fisica

luz optica
La luz (del latín lux, lucis) es la clase de energía electromagnética radiante que puede ser percibida por el ojo humano n un sentido más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético .
La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina óptica.

Historia de la naturaleza de la luz
¿Qué es la luz?. Es Isaac Newton (1642 - 1727) el que formula la primera hipótesis científica sobre la naturaleza de la luz.
Modelo corpuscular: Conocida como teoría corpuscular o de la emisión, es el primer modelo exitoso en explicar el comportamiento de la luz. En gran parte se debe a la autoridad de Newton, ya que en esa misma época el modelo ondulatorio trataba de explicar el mismo fenómeno.
A finales del siglo XVI, con el uso de lentes e instrumentos ópticos, empezaron a observar, analizar y experimentar los fenómenos luminosos, siendo el holandés Willebrord Snell, en 1620, quién descubrió de manera experimental la ley de la refracción, aunque no fue conocida hasta que, en 1638, René Descartes (1596-1650) publicó su tratado "Óptica". Descartes fue el primer gran defensor de la teoría corpuscular, diciendo que la luz se comportaba como un proyectil que se propulsaba a velocidad infinita. Sin especificar absolutamente nada sobre su naturaleza y rechazando que cierta materia fuera de los objetos al ojo, explicó claramente el fenómeno de reflexión, pero tuvo alguna dificultad con la refracción.
En 1672 Newton envió una breve exposición de su teoría de los colores a la Royal Society de Londres. Su publicación provocó tantas críticas que confirmaron su recelo a las publicaciones, por lo que se retiró a la soledad de su estudio en Cambridge. En 1704, sin embargo, publicó su obra Óptica, en la que explicaba detalladamente su teoría. En esta obra explicaba que las fuentes luminosas emiten corpúsculos muy livianos que se desplazan a gran velocidad y en línea recta. Según su teoría la variación de intensidad de la fuente luminosa era proporcional a la cantidad de corpúsculos que emitía en determinado tiempo. La reflexión de la luz consistía en la incidencia de dichos corpúsculos en forma oblicua sobre una superficie espejada, de manera que al llegar a ella variaba de dirección pero siempre en el mismo medio. La igualdad del ángulo de incidencia con el de reflexión se debía a que tanto antes como después de la reflexión los corpúsculos conservaban la misma velocidad (debido a que permanecían en el mismo medio). La refracción la resolvió expresando que los corpúsculos que inciden oblicuamente en una superficie de separación de dos medios de distinta densidad son atraídos por la masa del medio más denso y, por lo tanto, aumenta la componente de la velocidad que es la velocidad que es perpendicular a la superficie de separación, razón por la cual los corpúsculos luminosos se acercan a la normal.
Según lo expresado por Newton en su obra, la velocidad de la luz aumentaría en los medios de mayor densidad, lo cual contradice los resultados de los experimentos realizados años después. Esta explicación, contradictoria con los resultados experimentales sobre la velocidad de la luz en medios más densos que el vacío, obligó al abandono de la teoría corpuscular para adoptar el modelo ondulatorio.
Modelo ondulatorio: Desde otro punto de vista, Christian Huygens (astrónomo, matemático y físico holandés) en el año 1678, describe y explica lo que hoy se considera las leyes de reflexión y refracción. Define a la luz como un movimiento ondulatorio semejante a la propagación del sonido de tipo mecánico, que necesita un medio material para propagarse. Supuso tres hipótesis Todos los puntos de un frente de ondas son centros emisores de ondas secundarias.
De todo centro emisor se propagan ondas en todas direcciones del espacio con velocidad distinta en cada medio.
Como la luz se propaga en el vacío y necesita un material perfecto sin rozamiento, supuso que todo el espacio estaba ocupado por éter.

Por que la luz se comparte como ondas o partículas

La luz se comporta como una onda y como una partícula. Las propiedades de onda de la luz incluyen la curvatura de la onda cuando pasa de un medio a otro. Las propiedades de partícula se demuestran mediante el efecto fotoeléctrico. En el siglo XIX, con James Clerk Maxwell (1831-1879), se empieza a descifrar la verdadera identidad de la luz, como parte muy pequeña de un espectro continuo de radiación, el espectro de radiación electromagnética. Todas las radiaciones de este espectro se comportan como ondas.
La longitud de onda, es decir, la distancia entre la cresta de una onda y la cresta de la siguiente, va desde décimas de nanómetro (1 nm = 10-9 m) en los rayos gamma, hasta kilómetros (1 km = 103 m) en las ondas de radio de baja frecuencia (Figura 2).
Figura 2
Cada tipo de radiación, con su longitud de onda particular, contiene una determinada energía asociada. Cuanto más larga es la longitud de onda, menor es la energía, y cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la energía que transporta.
Color
Rango de longitud de onda (nm)
Longitud de onda representativa
Frecuencia (hertzios)
Dentro del espectro de luz visible, la luz violeta tiene la longitud de onda más corta y la roja, la más larga. Los rayos violetas más cortos contienen casi el doble de energía que los rayos más largos de la luz roja.
De la energía que llega al cloroplasto, sólo el 40% corresponde a la luz visible, única radiación fotosintéticamente activa. La luz visible es la radiación cuya longitud de onda está comprendida entre 400 y 700 nm; es en apariencia blanca, pero se compone, como demostró Newton, de diferentes colores, cada uno correspondiente a un rango de ese intervalo (Figura 3).
Figura 3 Espectro de la radiación visible y longitudes de onda asociadas al mismo.

Luminosa

El flujo lumino en la medida de la potencia luminosa percibida de la potenca total imitida en que este ajustada para reflejase la cesibilidad del ojo humano a diferente longitudes de onda.

La intensidad luminosa

luminous intensity) se corresponde con la intensidad radiante y su unidad de medida es la candela (cd). La intensidad luminosa permite evaluar cuanta parte del flujo luminoso de una fuente luminosa puntiforme se propaga en una determinada dirección dentro de un cono de ángulo sólido unitario (es decir, de un estereorradián) que tenga el vértice en la fuente de luz y como eje, la dirección de propagación.
La candela es una de las siete unidades básicas del Sistema Internacional y su definición oficial es: "La intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente luminosa que emita una radiación monocromática de frecuencia 540 terahercios y cuya intensidad radiada en esa dirección sea de 1/683 vatios por estereorradián".

Intensidad luminosa y diferentes tipos de fuentes
En fotometría, se denomina fuente puntual a aquella que emite la misma intensidad luminosa en todas las direcciones consideradas. Un ejemplo práctico sería una lámpara. Por el contrario, se denomina fuente o superficie reflectora de Lambert a aquella en la que la intensidad varía con el coseno del ángulo entre la dirección considerada y la normal a la superficie (o eje de simetría de la fuente).
Unidades
Una candela se define como la intensidad luminosa de una fuente de luz monocromática de 540 THz que tiene una intensidad radiante de 1/683 vatios por estereorradián o aproximadamente 1.464 mW/Sr. La frecuencia de 540 THz corresponde a una longitud de onda de 555 nm, que se corresponde con la luz verde pálida cerca del límite de visión del ojo. Ya que hay aproximadamente 12.6 estereorradianes en una esfera, el flujo radiante total sería de aproximadamente 18.40 mW, si la fuente emitiese de forma uniforme en todas las direcciones.

Una vela corriente produce con poca precisión una candela de intensidad luminosa.
En 1881 Jules Violle propuso la Violle como unidad de intensidad luminosa. Fue la primera unidad de intensidad que no dependía de las propiedad de una lámpara determinada. Sin embargo fue sustituida por la candela en 1946.

La iluminación

. En la técnica se refiere al conjunto de dispositivos que se instalan para producir ciertos efectos luminosos, tanto prácticos como decorativos. Con la iluminación se pretende, en primer lugar conseguir un nivel de iluminación, o iluminancia adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado, nivel que dependerá de la tarea que los usuarios hayan de realizar.
En religión se denomina iluminación al esclarecimiento religioso interior místico experimental o racional.
Existen tres elementos que condicionan la iluminación fílmica:
El movimiento de los actores y objetos delante de la cámara
La sucesión de un plano a otro y la continuidad de luz entre ambos.
La rapidez de sucesión de los planos.
Estilos de iluminación
De manchas: distribuye por las superficies y perfiles del decorado, que se encuentra escasamente iluminado por una débil luz difusa, todo un conjunto de manchas luminosas.
De zonas: crea una serie escalonada de zonas de luz de mayor a menor luminosidad. De esta forma, se centra la atención, se ayuda a expresar la distancia y crea un ambiente.
De masas: imita el efecto natural de la luz.

Explicar por que la luz puede reflejase

Se dice eso porque en efecto podemos ver todo tipo de objetos en la medida que puedan reflejar luz que llega a nuestros ojos. Una mesa, una silla, nosotros, no emitimos luz por nosotros mismos. Como dijo Azshana si se "apaga" la luz (suponiendo que estemos en un cuarto cerrado, de noche) la ausencia de luz de lámpara hace que no podamos ver lo que hay en la habitación. Cuando se enciende la lámpara o tubo de luz, la misma se esparce y todos los cuerpos presentes reflejan una parte. Nosotros vemos la luz reflejada que viene directamente del objeto a nuestros ojos.No sólo eso sino que según los materiales o composición química de sus superficies los cuerpos absorben ciertos "colores" (luz de determinadas frecuencias) y reflejan otros y el color con que lo identificamos es el que no fue absorbido por dicho cuerpo y por ende lo reflejó.Lo del radar y sonar son ejemplos pero no muy coincidentes porque ahí el receptor está ubicado en casi el mismo lugar que el emisor de la señal, se busca captar lo que regresa al punto emisor. Pero nosotros captamos la luz de objetos, o sea los vemos, con la luz emitida por otras fuentes: el sol, el reflejo de la luna (que no es luz propia sino del sol), fuentes artificiales como las lámparas, tubos, el fuego si es provocado a propósito (como las antorchas) porque si es el de un volcán, por ejemplo, sería también natural. Estas otras fuentes están en otra posición, no en nosotros. Antiguamente los griegos creían que la luz se emitía de nuestros ojos, pero eso no explicaba porque no se veía de noche,

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. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua,

La reflexión es un fenómeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de separación de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos) y está regida por la ley de la reflexión La dirección en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipo de superficie. Si es una superficie brillante o pulida se produce la reflexión regular en que toda la luz sale en una única dirección. Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexión difusa. Y, por último, está el caso intermedio, reflexión mixta, en que predomina una dirección sobre las demás. Esto se da en superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.

Reflexión especular:

Ocurre cuando los rayos luminosos que caen en una superficie reflectora muy plana son reflejados de modo que el ángulo incidente es igual al ángulo reflejado .
Leyes de la reflexión regular y especular
Cuando la superficie reflectante es muy lisa ocurre una reflexión de luz llamada especular o regular.

Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:
El rayo que incide, el rayo reflejado y la normal con relación a la superficie de reflexión en el punto de incidencia, deben estar en el mismo plano (mismo medio).
El ángulo formado entre el rayo que incide y la normal es igual al ángulo que existe entre el rayo reflejado.