Cómo viaja la luz

Un rayo de luz es una forma de energía constituida por partículas llamadas fotones, viaja en forma de ondas electromagnéticas. Dependiendo de su longitud y frecuencia algunas de las ondas puedes verlas y otras no.

La longitud de onda se refiere a la distancia entre dos puntos iguales en una perturbación periódica. Mientras que la frecuencia de onda es el número de perturbaciones por unidad de tiempo de dicha onda.

El efecto o impacto entre estas dos magnitudes es inverso. Es decir, la alteración o cambio de una de ellas modifica de manera opuesta a la otra. Cuando aumenta la frecuencia disminuye la longitud de onda y viceversa.

Esta relación puede verse de una manera más simple al representar una onda como una línea ondulada. Si aumenta la magnitud, la distancia entre las oscilaciones es mayor lo que significa menos oscilaciones en un mismo tiempo.

¿Qué quiere decir espectro electromagnético?

El rango completo de luz se llama espectro electromagnético y comprende todas las frecuencias de onda conocidas.
Nos referimos a la luz que vemos como “luz visible”. Usualmente corresponde al espectro de longitud entre 400 y 700 nanómetros. Aunque es conocido que algunos ojos humanos pueden ver ondas con longitudes hasta de 380 y 770nm.

Sciencing.com explica que James Maxwell describía la luz como una forma de energía electromagnética que viajaba en ondas. Estas ondulaciones transportan energía desde su fuente hacia su entorno en forma de paquetes llamados “cuantos”.

Por esta razón se dice que la luz es una fuente de energía “cuantizada”, ya que puede medirse. Si se desplazan en el vacío las ondas viajan a 299.792 km por segundo, como pauta general suele aproximarse a 300.000 km por segundo.

El viaje de la luz del sol hasta la tierra dura alrededor de 8,2 minutos. Debido a la gran distancia que debe recorrer antes de alcanzar la Tierra.

Las ondas de luz

Las ondas de luz pueden ser grandes o chicas y su tamaño determina el tipo y color de luz. Algunas son tan pequeñas que en realidad si las pudiéramos ver se apreciarían como líneas rectas.

La luz blanca resulta de la combinación de todos los colores de los distintos tipos de luz. Cualquier rayo de luz puede descomponerse por medio de un proceso llamado difracción de la luz.

La difracción permite saber cuántos y cuáles colores componen un rayo de luz que esté siendo emitido por una fuente. Isaac Newton descubrió las ondas de luz infrarrojas gracias a este fenómeno de la luz.

Fueron nombradas así debido a que se encuentran por debajo de las ondas de luz roja dentro del espectro electromagnético.

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¿Cómo se mueve la luz?

La luz sólo se mueve en líneas rectas en absoluto vacío, es decir, cuando no viaja a través de un medio. Las ondas de luz pueden pasar a través de un medio y dependiendo de su composición éste puede provocar ondulaciones.

Las ondas de luz pueden desplazarse a través de gases como el aire, líquidos como el agua, o materiales diversos como un vidrio u otros medios. El paso a través de un medio puede afectar la velocidad y dirección de las ondas.

Cuando la luz viaja a través de un líquido, tal como el agua, disminuye su velocidad hasta unos 225.000 km por segundo. En el sitio web Molecular Expressions puedes encontrar fascinantes imágenes de microscopio y muchos otros datos.

La luz varía su velocidad según el “índice refractivo” del material que atraviesa, aumentando su frecuencia y disminuyendo su longitud.

Producto del ángulo de refracción es que apreciamos cómo un lápiz parece inclinado cuando se le coloca dentro de un vaso con agua.

También un láser apuntando a un vaso con agua muestra una trayectoria distinta en la parte sumergida en el agua.

Sólo en los espacios donde no hay interferencia en su movimiento las ondas de luz pueden viajar a máxima velocidad. Esto debido a la ausencia de materia en lo que es llamado por los expertos “vacío espacial”.

El viaje de la luz en el espacio

Cuando pasa desde el Sol hasta la Tierra, la luz viaja más rápido porque no atraviesa ningún medio, pues se trata del vacío espacial.

Cuando las ondas de luz pasan a través de una sustancia oscura y gruesa. Como por ejemplo el agua o el aceite, el movimiento es más lento.

Estos rayos de energía y luz que viajan a través del espacio son comúnmente llamados rayos cósmicos.

Algunos emisores están tan lejos de la tierra que incluso con altas velocidades la luz tarda mucho tiempo en llegar. Algunos rayos de luz suelen tardar muchos años en llegar a la tierra.

De ahí que se haya creado la medida “año luz”. Para describir la distancia desde un cuerpo en el espacio hasta la tierra.

Es importante destacar que el año luz es una medida de distancia, no de tiempo como podría suponer su nombre. Está llamada así por ser la representación de la distancia recorrida por un rayo de luz en un año.

Un año luz equivale a 9.460.730.472.580,80 km, o 9,461 x 10^12 es decir, la luz recorre esa cantidad de kilómetros en un año. Aunque parece una cifra impresionante se queda corta con las medidas cósmicas del universo observable.

Es por esto que según las investigaciones, muchos de los emisores de luz del espacio posiblemente ya no existen. Lo que vemos es simplemente la luz que emitieron hace millones de años que aun sigue viajando por el espacio.

En el caso del Sol que es nuestra estrella más cercana tarda aproximadamente 8 minutos en llegar. Pero cualquier estrella que se encuentre a millones de años luz tardará mucho más tiempo en culminar su viaje.

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¿Por qué vemos objetos de distinto color?

Algunas ondas pueden ser absorbidas por el medio si este tiene un color muy oscuro en su superficie. Esta característica del color de todos los cuerpos se explica mediante una teoría llamada radiación de cuerpo negro.

Dicha teorización explica que el color de los cuerpos depende de la cantidad y tipo de luz al que son expuestos. De este modo un cuerpo absorbe los rayos de luz que su material no posee y expulsa los demás.

Esta luz expulsada por el cuerpo es la que da el color que vemos en ese objeto. Un objeto verde absorbe la luz de todos los colores exceptuando la verde, dando como resultado que veamos ese color.

La teoría de la radiación del cuerpo negro es aplicable para todos los colores que podemos observar en cualquier objeto. Por esta razón los objetos oscuros absorben más luz que los claros y por consiguiente más energía.

Absorben todos los colores sin reflejar ninguno, dando como resultado la ausencia de color mejor conocida como “negro”. Un ejemplo de ello es la poca luz que refleja la ropa negra cuando las ondas son absorbidas por ella.

Además de absorber, los cuerpos pueden reflejar y desviar la luz que reciben, la luz rebota permitiéndonos verla indirectamente. Este principio de la luz es utilizado en la astronomía para los llamados telescopios de refracción.

Permitiendo ver la luz que es reflejada en un espejo y luego en un lente para así aumentar su enfoque. Al contrario que en el caso anterior los cuerpos que más luz reflejan son aquellos que tienen un color blanco.

De este modo, se puede suponer que para un día caluroso siempre es mejor vestir de blanco. De esta teoría también surge el principio que describe el estiramiento de las ondas electromagnéticas cambiando su longitud.

¿Por qué los objetos que están más lejanos en el espacio  se ven rojos?

Este efecto es llamado “corrimiento al rojo” y explica que la luz emitida por un cuerpo en movimiento afecta su longitud. Al igual que pasa con las ondas de sonido de emisores alejándose que alteran su tono y su volumen.

Las ondas de luz que viajan hacia nosotros desde un emisor que se aleja se ven más rojas. Y las que se alejan se verán de un tono más azul en el espectro electromagnético.

Tal efecto fue descubierto al observar galaxias que se alejaban de la Tierra, cuyo color siempre tendía a ser rojo. Las ondas de luz tienen dos tipos de desviación al chocar con un objeto, se pueden reflejar o refractar.

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Reflexión y fracción de las ondas de luz

La refracción es el cambio de dirección de los rayos de luz al ver alterada su velocidad. Esta ocurre cuando la luz atraviesa un medio y dependiendo de su índice refractivo.

Esta característica de la luz puede hacer que un objeto se vea más cerca de lo que realmente está. Es utilizado en la creación de los cristales de lentes, telescopios, binoculares y otros instrumentos de visión.

También puedes observar este curioso efecto en una piscina que se ve menos profunda de lo que realmente es.

La reflexión por su parte, ocurre cuando la onda de luz rebota en algo, como por ejemplo, un espejo.

La luz rebota en el espejo y cambia su dirección según el ángulo con el que llegó al objeto. Cuando miras objetos a tu alrededor, la luz rebota en los objetos y luego lo puedes ver con tus ojos.

Es así cómo puedes observar al objeto. La luz también puede rebotar en particular en el aire.

El rebote de la luz en partículas de agua en el aire. Explica cómo un rayo de luz solar puede ser visto en un día con niebla. O también cómo un arcoíris aparece en un día lluvioso.

Es por esto que en el atardecer la luz del sol que vemos blanca toma ese color rojizo o naranja. Por su posición respecto al observador, la luz debe recorrer más atmósfera y por consiguiente más aire.

Este recorrido mayor ocasiona que la luz cambie su color y se torne cada vez más roja. Una consecuencia de este efecto se evidencia cuando observamos una atmósfera contaminada, se afecta la velocidad de la luz.

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¿Por qué cambia la coloración de la luz del Sol?

La luz se verá cada vez más roja mientras mayor sea la contaminación. En los lugares menos contaminados la luz cambia menos su tono común.

Además de este efecto luminoso, la temperatura del medio por el que pasa la luz también es un factor a considerar. El aire a diferentes temperaturas puede llegar a curvar la luz que pasa a través de él.

Como cuando en un día caluroso el aire está tan caliente que crea el espejismo de agua frente a ti. La temperatura del aire desvía las partículas suspendidas curvando la imagen y creando formas que no existen.

Otro ejemplo simple es la diferencia entre una estrella y un planeta en una noche despejada. Cuando observamos una estrella que brilla con mucha intensidad la forma de diferenciarlas es por su intermitencia.

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¿Por qué titila la luz de una estrella?

La luz emitida por un planeta viaja menos distancia que la luz emitida por una estrella. Debido a que está más cerca. Esto significa que las partículas de luz viajan muy juntas y por lo tanto se ven de forma continua.

Las diferentes temperaturas en la atmósfera desvían los rayos de luz pero es apenas perceptible para el ojo humano. La luz de los planetas es continua, parecido a una lámpara, por esta razón no titila como una estrella.

En cambio la luz de las estrellas titila debido a la distancia tan abismal entre la fuente y el receptor. La luz de las estrellas siempre titila y lo hace con más frecuencia mientras más lejana se encuentre la estrella.

Las partículas de luz están más distantes y debido a los cambios de temperatura en el aire algunas se desvían. Al estar más separadas es más notable el número de partículas luminosas que no llegan a los ojos del espectador.Este método lo puedes utilizar en una noche estrellada para reconocer cuando se trata de un planeta o una estrella.

Las ondas de luz también pueden pasar de un medio a otro cuando esto ocurre, algunas ondas pueden curvarse. Como el caso del lápiz cuando se lo ubica dentro de un vaso con agua, lo cual, causa que luzca distorsionado.