La Luz

La luz es una onda

Al igual que el sonido y las olas en la superficie del mar, la luz es una onda, que se propaga, por lo que no corresponde a un «flujo» de materia sino a la transmisión progresiva de una «perturbación» que afecta temporalmente a un punto del espacio antes de que este punto transmita a su vez esta «perturbación» a los puntos cercanos y vuelva a su estado de equilibrio (a menos que sea afectado por una nueva onda), entonces cada nuevo punto alcanzado por la onda actúa de la misma manera y permite que la onda progrese…

  • En realidad, la mecánica cuántica (no incluida en el plan de estudios de 10º curso) nos enseña que la luz, como cualquier onda y como cualquier materia, puede describirse desde un punto de vista ondulatorio pero también desde un punto de vista corpuscular. En otras palabras, puede considerarse como una onda o como un flujo de partículas (en este caso fotones) que tienen una energía definida (cuantificada).
  • El término «perturbación» se refiere a la variación de un parámetro físico.

La luz es una onda periódica

La luz es una onda «periódica», lo que significa que las «perturbaciones» que se propagan se repiten de forma regular e idéntica. Por consiguiente, la luz es como cualquier otro fenómeno periódico caracterizado por un período (T) y una frecuencia (ν)

Además, como cualquier onda periódica, la luz también se caracteriza por su longitud de onda λ.

La frecuencia de un fenómeno periódico se anota generalmente «f», pero en el caso particular de la luz y las ondas electromagnéticas en general se ha decidido adoptar una notación particular: la letra griega nu (ν).

La luz es un fenómeno electromagnético

Las «perturbaciones» que se transmiten cuando la luz se propaga son magnéticas y eléctricas (para ser más precisos, son «campos» eléctricos y magnéticos, pero estas magnitudes sólo se estudiarán en el primer curso de secundaria). En consecuencia, la luz se describe como una onda electromagnética.

Frecuencias de la luz visible

La frecuencia de una luz visible está comprendida en un intervalo que va de 385 THz (TeraHertz) a 789 THz, es decir, de 0,385 PHz (PetaHertz) a 0,789 PHz o de 3,85.1014 Hz a 7,89.1014 Hz

Los límites de estos intervalos pueden variar en algunas decenas de Thz dependiendo de la fuente, el espectro de la luz es continuo no hay una frontera clara entre los dominios visibles e invisibles al igual que no hay una frontera clara entre los diferentes colores que componen el espectro visible.

La frecuencia de una luz corresponde a la inversa de su periodo, por lo que es posible deducir su valor mediante la siguiente relación:

f = 1/T

donde la frecuencia f está en Hertz y el periodo en segundos.

La frecuencia de una onda electromagnética también puede expresarse como el cociente de la celeridad «c» de esta onda por su longitud de onda, por lo que puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

f = c / λ

donde la frecuencia está en Hertz, la velocidad en metros por segundo y la longitud de onda en metros.

Períodos de luz visible

La luz visible se caracteriza por tener un periodo de entre 1,27,10-15 s y 2,60,10-15 s, es decir, de 1,27 a 2,60 femtosegundos (fs)

La misma observación que para el intervalo de frecuencia (y el intervalo de longitud de onda): los límites de este intervalo difieren ligeramente según las fuentes de información.

El período de la luz visible es el inverso del período y, por lo tanto, se puede calcular a partir de la relación
T = 1/f
donde el periodo está en segundos, la frecuencia en Hertz

El período también corresponde a la relación entre la longitud de onda y la velocidad de la onda, es decir, la relación
T = λ /c
donde el periodo está en segundos, la longitud de onda en metros y la velocidad en metros por segundo.

Longitudes de onda de la luz visible

La longitud de onda de la luz visible está en el rango de 380 nm a 780 nm, es decir, de 0,380 μm a 0,780 μm o de 3,80,10-7 m a 7,80,10-7 m

Dependiendo de la fuente, este intervalo puede diferir en algunas decenas de nanómetros tanto para el límite inferior como para el superior, y en aras de la simplicidad, a veces se utiliza un intervalo de 400 nm a 800 nm.

Las longitudes de onda más cortas de esta gama corresponden a los colores azul y violeta, mientras que las más largas coinciden con el color rojo.

La longitud de onda de una luz se puede determinar a partir de su periodo mediante la relación
λ = c. T

donde la longitud de onda λ está en metros, la velocidad de la luz está en metros por segundo y el periodo está en segundos

La longitud de onda también se puede calcular a partir de su frecuencia mediante la fórmula

λ = c/ ν
donde la longitud de onda está en metros, la velocidad en metros por segundo y la frecuencia (ν) en hercios.

Correspondencia entre la frecuencia, el periodo y la longitud de onda de la luz visible

Como ya se ha mencionado, las variaciones de color dentro del espectro visible son continuas y, por lo tanto, no hay un límite claro entre los diferentes colores y los intervalos que se proporcionan aquí pueden diferir ligeramente de los de otras fuentes.

ColorFrecuencia (fs – .10-15s)Frecuencia (fs – .10-15s) Frecuencia (nm – .10-9m)
Violeta1,27 – 1,50668 – 789380 – 450
Azul1,50 – 1,65606 – 668450 – 495
Verde1,65 – 1,90526 – 606495 – 570
Amarillo1,90 – 1,97508 – 526570 – 590
Naranja1,97 – 2,07484 – 508590 – 620
Rojo2,07 – 2,60385 – 484620 – 780

 

Luz monocromática

Se dice que una luz es monocromática si es una luz coloreada pura caracterizada por una sola longitud de onda.

Las fuentes de luz monocromáticas son raras, el mejor ejemplo es el láser.

Luz policromática

La luz policromática consiste en una mezcla de ondas electromagnéticas con diferentes (al menos dos) longitudes de onda.

La luz blanca es necesariamente policromática, al igual que la luz procedente de fuentes calientes (llama, material incandescente).

¿Por qué la luz es visible?

La luz que llamamos visible sólo corresponde a una gama reducida de frecuencias, fuera de la cual hay otras ondas que no son perceptibles para el detector óptico del ojo humano. El ojo humano utiliza células sensibles a la luz que recubren su retina y que son capaces de reaccionar a la llamada radiación visible, pero no a otras radiaciones. La evolución biológica ha favorecido la percepción de la luz con longitudes de onda que van de unos 380 nm a 780 nm simplemente porque nuestra estrella (el Sol) emite una radiación cuya máxima intensidad luminosa corresponde a una longitud de onda de 500 nm, que se encuentra aproximadamente en el centro de la gama de la luz visible. Es probable que si nuestra estrella hubiera sido más caliente y hubiera tenido un máximo de intensidad en una longitud de onda más corta, el espectro visible se hubiera desplazado a longitudes de onda más cortas (hacia el ultravioleta).

Más allá de la gama de longitudes de onda de la luz visible hay ondas electromagnéticas que no se pueden percibir:

  • El infrarrojo, que tiene frecuencias más bajas que el rango visible y, en particular, el color rojo (de ahí su nombre)
  • Las ondas ultravioletas, que tienen frecuencias más altas que las de la gama visible y, en particular, las del color violeta (de ahí su nombre)