Luz

¡Usamos la luz para ver!

La luz visible es parte del espectro electromagnético que nuestros ojos pueden ver:

Es solo una pequeña parte del espectro completo, ¿no es así?

Espectro visible

Luz visible: las longitudes de onda que son visibles para la mayoría de los ojos humanos.

Los colores principales, en orden, van Rojo, Naranja, Amarillo, Verde, Azul, Violeta
espectro de luz

Tal como vemos en este hermoso arco iris:
arcoiris

Longitud de onda

longitud de onda

La luz tiene una longitud de onda de aproximadamente 380 nm a 750 nm, dependiendo del color.

nm significa nanómetro, una mil millonésima parte de un metro.

Ejemplo: la luz roja tiene una longitud de onda de aproximadamente 700 mil millonésimas de metro (poco menos de una millonésima de metro). ¡Pequeña!

Los valores exactos pueden ser un poco distintos, pero aquí hay una guía aproximada:

Color Rango de longitud de onda (nm)
Rojo 620–750
Naranja 590–620
Amarillo 570–590
Verde 495–570
Azul 450–495
Violeta 380–450

Frecuencia

La frecuencia de la luz roja es de aproximadamente 400 THz (y la de la violeta es de aproximadamente 800 THz).

THz significa teraHertz , un billón de ciclos por segundo

Entonces, la luz roja vibra a unos 400 millones de millones de ciclos por segundo. ¡Rápido!

Una frecuencia más alta (con una longitud de onda más corta) tiene más energía:

rojo energía más baja, azul energía más alta

Velocidad de la luz

La luz viaja a casi 300,000,000 metros por segundo (para ser exactos: 299,792,458 metros por segundo) en el vacío.

Eso es 300 millones de metros por segundo, o:

A esa velocidad, la luz viaja:

Distancia   Tiempo
1 metro en 3.3 ns (3.3 mil millonésimas de segundo)
la vuelta al Ecuador en 134 ms (134 milésimas de segundo)
De la tierra a la luna en 1.3 s
De la superficie del Sol a la Tierra en unos 8 minutos

Es muy rápido, pero aún toma unos 8 minutos desde la superficie del Sol hasta la Tierra.

El símbolo de esta velocidad es c:

c ≈ 300,000,000 m/s

La luz puede viajar más despacio

Realmente no deberíamos llamarla velocidad de la luz , en primer lugar porque se aplica a todo el espectro electromagnético, a las ondas de gravedad y más. ¡Quizás podríamos llamarlo "Velocidad máxima"!

¡Pero también porque la luz solo viaja a esa velocidad en el vacío! Puede viajar más lento ...

Medio Rapidez
millones m/s
Vacío 299.8
Aire 299.7
Hielo 228
Agua 225
Etanol 220
Vidrio 205
Aceite de oliva 204
Diamante 123

La longitud de onda y la frecuencia están vinculadas

La longitud de onda y la frecuencia están relacionadas:

FrecuenciaVelocidad Longitud de onda

Longitud de ondaVelocidad Frecuencia

Suponiendo que la luz está en el vacío, la velocidad es la velocidad de la luz: 3 × 108 m/s

Probemos con un ejemplo simple (en este caso no una longitud de onda de luz):

Imagina una longitud de onda muy larga de 75,000 km

longitud de onda vs frecuencia

Frecuencia = 300,000 km/s 75,000 km

= 4 /s

= 4 Hz

Podemos encajar 4 de esas longitudes de onda en 300,000 km, por lo que vibra 4 veces en 1 segundo.

Entonces la frecuencia es de 4 Hz (4 por segundo)

O, al revés, si sabemos que vibra 4 veces por segundo podemos calcular su longitud de onda:

Longitud de onda = 300,000 km/s 4 /s

          = 75,000 km

Ejemplo: la luz azul tiene una longitud de onda de aproximadamente 480 nm (480 × 10-9 m)

Entonces la frecuencia es:

Frecuencia = 3 × 108 m/s 480 × 10-9 m

= 6.25 × 1014 /s

= 6.25 × 1014 Hz

Es decir, 625 TeraHertz

La luz viaja en línea recta

La luz viaja en línea recta hasta que golpea algo, o su trayectoria cambia por diferentes densidades o por gravedad.

rayos de luz en el bosque
La luz del sol sobre la carretera.
Las sombras también muestran que la luz viaja en línea recta. 

rayo de luz
Esta luz se va abriendo un poco y es esparcida por la atmósfera.

rayos láser
Rayos láser que hacen líneas rectas.

 

refracción en un bloque de plástico

Onda

La luz se comporta como una onda, por lo que puede:

Fotones

La luz también se comporta como paquetes de energía llamados fotones.

 

Entonces es como una partícula y también como una onda. Esto se llama "dualidad onda-partícula".

einstein

 

Einstein escribió:

"Parece que debemos usar a veces una teoría y a veces la otra, mientras que a veces podemos usar cualquiera de las dos".

Intensidad

La intensidad es la potencia por área , generalmente en vatios por metro cuadrado:

Intensidad = W/m2

Ejemplo: sol en una pequeña casa de 100 metros cuadrados

Se reciben alrededor de 150 a 300 vatios de energía del Sol por metro cuadrado .

Elijamos el número más pequeño:

Intensidad = 150 W/m2

¿Cuánta potencia es eso en todo el techo?

Potencia = 150 W/m2 × 100 m2

Potencia = 15,000 W

Entonces, una casa pequeña tiene alrededor de 15 kilovatios en su techo, que es varias veces más de lo que usa un hogar.

Pero eso es solo mientras el sol brilla, y solo alrededor del 20% puede ser capturado por paneles solares típicos.

Pero sigue siendo mucha energía del sol.

Cuadrado inverso

a mayor distancia menor brillo Inversamente proporcional al cuadrado:
se refiere a cuando un valor disminuye respecto
al cuadrado de otro valor.

Ejemplo: luz y distancia

Cuanto más lejos estamos de una luz, menos brillante es.

ley del cuadrado inverso: distancia = 1 área = 1 intensidad = 1, distancia = 2 área = 4 intensidad = 0.25, distancia = 3 área = 9 intensidad = 0.111 ...

El brillo disminuye respecto al cuadrado de la distancia.

Porque:

Polarización

La luz normalmente es libre de vibrar en cualquier dirección en ángulo recto con su trayectoria.

Pero la luz polarizada vibra en un solo plano:

polarizada vs sin polarizar
La luz se polariza parcialmente cuando
rebota en superficies como agua o vidrio.

Las lentes polarizantes pueden bloquear la luz de ese plano para reducir la luz reflejada y hacer que sea más fácil ver el agua:

imagen del agua con un lente polarizado
Izq: sin lente polarizadora. Der: con lente polarizadora

Fibra óptica

La luz y el infrarrojo, se pueden enviar a lo largo de cables de fibra óptica, llevando información codificada en la longitud de onda.

fibra óptica
Cables de fibra óptica

La luz permanece en el interior debido a una propiedad especial de la refracción: cuando el índice de refracción es más bajo en el exterior y el ángulo no es demasiado pronunciado, el haz de luz tiene una reflexión interna total en el interior:

fribra óptica
La luz rebota en las paredes dentro del cable.

Los cables de fibra óptica son mucho mejores que los cables eléctricos:

 

¡Refuerza tu aprendizaje resolviendo los siguientes retos sobre este tema! (Nota: están en inglés).

17760, 17763, 17764, 17766, 17767, 17761, 17762, 17765, 17768, 17769