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IMPULSO
Y ENERGÍA DE LA LUZ |
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Cabe plantear las leyes de la relatividad a la propia
luz, es decir, a fotones que viajan a la velocidad
límite, c. Para este caso, aplicando la ley que
expresa la velocidad en función de las magnitudes
dinámicas: |
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Se obtiene la siguiente
relación entre la energía y el impulso de la luz: |
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Eluz =
p · c |
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Mientras que aplicando la ley fundamental de la dinámica |
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(mc2)2=
E2 – (p·c)2 |
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Se obtiene que la masa de
las
entidades que forman la luz tiene que ser nula (m=0). |
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Es decir, la dinámica relativista atribuye a la luz una
masa nula pero un impulso lineal distinto de
cero. Este resultado no tiene explicación dentro de
la dinámica de Newton, pero, en cambio, es coherente con
el concepto de la física moderna de que la luz está
conformada por fotones, entidades corpusculares sin masa, pero
con energía e impulso lineal. |
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Conviene saber que el hecho de que la luz tiene cantidad
de movimiento o impulso lineal ya era conocido con
anterioridad al establecimiento de la relatividad
especial. De hecho se trata de una consecuencia de
la
teoría electromagnética de Maxwell y se contrastó
experimentalmente al estudiar un fenómeno conocido como
"presión de la radiación". Básicamente este fenómeno
consiste en el hecho de que la luz, cuando incide, por
ejemplo, sobre una lámina metálica, ejerce una presión. Si
se trata de una lámina muy fina dispuesta de modo que
pueda girar, la luz que incide sobre ella le provoca un
giro y se puede deducir, del ángulo de torsión, el valor
del impulso lineal del haz lumínico. El primer
experimento cuantitativo sobre la "presión de la
radiación" lo realizó
Lebedev (1866-1912) en el año 1901. |
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La magnitud de la
presión que puede ejercer la luz es casi insignificante.
Por ejemplo, la luz emitida por una bombilla de 500W
ejerce a una distancia de 1m una presión del orden
de una diezmillonésima de N/m2.
Podemos hacernos una idea de la pequeñez de
este valor viendo que un
libro de bolsillo de 200g con una superficie de
200cm2, apoyado sobre una mesa, ejerce sobre ella una
presión de 100N/m2, por lo
tanto, mil millones de veces mayor que la presión de la
radiación de la bombilla. |
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Cabe concebir, no obstante, situaciones en las que la
presión de la luz puede tener efectos macroscópicos
observables. Un ejemplo de esto son las
velas estelares
que imaginó por primera vez el astrónomo ruso
Friedrich Tsander
(1887-1933) en 1924 y también formaron parte de relatos de
ciencia ficción, como uno de Arthur C. Clarke, llamado:
"El viento del Sol".
Un velero estelar debe ser muy
fino y ligero, tener una superficie muy brillante que
refleje los fotones para impulsarla, aprovechando la
energía de la luz emitida por el Sol o por otras
estrellas. Aunque reciba un empuje muy pequeño, éste le
permitirá alcanzar grandes velocidades en poco tiempo,
dada la ausencia de rozamiento en el espacio.
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