Luz

Te explicamos todo sobre la luz, la historia de su estudio, cómo se propaga y otras características. Además, luz natural y artificial.

¿Qué es la luz?

Lo que llamamos luz es la parte del espectro electromagnético que puede ser percibido por el ojo humano. Existen, aparte de la luz, diversas formas de radiación electromagnética en el universo, que se propaga por el espacio y transporta energía de un lugar a otro (como la radiación ultravioleta o los rayos x), pero a ninguna de ellas podemos percibirlas naturalmente.

La luz visible está compuesta por fotones (del vocablo griego phos, “luz”), un tipo de partículas elementales que carecen de masa. Los fotones se comportan de manera dual: como ondas y como partículas. Esta dualidad dota a la luz de propiedades físicas singulares.

La óptica es la rama de la física que estudia la luz, sus propiedades, comportamiento, interacción y sus efectos sobre la materia. Sin embargo, la luz es el estudio de muchas otras disciplinas como la química, la relatividad general o la física cuántica, entre otras.

Ver además: Materia oscura

Historia de la luz

La naturaleza de la luz ha intrigado a la raza humana desde siempre. En la antigüedad se la consideraba una propiedad de la materia, algo que emanaba de las cosas. También se la vinculaba con el Sol, el astro rey en la mayoría de las religiones y cosmovisiones de la humanidad primitiva y, por lo tanto, también con el calor y con la vida.

Los antiguos griegos entendían la luz como algo cercano a la verdad de las cosas. Fue estudiada por filósofos como Empédocles y Euclides, quienes ya habían descubierto varias de sus propiedades físicas. A partir del Renacimiento europeo, en el siglo XV su estudio y aplicación a la vida humana tomó un gran impulso, con el desarrollo de la física moderna y de la óptica.

Posteriormente, el manejo de la electricidad permitió la iluminación artificial de los hogares y ciudades, dejando de depender del Sol o de la quema de combustibles (lámparas de gasoil o kerosén). Así se sembraron las bases de la ingeniería óptica que se desarrolló en el siglo XX.

Gracias a la electrónica y la óptica fue posible el desarrollo de aplicaciones para la luz que siglos atrás habrían sido impensables. Aumentó nuestra comprensión de su funcionamiento físico, en parte gracias a las teorías cuánticas y al enorme avance en la física y la química que tuvo lugar gracias a ellas.

Gracias a la luz y su estudio existen tecnologías tan dispares como el láser, el cine, la fotografía, el fotocopiado o los paneles fotovoltaicos.

Características de la luz

La luz es una emisión ondulatoria y corpuscular de fotones, es decir, al mismo tiempo se comporta como si estuviera hecha de ondas y de materia.

Se desplaza siempre en línea recta, a una velocidad definida y constante. La frecuencia de las ondas lumínicas determina el nivel de energía de la luz, y  es lo que diferencia a la luz visible de otras formas de radiación.

Aunque la luz en general (tanto del Sol como la de una lámpara), se vea blanca, contiene ondas con longitudes de onda que corresponden a cada color del espectro visible.

Eso puede evidenciarse al apuntarla a un prisma y descomponerla en los tonos del arcoíris. Que un objeto tenga un color particular es consecuencia de que el pigmento del objeto absorbe ciertas longitudes de onda y refleja otras, reflejando la longitud de onda del color que vemos.

Si a un objeto lo vemos blanco es porque el pigmento refleja toda la luz que se emite sobre él, todas las longitudes de onda. Si, en cambio, lo vemos negro es porque absorbe toda la luz y no se refleja nada, no vemos nada, es decir, vemos negro. Los colores del espectro perceptible por nuestro ojo van desde el rojo (700 nanómetros de longitud de onda) hasta el violeta (400 nanómetros de longitud de onda).

Propagación de la luz

La luz se propaga en línea recta y a una velocidad de 299.792.4458 metros por segundo en el vacío. Si le toca atravesar medios densos o complejos, se mueve a velocidades menores.

El astrónomo danés Ole Roemer hizo la primera medición aproximada de la velocidad de la luz en 1676. Desde entonces, la física ha afinado enormemente los mecanismos de medición.

El fenómeno de las sombras también tiene que ver con la propagación de la luz: al impactar contra un objeto opaco, la luz proyecta su silueta sobre el fondo, delineando la porción bloqueada por el objeto. Existen dos grados de sombra: una más luminosa, llamada penumbra; y otra más oscura, llamada umbra.

La geometría ha sido una herramienta importante a la hora de estudiar la propagación de la luz o de diseñar artefactos para obtener determinados efectos, por ejemplo, el telescopio y el microscopio.

Fenómenos de la luz

Los fenómenos de la luz son alteraciones que experimenta al someterse a determinados medios o determinadas condiciones físicas. Muchos de ellos son visibles a diario, incluso si no sabemos bien cómo operan.

• La reflexión. Al impactar sobre determinadas superficies, la luz es capaz de “rebotar”, es decir, de cambiar su trayectoria describiendo ángulos determinados y predecibles. Por ejemplo, si el objeto sobre el que impacta con cierto ángulo es liso y posee propiedades reflectivas (como puede ser la superficie de un espejo), la luz se reflejará formando un ángulo igual al incidente, pero en dirección contraria. Es así como funcionan los espejos.
• La refracción. Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro, con diferentes densidades se da un fenómeno conocido como «refracción». El ejemplo clásico lo constituye el paso de la luz entre el aire (menos denso) y el agua (más densa), cosa que puede evidenciarse al introducir un cubierto en un vaso con agua y notar cómo la imagen del cubierto parece interrumpirse y duplicarse, como si hubiera un “error” en la imagen. Esto se debe a que el agua cambia la dirección de propagación al pasar de un medio al otro.
• La difracción. Cuando los rayos de luz rodean a un objeto o pasan a través de aberturas en un cuerpo opaco, experimentarán un cambio en su trayectoria, produciendo un efecto de apertura, como ocurre con los faros de un automóvil durante la noche. Este fenómeno es propio de todas las ondas.
• La dispersión. Esta propiedad de la luz es la que nos permite obtener el espectro de color completo al dispersar el haz de luz, es decir, es lo que ocurre cuando la hacemos atravesar un prisma, o lo que ocurre cuando la luz atraviesa las gotas de lluvia en la atmósfera y genera así un arcoíris.
• La polarización. La luz está compuesta por oscilaciones del campo eléctrico y magnético que pueden tener distintas direcciones. La polarización de la luz es un fenómeno que ocurre cuando, por ejemplo, por medio de un polarizador (como pueden ser los anteojos de sol) se disminuyen las direcciones de oscilación de manera que la luz se propaga con menos intensidad.

Luz solar y luz artificial

La fuente de luz tradicional de la humanidad ha sido la proveniente del Sol, que nos irradia constantemente con luz visible, calor, luz ultravioleta y radiaciones de otros tipos.

La luz solar es indispensable para la fotosíntesis y para mantener la temperatura del planeta dentro de rangos compatibles con la vida. Es semejante a la luz que observamos de las otras estrellas de la galaxia, aunque se encuentren a miles de millones de kilómetros de distancia,.

Desde épocas muy tempranas el ser humano ha intentado imitar esa fuente de luz natural. Inicialmente lo hizo mediante el dominio del fuego, con antorchas y fogatas que requerían de materiales combustibles y eran poco duraderas.

Posteriormente utilizó velas de cera que ardían de manera controlada, y mucho después creó farolas que quemaban aceite u otros hidrocarburos, dando origen a la primera red de iluminación urbana, que luego fue reemplazada por gas natural. Eventualmente se llegó al uso de electricidad, su versión más segura y eficaz.

Sigue con: Teoría del color

Referencias

• “Luz” en Wikipedia.
• “La luz” en Recursos CITECEA de la Universidad Politécnica de Cataluña (España).
• “¿Qué es la luz?” (video) en Física Al Límite.
• “¿Qué es la luz?” en Biblioteca Digital del Instituto Latinoamericano de Comunicación Educativa (ILCE).
• “¿Qué es la luz?” (video) en Kurzgesagt.
• “What is light – Physics” (video) en The Real Physics.
• “Light (physics)” en The Encyclopaedia Britannica.