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Naturaleza de la luz



La evolución de la teoría sobre la naturaleza de la luz es una de las más apasionantes de las historia de la física. La lucha entre la concepción corpuscular y ondulatoria de la luz, se presentan como contradictorias y expuestas por fenómenos experimentales.

Hipótesis corpuscular de Isaac Newton

Supone que la luz estaría constituida por un flujo de particular materiales emitidas por el foco luminoso, que se propagan en línea recta en un medio homogéneo. Los corpúsculos saldrían del foco emisor como los proyectiles de una ametralladora. Esta síntesis explicaría los fenómenos de reflexión, refracción y dispersión. No contempla sin embargo, los fenómenos de interferencia, difracción y polarización.


Esquema de corpúsculos de luz.

Teoría ondulatoria

Christian Huyghens, apoyándose en el descubrimiento de del fenómeno de difracción por Grimaldi, propuso por primera vez la teoría ondulatoria de la luz, admite la existencia del éter como medio de propagación de las ondas. Esta teoría abordaría satisfactoriamente los fenómenos de difracción, reflexión, dispersión y refracción, pero no aclara el hecho fundamental de la propagación rectilínea de la luz.

Fresnel, apoyado en los trabajos de Huyghens, demuestra la propagación rectilínea de la luz. Fresnel introduce la idea del movimiento periódico y el principio de las interferencias, según el cual dos movimientos vibratorios pueden destruirse. Fresnel admite que las ondas luminosas son transversales y explica, mediante esta interpretación, la polarización y todos los demás fenómenos de interferencia luminosa.

La mecánica ondulatoria triunfó sobre la teoría emisiva, cuando Foucault en 1850 demostró que le velocidad de la luz es mayor en el aire que en el agua.


Laser Atravesando un Prisma.

Teoría electromagnética

James Maxwell descubre que los rayos luminosos se hallan constituidos por variaciones periódicas de un campo eléctrico y de un campo magnético engendrado mutuamente, esta teoría fue demostrada 20 años después por Einrich Hertz. Con esta teoría Maxwell liga la naturaleza de la luz a la electricidad, pues demuestra que las ondas luminosas no son vibraciones de naturaleza mecánica sino eléctrica.


Diagrama de la polarización de la luz.

La teoría de las ondas electromagnéticas comprende desde ondas telegráficas, rayos infrarrojos, luz visible, rayos x, rayos gamma, ultravioleta hasta llegar a los rayos cósmicos, lo que diferencia una de otra es la frecuencia y la longitud de onda.

Dualidad onda-partícula

A comienzos del XIX se descubrieron nuevos fenómenos que obligaron a los físicos a retomar la teoría corpuscular de la luz. Uno de lo más impactantes fenómenos es el efecto fotoeléctrico el cual no pudo ser explicado por la teoría ondulatoria. Albert Einstein supuso que la energía radiante está dividida en paquetes pequeños y que los focos luminosos los lanzan en todos los sentidos. A estos paquetes pequeños los llamó fotones. Esta teoría explicaba el efecto fotoeléctrico pero no explicaba los fenómenos de interferencia, difracción y polarización.

Louis Broglie unifica la teoría de ondas y partículas, él propuso que toda radiación corpuscular tiene asociada una onda. Cada corpúsculo de masa m que se mueve a una velocidad v va acompañado de una onda vibratoria de frecuencia tal que se cumple la relación:

m·v=h· f

En la que h es la denominada constante de Plank, equivalente a 6,55?x10?(-27) erg y f es la frecuencia de la onda asociada.

La teoría de Broglie ha sido la base de la mecánica ondulatoria moderna, desarrollada por Schrödinger, Heisenberg y Dirac.



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