DISPERSIÓN DE LA LUZ Y EL MODELO ONDULATORIO


 

 

Otra propiedad de la luz que se explicó de forma satisfactoria al recuperar el modelo ondulatorio es la dispersión, que se produce cuando un rayo de luz blanca procedente del aire se refracta hacia un medio transparente (agua, vidrio, etc.). En dicho medio, la luz se descompone en una gama continua de colores que abarcan desde el extremo rojo hasta el azul-violeta. Recordamos que en 1666 Newton había investigado este fenómeno usando un prisma y lo había explicado con su modelo corpuscular, planteando que los corpúsculos de la luz eran de distinto tipo según el color de cada uno.

 

Por otra parte, aunque el espectro de la luz visible que investigó Newton está formado por una gama continua de colores, él enumeró siete fundamentales: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. Este planteamiento de Newton concordaba con el hecho de que a finales del siglo XVII, también eran siete los astros celestes conocidos (Sol, Luna, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno), los metales usados en la alquimia (oro, plata, cobre, mercurio, plomo, estaño e hierro), las notas musicales de una escala, e incluso los días de una semana.

 

Cuando en el siglo siguiente Young desarrolló su modelo ondulatorio de la luz, también estudió detenidamente la dispersión y mostró que se puede explicar satisfactoriamente con dicho modelo ondulatorio si se considera que la vibración que corresponde a cada color de la luz tiene una longitud de onda (y, por tanto, una frecuencia) diferente o característica en cada medio.

 

Para apoyar la veracidad de este concepto que planteó Young, hemos representado en la figura adjunta la refracción de una onda plana que viaja desde un medio 1 a otro medio 2, siendo menor la velocidad de propagación en el segundo medio que en el primero. Suponemos que se trata de luz monocromática (de un solo color), que el medio 1 es el aire y que el medio 2 es un medio material transparente, como, por ejemplo, vidrio (podría ser también: agua, plástico, etc.).

De acuerdo con el principio de Huygens, a medida que el frente de ondas AB que viaja por el aire va incidiendo en la superficie de separación AC, los puntos de esa superficie se convierten en focos secundarios y transmiten la vibración hacia el vidrio. Como la longitud de onda (y la velocidad) es menor en este segundo medio que en el aire, la envolvente de las ondas secundarias transmitidas conforma un frente de ondas EC, en el que el punto E está más próximo a la superficie de separación que el B. Por tanto, al pasar del aire al vidrio los rayos se desvían acercándose a la dirección normal (perpendicular a la superficie de separación)

 

 

Ahora suponemos que la luz incidente no es monocromática, sino luz blanca. Entonces, se deduce que dicha luz se ha de separar en los colores del arco iris y se constata también que el rayo de luz violeta se ha de desviar más que el rayo de luz roja.

 

 

Esto es así porque en el vacío (y muy aproximadamente en el aire) todas las radiaciones luminosas que componen la luz blanca tienen a la misma velocidad (en ausencia de materia, esta velocidad es independiente de la longitud de onda o de la frecuencia). Pero, como planteó Young, en los demás medios no ocurre lo mismo, sino que cada color tiene una longitud de onda, , distinta. Por ejemplo, en el vidrio la luz roja tiene una longitud de onda = 750 nm, y la luz violeta, en el otro extremo del espectro, tiene una longitud de onda = 390 nm. Mayor longitud de onda implica mayor velocidad, de modo que el rayo de luz violeta se desvía más que el rayo de luz roja en este proceso de refracción.

 

Con su modelo ondulatorio Young también explicó los anillos de Newton (los interpretó como resultado de la interferencia de ondas luminosas) y formuló una teoría sobre el arco iris. Este fenómeno natural había permanecido inexplicado durante mucho tiempo y su espectacularidad probablemente pudo contribuir a que jugara un papel destacado en la Biblia, a que en ocasiones fuera tomado como portador de augurios y en otras como inspiración de leyenda.

A la derecha el cuadro titulado: Paisaje con arco iris (Rubens, 1640)

 

 

En la figura adjunta (debajo) se explica someramente la formación del arco iris primario, que se observa cuando los rayos de luz solar se refractan en gotas de agua suspendidas en la atmósfera y luego se reflejan interiormente en ellas.

 
 

Como la luz solar procede de muy lejos, cada gota es iluminada por un haz de rayos prácticamente paralelos y el ángulo de desviación de cada rayo al refractarse depende de la altura a la que dicho rayo incide  en la gota: Varía entre un grado mínimo de desviación y otro máximo. El arco iris lo forman los rayos que salen en direcciones próximas a la desviación mínima (tienen la dirección indicada en la figura), porque, tal como se puede comprobar mediante aplicación de la geometría, en esa dirección se reúne un número mayor de rayos que en el resto y la concentración de luz reflejada es máxima.

 

Otro fenómeno natural que también se debe a la dispersión de la luz son los halos, que se pueden observar en el cielo cuando la luz solar atraviesa cristales de hielo microscópicos suspendidos en la atmósfera, como los contenidos en las nubes altas. Es un efecto llamativo y bastante común en nubes situadas a unos 22 grados a la derecha o izquierda del Sol.

 

En el halo que muestra la fotografía adjunta, el Sol está ubicado a la derecha de la imagen, y el rojo queda más cerca del Sol que el azul. Tal como se explica en el diagrama anexo, los cristales de hielo se pueden considerar paralelepípedos de base hexagonal, cuyas caras y aristas forman prismas que desvían la luz con ángulo distinto para cada color.

 

Esta fotografía y su explicación proceden de la web Fenómenos ópticos cotidianos (descargable desde el Blog del mismo nombre) del profesor Alfredo Luis Aina

 

 


  Índice