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Naturaleza de la luz ¿Qué son los colores? Rojo, azul, verde o amarillo, son algunas denominaciones para lo que percibimos como colores. Pues bien, en principio los colores son una percepción de los objetos cuando los iluminamos, al igual que la forma y el tamaño. Newton descubrió que al hacer girar rápidamente un disco pintado con diferentes colores, éste se veía blanco. El experimento es simple y da lugar al llamado “Disco de Newton”. Lo mismo ocurre si sobre una cartulina blanca hacemos incidir la luz de tres focos de distinto color: la zona donde llegan los tres colores se ve blanca. Ambos efectos están ilustrados en la Figura 1.

Figura 1 Los experimentos llevaron a concluir que el blanco es el producto de la superposición de varios colores. El negro, por lo tanto, se ha asociado a la ausencia de luz. El color con que vemos un objeto, al iluminarlo con luz blanca, corresponde al color que éste más refleja. Por lo tanto, si vemos un objeto negro, se debe a que absorbe todos los colores; uno blanco, en cambio, los refleja todos, mientras uno verde absorbe todos los colores menos el verde, que es reflejado. Esta idea se ilustra en la Figura 2.

Figura 2

Entonces, si en una habitación está todo pintado de verde y, estando a oscuras, entras a ella con una linterna que ilumina en rojo, ¿de qué color ves las cosas? Si haces el experimento, por ejemplo usando papeles celofán rojo para la linterna y cubres la habitación de verde, igualmente podrás ver algo y distinguir colores. Ello se debe a que el papel celofán no filtra completamente los colores. Esto se comprueba fácilmente mirando a través de dos papeles celofán de distintos colores, por ejemplo, uno rojo y uno verde. Si fueran buenos filtros, no debiéramos ver nada.

Figura 3 ¿Por qué los colores son diferentes? Ciertamente, el arco iris es uno de los fenómenos naturales más llamativos. En éste observamos una separación de colores que siguen un determinado orden. Esta separación podemos observarla también en la superficie de un disco compacto, o cuando pequeñas gotas de agua son dispersadas al regar un jardín en un día soleado.

Figura 4

Pues bien, esta separación de colores es denominada dispersión cromática (descomposición de la luz). Este efecto puede ser amplificado por medio de un prisma triangular como lo hiciera Isaac Newton, a quien se atribuye su descubrimiento. En la Figura 4 se muestra el experimento. Se hace incidir un haz de luz blanca sobre una de las paredes de un prisma triangular de tal manera que se refracte. Este haz se divide en haces de distintos colores que se desvían de manera diferente cuando se refractan. El que menos se desvía del ángulo incidente es el rojo, le sigue el anaranjado, luego el amarillo, después el verde, el azul y, finalmente, el violeta, que es el que más se desvía. De esta manera se obtiene un conjunto de colores que se denomina espectro óptico. Este fenómeno muestra que la luz blanca está formada por todos los colores del espectro. En los arco iris, cada una de las gotas de agua actúa como un prisma, por lo que es posible observar esta dispersión cromática. Como se muestra en la Figura 5.

Figura 5 Al mirar con mucho aumento la luz dispersada por un prisma se puede observar que esta no es continua como parece ser en el arco iris, sino que tiene pequeñas zonas o líneas oscuras. El instrumento construido para observar este fenómeno se denomina espectroscopio de prisma o espectrómetro y, como lo muestra el esquema de la Figura 6, consiste en una ranura por donde ingresa la luz que se quiere examinar, la cual llega a un prisma y continúa hacia un telescopio pequeño que enfoca la ranura. Para recorrer el espectro el observador gira el telescopio alrededor de un eje centrado en el prisma.

Figura 6

En el espectro cromático del sol se pueden distinguir más de 500 líneas oscuras, denominadas líneas de absorción. Con otras fuentes de luz se encuentran líneas diferentes. Lo anterior lleva a concluir que la luz emitida por las distintas fuentes no es uniforme. La diferencia, por ahora, entre los colores está determinada por cómo se desvían al ser refractados por un prisma. Un haz de color rojo se desviará menos respecto del ángulo de incidencia que un haz de color violeta. En la gota de agua, anteriormente analizada, podemos observar dos fenómenos importantes, la reflexión de la luz cuando los rayos que ingresan chocan en las paredes de la gota y la refracción de la luz cuando esta atraviesa la gota y se desvía. Entonces diremos que la reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Esta puede ser de dos tipos dependiendo la naturaleza de la superficie de separación, especular (como en un espejo) o difusa (como en una superficie rugosa). La reflexión especular ocurre cuando la superficie reflejante es lisa, los rayos reflejados son paralelos a los rayos incidentes, por lo que regresan a nuestros ojos mostrando la imagen. Un espejo brinda el modelo más común de reflexión especular de la luz, este consiste de una capa de vidrio con un recubrimiento de metal que es donde sucede la reflexión. Los metales acentúan la reflexión suprimiendo la propagación de la onda más allá de su "profundidad de piel". La reflexión también puede ocurrir en la superficie de medios transparentes tales como el agua y el vidrio. También en una pizarra u otra superficie plástica que brille. La reflexión difusa sucede cuando la superficie en donde se refleja el haz de luz es áspero e irregular haciendo que los rayos reflejados salgan en todas direcciones, haciendo imposible conservar la imagen, por esto, solo veremos la superficie iluminada.

Figura 7 En el espectro cromático del sol se pueden distinguir más de 500 líneas oscuras, denominadas líneas de absorción. Con otras fuentes de luz se encuentran líneas diferentes. Lo anterior lleva a concluir que la luz emitida por las distintas fuentes no es uniforme. La diferencia, por ahora, entre los colores está determinada por cómo se desvían al ser refractados por un prisma. Un haz de color rojo se desviará menos respecto del ángulo de incidencia que un haz de color violeta. ¿Cómo se comporta la luz? Existen otros fenómenos asociados con la luz. Por ejemplo, ¿qué ocurre con la luz cuando pasa por una ventana u orificio? Conforme a lo que vimos en la sección relativa a la propagación de la luz, debiésemos esperar que se generara una zona de luz que diera cuenta del orificio o ventana y otra de sombras. Sin

embargo, si el orificio es muy pequeño, entonces la luz se abre, llegando a lugares donde no la esperamos. La Figura 8 ilustra este fenómeno, denominado difracción.

Figura 8 Al comportarse como una onda, debiésemos esperar que cumpliera con las propiedades de una onda cualquiera. Si pensamos que cuando dos sonidos se superponen destructivamente, producen silencio al igual como se observa en las zonas nodales de una cuerda en vibración. ¿Será posible que en algún caso luz más luz produzca oscuridad? En 1803, en un famoso experimento, Thomas Young (1773-1829) hizo llegar un haz de luz simultáneamente a dos rendijas muy delgadas y muy cercanas, según se ilustra en la Figura 9.

Figura 9

La pantalla ubicada para observar lo que pasaba con la luz mostró una serie de zonas de luz y sombra, similares a la interferencia producida por dos ondas que se generan puntualmente. Si generamos las ondas y las hacemos pasar por dos rendijas, éstas se van a interferir constructiva y destructivamente, mostrando zonas de oscuridad y otras de luz, tal como se observa en la siguiente figura.

Figura 10

Luz visible Si nos fijamos en el espectro sonoro, en donde se mostraban las frecuencias y longitudes de ondas de las ondas sonoras, existían ciertos rangos que separaban dichas ondas, destacándose en relación al oído humano, principalmente los ultrasonidos, los sonidos audibles y los infrasonidos. Este rango de sonidos audibles es similar a lo que sucede con los colores, ya que también existe un espectro que nos separa las frecuencias o longitudes de onda de la luz que podemos ver, a esto lo llamaremos espectro visible o luz visible. Así como el oído tiene limitaciones que le impiden oír sonidos con ciertas frecuencias, como son los ultrasonidos y los infrasonidos, el ojo humano también sufre estas limitaciones, ya que el ojo puede ver la luz con longitud de onda entre 0,4 y 0,7 micrones, siendo estos el color violeta y rojo respectivamente. Si la longitud de onda disminuye se vuelve imperceptible, encontrándose acá los rayos ultravioletas, rayos X, etc., así como también si aumenta, en este caso están los rayos infrarrojos, microondas, etc. El conjunto de todos éstos se denomina espectro electromagnético. El la Figura 11 se muestra de mejor manera el espectro electromagnético.

Figura 11

El laser Cuando apuntamos con una linterna, la luz genera una zona iluminada, ¿qué pasa si focalizáramos esta luz a un punto muy pequeño? Y que además sea de un solo color (una longitud de onda)?. Si hiciéramos esto tendríamos un láser, una fuente de luz monocromática coherente, esto quiere decir que los rayos de luz generados por el láser son todo idénticos teniendo igual longitud de onda y además todos van en la misma dirección, todos “ordenados”, así como muestra la Figura 12.

Esta fuente de luz tiene múltiples aplicaciones en medicina, tecnología y ámbito doméstico.

Fuente: http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=136148 PVP 09.2016