5 cosas que todo ser humano debería saber sobre la luz
2015 es el Año Internacional de la Luz (pero el año universal de la luz es el 2533). Creo que todos estamos de acuerdo en que la luz es muy importante en casi todos los aspectos de nuestra vida. Pero, ¿cuáles son las cosas clave que todo ser humano debería saber sobre ella? Vale, voy a dejar pasar a los humanos menores de 7 años. Los niños más pequeños probablemente sepan muchas cosas sobre la luz (ya que la usan todo el tiempo), pero no nos preocupemos por ellos por ahora. Así que, si tienes más de 7 años, presta atención.
La luz es una onda
¿Qué es una onda? Empecemos con un ejemplo. Lanza una piedra a un charco y verás algo así:
La piedra produce una perturbación en el agua (una ondulación). Esta perturbación se mueve radialmente hacia afuera desde el lugar donde la roca golpeó. Es la perturbación la que se desplaza hacia fuera, no las moléculas de agua, que sólo se mueven hacia arriba y hacia abajo. Puedes hacer algo parecido con un trozo de cuerda. Colócalo en el suelo y sigue agitando un extremo. La perturbación viaja hacia abajo de la cuerda (una cuerda pesada funciona mejor).
Veamos el caso de una onda que viaja hacia abajo de una cuerda. Hay 4 propiedades que podrías considerar:
Estas 4 propiedades son:
- Amplitud: es el tamaño del desplazamiento de la perturbación. Las unidades para la amplitud dependen del tipo de onda. Para una cuerda, las unidades serían metros.
- Velocidad de la onda: si se observara un desplazamiento, se estaría moviendo. La velocidad de la ola es la velocidad (parece redundante). La unidad de la velocidad de la onda son los metros por segundo.
- Longitud de onda: es la distancia de una perturbación a la siguiente medida en metros
- Frecuencia: si contaras cuántas ondas pasan por un punto estacionario en cada segundo, esa sería la frecuencia (en ciclos por segundo o Hertz).
Las tres últimas propiedades están relacionadas. La velocidad de la onda es igual al producto de la longitud de onda y la frecuencia.
Entonces, la luz es una onda. Esto significa que tiene todas las propiedades anteriores y puede hacer cosas de onda como:
- Expandirse e irradiar en todas direcciones (como una bombilla o las ondas en el agua causadas por una roca).
- Interferir con otras ondas.
- Doblarse en las esquinas (sí, la luz hace esto – pero es difícil de ver).
- Transportar energía y momento.
- Interactuar con la materia.
La luz hace todas estas cosas.
La luz es una onda electromagnética
Puedes hacer tu propia onda. Coge un alargador largo y extiéndelo en el suelo. Ahora dale a un extremo una sacudida vertical. Deberías obtener algo como esto (este gif está en cámara lenta):
Ahora quita el alargador y repite la demostración. Sí, no pasa nada. Si no tienes un medio para que la onda viaje, no hay onda. ¿Pero qué pasa con la luz? La luz es una onda, ¿verdad? Sí, efectivamente (como he descrito anteriormente). Entonces, ¿cómo viaja la luz a través del espacio vacío cuando va del Sol a la Tierra? ¿Cuál es el medio para una onda de luz?
Resulta que hay dos cosas importantes sobre los campos eléctricos y magnéticos. Primero, aquí hay un cable que lleva corriente eléctrica sobre un compás magnético. La corriente eléctrica crea un campo magnético que hace girar la aguja de la brújula.
Pero ni siquiera hace falta una corriente eléctrica para crear campos magnéticos. Resulta que un campo eléctrico cambiante también hará un campo magnético. Aquí tenemos una bobina de cable conectada a una bombilla (sin batería). Cuando se coloca sobre este campo magnético cambiante, se crea el campo eléctrico cambiante que impulsa una corriente.
Así que tenemos un campo eléctrico cambiante que crea un campo magnético y un campo magnético cambiante crea un campo eléctrico. Si se juntan estas dos ideas, se pueden crear dos ondas (una de campo eléctrico y otra de campo magnético) que hacen que la otra se propague. Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio porque, en cierto sentido, son su propio medio.
Las diferentes longitudes de onda de la luz interactúan de forma diferente con la materia
En primer lugar, está el espectro electromagnético. Se puede hacer una onda electromagnética de todas las diferentes longitudes de onda – desde más de 1 metro (ondas de radio) a menos de 10 picómetros (rayos gamma – pero siguen siendo ondas). Aquí está la clasificación común del espectro electromagnético yendo de las grandes longitudes de onda a las pequeñas.
- Radio
- Microondas
- Infrarrojos
- Luz visible
- Ultravioleta
- X-(pero son ondas)
- Rayos gamma
Todos ellos son ondas electromagnéticas y viajan a la misma velocidad (la velocidad de la luz). Sin embargo, tienen diferentes interacciones con la materia. Si estás en el interior, tu teléfono móvil puede seguir recibiendo datos de una torre de telefonía móvil, ya que estas ondas de radio atraviesan la mayoría de las paredes. ¿Puede ver a través de las paredes? No. La luz visible no atraviesa la mayoría de las paredes. Los rayos X atraviesan la mayoría de la piel, pero no se puede ver (con luz visible) a través de la piel – eso sería simplemente extraño.
Técnicamente la interacción con la luz y la materia depende de la frecuencia de la luz – pero como la frecuencia y la longitud de onda están relacionadas, podemos hablar simplemente de la longitud de onda.
Ves cosas cuando la luz entra en tu ojo
Ok, esto no es sólo sobre la luz, sino también sobre cómo funcionan los humanos.
Hay dos formas en las que la luz podría entrar en tu ojo. En primer lugar, podría haber una fuente de luz (como una bombilla) que crea la luz. Esta luz entonces viaja a su ojo y BOOM – su cerebro interpreta esta señal como luz. La otra forma (más común) es ver las cosas por la luz reflejada. Supongamos que estás mirando un lápiz. La luz (de algún lugar) se refleja en el lápiz y luego en su ojo.
¿Pero qué pasa si no hay luz que entre en tu ojo? ¿Qué pasa si estás en un lugar sin ninguna fuente de luz? En ese caso, percibes el color negro. En realidad, esta puede ser una pregunta divertida. Pregúntale a alguien esto:
¿Has estado alguna vez en un lugar sin absolutamente ninguna luz? (la mayoría de la gente no lo ha hecho) Si estás en una habitación que está completamente oscura, ¿qué verías? ¿Qué pasa después de esperar mucho, mucho tiempo?
Una de las respuestas más comunes es que lo verás todo negro – al principio. Estos humanos también dirán que después de algún tiempo tus ojos se ajustarán y entonces verás algo. La respuesta correcta es que sólo verás negro – para siempre. Si no hay luz que entre en tu ojo, sólo verás negro. La idea común se basa en una experiencia común. Normalmente, si estás en una habitación oscura, tus ojos se adaptan. Sin embargo, esto sólo funciona en habitaciones con un poco de luz – y casi siempre hay al menos un poco de luz.
Todos los objetos producen luz
Tal vez debería decir que todos los objetos crean ondas electromagnéticas – lo hacen. Veamos un ejemplo de tu casa. Vaya a su cocina y encienda la estufa a fuego alto (suponiendo que tenga una estufa eléctrica). Ahora observa cómo se calienta (pero no la toques).
Al final, el elemento de la estufa se calentará tanto que brillará con un color rojizo bajo (rojo vivo). Pero en realidad, el elemento estuvo produciendo luz todo el tiempo. Es sólo que a bajas temperaturas la luz electromagnética está en una longitud de onda que no puedes ver – está en el espectro infrarrojo.
La mayoría de las cosas que ves a tu alrededor emiten radiación EM (electromagnética) en el espectro infrarrojo – así que no puedes verlo. Bueno, en realidad puedes verlo indirectamente si tienes una impresionante cámara infrarroja (para tu teléfono). Estas cámaras térmicas detectan la luz infrarroja y crean una imagen en falso color que los humanos pueden ver. En la mayoría de los casos, los diferentes colores de la imagen infrarroja corresponden a las diferentes temperaturas de los objetos.
Aquí hay un ejemplo. Este es mi perro en un suelo liso. Observe que sus ojos y su nariz están más calientes que otras partes de su cuerpo. Observe también que puede ver su reflejo infrarrojo en el suelo.
Rhett Allain
¿Pero funciona esto para objetos más calientes que el elemento de su estufa? Sí. A medida que un objeto se calienta más, crea luz con longitudes de onda cada vez más cortas. Finalmente, el objeto se vería blanco al producirse más luz de longitud de onda más corta. Sí, incluso podría crear luz ultravioleta a temperaturas aún más altas.
Ok, esas son las cinco cosas que todo el mundo debería saber sobre la luz.