitamina D necesaria para nuestro organismo se produce gracias a la acción de la luz ultravioleta del Sol, transformando parte de nuestro colesterol en esta apreciada vitamina. El domino del fuego por parte de nuestros ancestros así como el desarrollo de la luz eléctrica ha permitido al hombre el desarrollo tecnológico que actualmente disponemos.

La duración del día y la noche viene delimitada por la presencia o ausencia de la luz, todas las plantas y seres vivos de nuestro planeta se encuentran regulados por este reloj biológico el cual nos indica cuando empezamos nuestra actividad diaria y cuando descansamos, por otro lado desde la antigüedad la luz ha definido indirectamente la duración de los días, meses y estaciones.

Incluso en las religiones de todo el mundo ha ejercido una gran influencia, los antiguos egipcios adoraban al dios Ra símbolo de la luz solar y fuente de la vida, millones de religiosos de todo el mundo se refieren a Dios como la luz creadora, la luz divina o la luz verdadera.

Por otro lado miles de estudios relacionan la ausencia de luz como causa del desánimo, apatía, estrés e incluso depresiones, los antiguos médicos griegos conocían de las propiedades curativas de la luz solar y fueron los precursores de los baños solares como medicina para curar diversas enfermedades de sus pacientes.


Propiedades de la luz

Algunas propiedades de la luz, como el color, la intensidad, dependen del tipo de fuente luminosa que las emita. No obstante, existen otras propiedades, como la reflexión y la refracción, que son comunes a todos los tipos de luz.

La reflexión: la luz cambia de dirección

Se propaga a gran velocidad y en todas direcciones.

Al situarnos ante un espejo, en una habitación iluminada, vemos nuestra imagen en él; es decir, nos vemos reflejados en el espejo. ¿A qué se debe esto? Los rayos de luz que entran por la ventana nos iluminan y llegan hasta el espejo. Al chocar con él cambian de dirección y vuelven hacia nosotros. Esto nos permite ver lo que iluminaban a su paso, es decir, nos vemos a nosotros mismos.

De la misma manera que una pelota choca contra una pared, rebota y cambia de dirección, los rayos luminosos, al chocar con una superficie como la del espejo, vuelven en una dirección distinta de la que llevaban. Este fenómeno se llama reflexión.

La reflexión de la luz es un cambio de dirección que experimenta la luz cuando choca contra un cuerpo.

La reflexión de la luz hace posible que veamos los objetos que no tienen luz propia.

Los espejos son cuerpos opacos, con una superficie lisa y pulida, capaces de reflejar la luz que reciben.

Hay dos tipos de espejos:

Espejos planos, que producen imágenes de la misma forma y tamaño que el objeto que reflejan.

Espejos esféricos, que producen imágenes de diferente tamaño al del objeto que reflejan.

Hay dos tipos de espejos esféricos:

Espejos cóncavos, como la parte interna de una cuchara. Si nos miramos en él, veremos nuestra imagen pequeña y hacia abajo, pero al aproximarnos mucho, la imagen aparece ampliada y hacia arriba.

Espejos convexos, como la parte externa de una cuchara. Producen imágenes más pequeñas que el objeto que reflejan, y siempre hacia arriba. Los retrovisores de los coches son espejos convexos y nos ayudan a ver más carretera.

Refracción de la luz.

La refracción: la luz cambia de velocidad

La luz no se propaga del mismo modo en el aire que en otro medio. Al cambiar de medio, la luz cambia de dirección y de velocidad. Este fenómeno se llama refracción. Por eso decimos que la luz se ha refractado.

La refracción de la luz es el cambio de dirección que sufre la luz cuando pasa de un medio a otro diferente, por ejemplo cuando pasa del aire al agua.

La refracción de la luz sirve para ver los objetos con una dimensión diferente de la real. Ello se consigue con el uso de las lentes.

Las lentes son cuerpos transparentes que refractan la luz, y pueden ser:

Convergentes o Divergentes

Estos efectos de la refracción de la luz se utilizan en algunos aparatos, como la lupa y el microscopio, que nos permiten ver los objetos aumentados. Los rayos luminosos se refractan en unos cristales especiales, de que están provistos estos aparatos, y de este modo podemos ver los objetos a un tamaño mucho mayor del que tiene en realidad.

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