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COLORES DEL
ARCO IRIS |
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En el tema
de esta misma página Web sobre la
naturaleza de la luz
se explica el proceso de
la dispersión, que ocurre cuando un rayo de luz blanca
que viaja por el aire se refracta en algunos medios transparentes
(por ejemplo, en agua o en vidrio) y se descompone en un haz de
rayos coloreados.
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Los colores de dicho haz abarcan todo el
espectro de la luz a la que el ojo humano es
sensible y se pueden observar en varios
fenómenos del mundo natural, entre ellos el
arco iris. En la imagen adjunta, situada más
a la izquierda, se ve uno doble, que observamos el 4 de diciembre de 2024 en la ciudad
alemana de Bremen (Fotografía tomada por uno de
los autores de este tema).
También se
puede obtener la misma gama de colores en el laboratorio
escolar, haciendo incidir oblicuamente un rayo de luz blanca
sobre un cuerpo
transparente adecuado, como puede ser, por ejemplo, un prisma de vidrio.
La imagen situada más a la derecha corresponde a
esta experiencia. La fotografía la tomaron alumnos
nuestros en el laboratorio de Física del IES "Leonardo da Vinci"
de Alicante.
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El modelo
ondulatorio clásico sobre la radiación explicó la dispersión
partiendo de considerar a la luz blanca como una combinación de campos
electromagnéticos, cuyas longitudes de onda abarcan desde unos
380 nm (luz violeta) hasta unos 750 nm (luz roja). |
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En el vacío (y, muy aproximadamente, también en
el aire) todas estas radiaciones viajan juntas y
cuando las recibimos producen en nuestra retina
la sensación del color blanco. En cambio, en
medios como el vidrio o el agua, el índice de
refracción de la luz disminuye paulatinamente al
ir aumentando la longitud de onda. De ello se deduce, aplicando
el principio
de Huygens en la refracción que tiene
lugar cuando estas radiaciones transitan desde
el aire hacia el vidrio (o hacia al agua), que las que tienen longitud de onda
mayor (rojo) se desvían menos que las que tienen
longitud de onda menor (violeta) (deducción en
este documento) |
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Después de haber
interpretado de manera global la dispersión de la luz con la
teoría electromagnética clásica, es instructivo diseccionarlo
microscópicamente. Nos fijamos entonces en que los fotones que
componen la luz que incide sobre, por ejemplo, un vidrio,
pueden producir excitaciones de las partículas de dicho vidrio
cuando sus frecuencias son próximas a algunas de
las transiciones energéticas permitidas en el material. En
general, en el vidrio esto es factible en todo el rango de
valores de longitud de onda de la luz del espectro visible
(también para otras muchas longitudes de onda fuera de dicho
espectro) porque la estructura de su red cristalina es lo suficientemente compleja,
como para que
sean muchas las transiciones (atómicas, moleculares, etc.)
posibles.
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La absorción
estimulada (por los fotones incidentes) y la reemisión
espontánea de nuevos fotones desde las partículas de esa red son
los procesos dominantes en la reflexión y la refracción de la
luz, que suceden en la interfase o frontera entre el aire y el
vidrio. La luz resultante del conjunto de todas las reemisiones
de fotones y de la luz incidente es la luz reflejada en el aire
y refractada en el vidrio. Respecto a la luz refractada, que es
la en la que aparecen los colores, la física cuántica prevé una
dirección de salida preferente (la misma que prevé el modelo
ondulatorio clásico de la luz) para la mayoría de los fotones
reemitidos, que ha de ser distinta para cada longitud de onda.
Por eso, se separan los rayos dependiendo de su "color". Al mismo tiempo,
como hay reemisiones atómicas de fotones en todas las direcciones,
alguna luz no sale en la direcciones indicadas por la ley de la
refracción, y ello nos permite ver todos esos "rayos coloreados"
al mirar hacia el vidrio. Lo que vemos son partículas del propio
vidrio que emiten luz en las direcciones (diferentes a la que
tiene globalmente al rayo), entre ellas la que apunta hacia nuestros ojos.
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Conviene tener en cuenta
también que las radiaciones visibles no son las
únicas que se dispersan en este proceso de refracción
aire-vidrio. Siguiendo la misma ley, las radiaciones
ultravioletas más cercanas al visible (como hemos visto en la
página anterior, las más alejadas son absorbidas por el vidrio) se desvían más que las violetas (se acercan más a
la dirección normal en el esquema anterior) y las radiaciones
infrarrojas se desvían menos que las rojas (se alejan más de la
dirección normal). Esto se puede comprobar realizando
el experimento con la misma luz solar, pero usando detectores
que, a diferencia del ojo humano, sí sean sensibles a
radiaciones no visibles (se puede utilizar, por ejemplo, un sistema
fotográfico, para aprovechar el hecho de que las radiaciones infrarrojas y ultravioletas
dejan marca en films de fotografía). |
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A la derecha
de este texto se representa la gama continua de tonalidades
de color que conforman el espectro visible, en paralelo con
las longitudes de onda y las frecuencias que les
corresponden. |
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Índice |
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