JUAN MANUEL RIVERA JUÁREZ Y ELVA CABRERA MURUATO*
JUAN MANUEL RIVERA JUÁREZ Y ELVA CABRERA MURUATO*

La ley de la reflexión establece que el ángulo de reflexión debe ser igual al de incidencia. La ley de la refracción es algo más complicada. Mientras que el camino de un rayo reflejado queda completamente determinado por la geometría, la refracción obliga a tener en cuenta las propiedades de la luz y las propiedades del medio. La velocidad de la luz en el vacío es invariante. En cambio, la velocidad de la luz en un medio material está determina por las propiedades del medio. Al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en una sustancia se le denomina índice de refracción de esa sustancia. El índice de refracción del aire es poco mayor que la unidad; para el agua vale aproximadamente 1.33. Si un rayo de luz pasa del aire al agua, se retarda al pasar la superficie de separación; si incide oblicuamente sobre dicha superficie, el cambio de velocidad se traduce en un cambio de dirección. Una de las características más notables del arco iris son sus colores. Newton los explicó, en 1666, mediante sus experimentos con los prismas. Tales experimentos demostraron no solamente que la luz blanca es una mezcla de colores, sino también que el índice de refracción difiere para cada color, efecto llamado dispersión. Se deduce, por tanto, que cada color o longitud de onda de la luz debe tener su propio ángulo de arco iris; lo que observamos en la naturaleza es una reunión de arcos monocromáticos, cada uno ligeramente corrido respecto al anterior. Partiendo de sus mediciones del índice de refracción, Newton calculó que el ángulo del arco iris es de 137 grados y 58 minutos para la luz roja y de 139 grados y 43 minutos para la luz violeta. La diferencia entre ambos es de 1 grado y 45 minutos, que debería ser la anchura del arcoíris si los rayos de luz solar incidente fueran exactamente paralelos. Con sus aportaciones, Descartes y Newton explicaron las características más importantes del arco iris. Explicaron la existencia de los arcos primario y secundario, de la zona oscura que los separa, calcularon sus posiciones angulares y también describieron la dispersión de la luz difundida formando un espectro. Todo ello se consiguió usando exclusivamente la óptica geométrica. Sin embargo, las dos teorías adolecían de una explicación sobre los arcos supernumerarios. La incapacidad de una explicación requería la comprensión de ideas más sutiles sobre la naturaleza de la luz. El efecto óptico escondido tras el fenómeno de los arcos supernumerarios lo descubrió Thomas Young, en 1803, cuando demostró que la luz era capaz de producir interferencia, fenómeno que ya era conocido por el estudio de las olas en el agua. La superposición de las ondas producidas en cualquier medio puede dar lugar bien a un refuerzo (cresta sobre cresta) o a una anulación (cresta sobre valle). Cresta es la parte más elevada de una onda. Valle es la parte más baja. Longitud de onda es la distancia comprendida entre dos cresta o dos valles. Young demostró la interferencia de las ondas luminosas haciendo pasar un delgado haz de luz monocromática (luz formada por componentes de un solo color) a través de dos orificios de diámetro muy pequeño y observando las franjas alternativamente iluminadas y oscuras que se producían. Young señaló la relación entre su descubrimiento y los arcos supernumerarios del arco iris. Los dos rayos desviados en la misma dirección por una gota son estrictamente análogos a la luz que pasa a través de los dos agujeros en el experimento de Young. Con la teoría de la interferencia de Young, se explicaban todas las características importantes del arco iris, al menos de forma cualitativa y aproximada. Sin embargo, faltaba una teoría cuantitativa (matemática) capaz de predecir la intensidad de la luz desviada en función del tamaño de las gotas y del ángulo de desviación.

 

jmrivera@fisica.uaz.edu.mx

http://fisica.uaz.edu.mx/~jmrivera


Los comentarios están cerrados.