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Tracajo Electric Id Ad y Magnetismo
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Teoría corpuscular de Newton Supone que la luz está formada por partículas materiales, que llamó corpúsculos que son lanzados gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Permite explicar fenómenos como - La propagación rectilínea de la luz en el medio, ya que los focos luminosos emitirían minúsculas partículas que se propagan en todas direcciones y que al chocar con nuestros ojos, producen la sensación luminosa. - La reflexión - La refracción Explicación corpuscular de la reflexión de la luz. En la colisión elástica con la superficie, la componente P x del momento lineal no varía, mientras que la componente P y cambia de signo debido a la gran diferencia de masas. Las partículas rebotan. Newton supuso que los corpúsculos eran muy pequeños en comparación con la materia y que se propagan sin rozamiento por el medio. Teniendo en cuenta esto, los corpúsculos chocaban elásticamente contra la superficie de separación entre dos medios. Como la diferencia de masas es muy grande los corpúsculos rebotaban, de modo que la componente horizontal de la cantidad de
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Teoría corpuscular de Newton
Supone que la luz está formada por partículas materiales, que llamó
corpúsculos que son lanzados gran velocidad por los cuerpos emisores
de luz.
Permite explicar fenómenos como
- La propagación rectilínea de la luz en el medio, ya que los focos
luminosos emitirían minúsculas partículas que se propagan en todas
direcciones y que al chocar con nuestros ojos, producen la sensación
luminosa.
- La reflexión
- La refracción
Explicación corpuscular de la reflexión
de la luz. En la colisión elástica con la
superficie, la componente Px del
momento lineal no varía, mientras que
la componente Py cambia de signo
debido a la gran diferencia de masas.
Las partículas rebotan.
Newton supuso que los
corpúsculos eran muy pequeños
en comparación con la materia
y que se propagan sin
rozamiento por el medio.
Teniendo en cuenta esto, los
corpúsculos chocaban
elásticamente contra la
superficie de separación entre
dos medios. Como la diferencia
de masas es muy grande los
corpúsculos rebotaban, de
modo que la componente
horizontal de la cantidad de
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Explicación corpuscular de la refracción.
Esta interpretación conduce al
resultado de que la velocidad depropagación de la luz debe ser mayor
por el agua que por el aire.
movimiento px se mantiene
constante mientras que la
componente normal py cambia
de sentido. Se cumplía la ley dela reflexión, el ángulo de
incidencia y de reflexión eran
iguales.
En la refracción, al pasar la luz
de propagarse por aire a
hacerlo por agua, los
corpúsculos atraídos, por el
agua, eran acelerados al entrar
en ella. Por tanto py aumentaba
y los corpúsculos variaban su
dirección de propagación
acercándose a la normal. Según
esto, la velocidad de
propagación de la luz en agua
es mayor que en el aire. ( como
ya hemos visto por Huygens,
ocurre lo contrario, si v´
disminuye se acerca a la
normal). Esto podía permitir
distinguir una y otra teoría.
Por ultimo también consideraba
que los diferentes colores que
formaban la luz blanca se deben
a diferentes tipos de
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corpúsculos, cada uno
responsable de un color.
Con esta teoría no podían
abordarse fenómenos como la
difracción de la luz.
Teoría ondulatoría de Huygens
Huygens propuso que la luz consiste en la propagación de una
perturbación ondulatoria del medio. Creía que eran ondas longitudinales
similares a las sonoras. Se sabía que la luz puede propagarse en el
vacío. Se inventa un medio muy sutil y de perfecta elasticidad que
permita dicha propagación. Se le llama éter.
Explicaba fácilmente fenómenos como reflexión y la refracción.
Contra esta teoría se argumentaba que si era una onda debía haber
fenómenos de difracción e interferencia que no se habían encontrado
porque su longitud de onda es muy pequeña y que el resto lo explicaba
la teoría corpuscular.
La teoría corpuscular gozó de mayor aceptación, fundamentalmente por
ser apoyada por Newton, aunque en el siglo XIX acabaría imponiéndose
la ondulatoria
Diferencias
Los partidarios de la ley de Newton decían que Huygens había inventado
una sustancia hipotética, el éter. Además no sería posible la formación
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de sombras nítidas, ya que si la luz se asemeja al sonido debería doblar
las esquinas (Una persona se la oye aunque no se la vea)
Huygens dudaba de las partículas que formaban cada uno de los colores
de la luz del Sol. No consideraba un gran problema la propagación
rectilínea y ponía el siguiente ejemplo: Una embarcación pequeña no es
un gran obstáculo para las grandes olas del mar pero un gran barco si
detiene un pequeño oleaje produciendo zonas de sombras. Solo había
que idear obstáculos suficientemente pequeños similares a la longitud
de onda de la luz.
Descripción
Esta teoría, desarrollada por Christiaan Huygens posteriormente
demostrada por James Clerk Maxwell, considera que la luz es una onda
electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el
tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los
campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de
Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos
(ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga
indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y
eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas
son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares
entre sí y respecto a la dirección de propagación.
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Vista lateral (izquierda) de una onda electromagnética a lo largo de un
instante y vista frontal (derecha) de la misma en un momento
determinado. De color rojo se representa el campo magnético y de azul
el eléctrico.
Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los
parámetros habituales de cualquier onda:
Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de
equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.
Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o
mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio. Frecuencia (ν): Número de oscilaciones del campo por unidad de
tiempo. Es una cantidad inversa al periodo.
Longitud de onda (λ): Es la distancia lineal entre dos puntos
equivalentes de ondas sucesivas.
Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda
en una unidad de tiempo. En el caso de la velocidad de
propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.
La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda están
relacionadas por las siguientes ecuaciones:
Algunos de los fenómenos más importantes de la luz se puedencomprender fácilmente si se considera que tiene un comportamiento
ondulatorio.
El principio de superposición de ondas nos permite explicar el fenómeno
de la interferencia: si juntamos en el mismo lugar dos ondas con la
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misma longitud de onda y amplitud, si están en fase (las crestas de las
ondas coinciden) formarán una interferencia constructiva y la intensidad
de la onda resultante será máxima e igual a dos veces la amplitud de las
ondas que la conforman. Si están desfasadas, habrá un punto donde el
desfase sea máximo (la cresta de la onda coincida exactamente con un
valle) formándose una interferencia destructiva, anulándose la onda. El
experimento de Young, con sus rendijas, nos permite obtener dos focos
de luz de la misma longitud de onda y amplitud, creando un patrón de
interferencias sobre una pantalla.
Las ondas cambian su dirección de propagación al cruzar un obstáculo
puntiagudo o al pasar por una abertura estrecha. Como recoge el
principio de Fresnel - Huygens, cada punto de un frente de ondas es un
emisor de un nuevo frente de ondas que se propagan en todas las
direcciones. La suma de todos los nuevos frentes de ondas hace que la
perturbación se siga propagando en la dirección original. Sin embargo,
si por medio de una rendija o de un obstáculo puntiagudo, se separa
uno o unos pocos de los nuevos emisores de ondas, predominará la
nueva dirección de propagación frente a la original.
La difracción de la luz se explica fácilmente si se tiene en cuenta este
efecto exclusivo de las ondas. La refracción, también se puede explicar
utilizando este principio, teniendo en cuenta que los nuevos frentes de
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onda generados en el nuevo medio, no se transmitirán con la misma
velocidad que en el anterior medio, generando una distorsión en la
dirección de propagación:
Otro fenómeno de la luz fácilmente identificable con su naturaleza
ondulatoria es la polarización. La luz no polarizada está compuesta por
ondas que vibran en todos los ángulos, al llegar a un medio polarizador,
sólo las ondas que vibran en un ángulo determinado consiguen
atravesar el medio, al poner otro polarizador a continuación, si el ángulo
que deja pasar el medio coincide con el ángulo de vibración de la onda,
la luz pasará íntegra, si no sólo una parte pasará hasta llegar a un
ángulo de 90º entre los dos polarizadores, donde no pasará nada de luz.
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Este efecto, además, permite demostrar el carácter transversal de la luz
(sus ondas vibran en dirección perpendicular a la dirección de
propagación).
El efecto Faraday y el cálculo de la velocidad de la luz, c, a partir de
constantes eléctricas permitividad, ε0 y magnéticas permeabilidad, μ0
por parte de la teoría de Maxwell:
Confirman que las ondas de las que está compuesta la luz son de
naturaleza electromagnética. Esta teoría fue capaz, también, de eliminar
la principal objeción a la teoría ondulatoria de la luz, que era encontrar
la manera de que las ondas se trasladasen sin un medio material.
Teoría dual de la luz
Los experimentos de Hertz también pusieron de manifiesto un curioso
fenómeno: el efecto fotoeléctrico, que consiste en la emisión deelectrones con cierta energía cinética al incidir la luz de una determinada
frecuencia sobre una superficie metálica. Se comprobó que un aumento
de la intensidad luminosa incidente no suponía un aumento en la
energía cinética de los electrones emitidos. La teoría ondulatoria no
podía explicar esto.
Einstein explica esto basándose en la hipótesis cuántica de Einstein
propone en 1905 que la luz está formada por un haz de pequeños
corpúsculos que llamó cuantos de energía o fotones. La energía de la
onda está concentrada en los fotones, no está distribuida por toda ella).
Resucita así una especial teoría corpuscular. Rechaza la existencia del
éter. La luz puede propagarse en el vacío.
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En el efecto fotoeléctrico se observaba que si un haz de luz incidía en
una placa de metal producía electricidad en el circuito.
Presumiblemente, la luz liberaba los electrones del metal, provocando su
flujo. Sin embargo, mientras que una luz azul débil era suficiente para
provocar este efecto, la más fuerte e intensa luz roja no lo provocaba.
De acuerdo con la teoría ondulatoria, la fuerza o amplitud de la luz se
hallaba en proporción con su brillantez: La luz más brillante debería ser
más que suficiente para crear el paso de electrones por el circuito. Sin
embargo, extrañamente, no lo producía.
Einstein llegó a la conclusión de que los electrones eran expelidos fuera
del metal por la incidencia de fotones. Cada fotón individual acarreaba
una cantidad de energía E, que se encontraba relacionada con la
frecuencia ν de la luz, mediante la siguiente ecuación:
E = h•f ( h cte de Planck = 6,626•10-34 J•s; f = frecuencia de la luz; E =
Energía de los cuantos
Sólo los fotones con una frecuencia alta (por encima de un valor umbral
específico) podían provocar la corriente de electrones. Por ejemplo, la
luz azul emitía unos fotones con una energía suficiente para arrancar los
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electrones del metal, mientras que la luz roja no. Una luz más intensa
por encima del umbral mínimo puede arrancar más electrones, pero
ninguna cantidad de luz por debajo del mismo podrá arrancar uno solo,
por muy intenso que sea su brillo.
Einstein ganó el Premio Nobel de Física en 1921 por su teoría del efecto
fotoeléctrico.
En la actualidad se sostiene que la luz tiene una doble naturaleza,
corpuscular y ondulatoria. Se propaga mediante ondas
electromagnéticas y presenta fenómenos típicamente ondulatorios, pero
en su interacción con la materia en ciertos fenómenos de intercambio deenergía tiene carácter corpuscular. Nunca manifiesta las dos condiciones
simultáneamente, en un fenómeno concreto o es onda o es corpúsculo.
