La luz, una buena onda

El estudio de la luz, que también se denomina óptica, se analizará en dos partes Propagación de la luz, en que abordaremos la óptica sobre la base del concepto de rayo (razón por la cual se denomina óptica geométrica) y Naturaleza de la luz, en el que abordaremos la óptica considerando la luz como un fenómeno ondulatorio (en este caso hablaremos de óptica física).

1. Propagación de la luz2.1. Tipos de cuerpos

La luz no se propaga con igual facilidad en todos los medios materiales, los cuales pueden ser:
Transparentes: dejan pasar la luz, y la visión a través de ellos es nítida.
Opacos: no permiten el paso de la luz.
Translúcidos: dejan pasar la luz, pero la visión que se percibe no es nítida.

Sin embargo, la distinción entre cuerpos transparentes, opacos ytranslúcidos depende de su espesor; piénsese, por ejemplo, en el agua: para espesores pequeños se comporta como un medio transparente mientras que en espesores mayores, como en el mar, no es posible ver nítidamente los objetos. Ello es debido a que los medios materiales, incluidos los transparentes, absorben parte de la luz que reciben.
Diversas experiencias ponen de manifiesto que, en un mediotransparente y homogéneo, la luz se propaga en línea recta. La recta que muestra la dirección de propagación de la luz se denomina rayo. Algunas de estas experiencias son: la formación de sombras y penumbras, la formación de imágenes en la cámara oscura, los eclipses, etc.
Los eclipses se producen como consecuencia de la propagación rectilínea de la luz. El eclipse de Sol se produce cuando la Luna seinterpone entre el Sol y la Tierra (queda eclipsado el Sol). El de Luna, la Tierra se interpone entre la Luna y el Sol.

2.2. La rapidez de la luz

Según las referencias históricas, quien primero intentó medir la rapidez de la luz fue Galileo Galilei (1564-1642) haciendo señales con una lámpara a otra persona situada a una distancia conocida. Si bien el método empleado por Galileo era correcto,no le fue posible determinarla.
El primero en medir esta rapidez, en 1675, fue el astrónomo danés el Olaf Römer (1644 – 1710) por medio de la observación de los satélites de Júpiter. Ellos giran alrededor de este planeta demorando cierto tiempo en completar una órbita. Cuando el planeta se encuentra más alejado de la Tierra, el movimiento de sus satélites parece retrasarse debido a que la luz queproviene de ellos demora más tiempo en recorrer una distancia mayor.

La precisión obtenida con este método no fue muy buena, pero tuvo el mérito de probar que la luz no se propagaba de forma instantánea. En 1849, Hippolyte Fizeau (1819 – 1896) mide la velocidad de la luz dentro de un laboratorio. Su método consistió en interceptar un rayo de luz reflejado en un espejo con los dientes de unarueda giratoria. El resultado de las mediciones indicaba que la luz tendría una rapidez de 313.274 km/s en el aire. Años más tarde, en 1880, el físico estadounidense Albert Michelson (1852-1931) logra mayor exactitud con una técnica similar. Su método consiste en hacer girar con la rapidez exacta un sistema de espejos en el que se refleja un rayo de luz. Hoy se define la rapidez de la luz, en elvacío, como 299.792.456 m/s y se la designa con la letra “c”. Para efectos de cálculo, emplearemos la aproximación c = 3 × 108m/s.

2.3. Los fenómenos de luz y sombra
Solamente mirando el borde de un objeto, como el marco de una puerta o una regla, sabemos si éste se ajusta o no a una recta. ¿Por qué? Porque intuitivamente partimos del hecho de que la luz se propaga en línea recta. Otra evidenciade su propagación rectilínea
surge del análisis de las sombras. Si un punto P emite luz, una esfera opaca Q producirá en una pantalla o telón una sombra circular, tal como se ilustra en la figura.

Por otra parte, una mitad de la esfera estará iluminada y la otra estará sumida en la oscuridad total. Si la fuente no es puntual, como se aprecia en la figura, veremos además una zona de...