Conceptos Fundamentales de la Luz y los Cuerpos

Cuerpo Iluminado

Un cuerpo iluminado es aquel que no emite luz propia, sino que se hace visible porque refleja la luz que recibe de un cuerpo luminoso. Ejemplos: la Luna, los planetas, una mesa, una pared.

Cuerpo Luminoso

Es aquel que emite luz propia, es decir, que produce radiación luminosa gracias a procesos físicos, químicos o eléctricos. Ejemplos: el Sol, las estrellas, una lámpara eléctrica, una vela, una linterna, etc.

Clasificación de Cuerpos Luminosos según la Fuente de Luz

• Naturales: Producen luz por sí mismos en la naturaleza. Ejemplos: el Sol, las estrellas y las luciérnagas.
• Artificiales: Creadas por el ser humano para emitir luz. Ejemplos: una lámpara, una vela, un fósforo.

Clasificación de los Cuerpos Iluminados

Según la forma en que interactúan con la luz, los cuerpos iluminados pueden ser:

• Opacos: No dejan pasar la luz a través de ellos, impidiendo ver lo que hay detrás. Producen sombra y penumbra. Ejemplos: una madera, metal, un trozo de hierro.
• Transparentes (Refracción y Reflexión): Dejan pasar la luz casi totalmente y permiten ver nítidamente los objetos que se encuentran detrás de ellos. Los materiales transparentes tienen otro efecto interesante sobre la luz: la refractan, lo que significa que al entrar la luz en el material, cambia su dirección de propagación. Ejemplos: un vidrio limpio, agua, aire.
• Translúcidos o Semitransparentes: Dejan pasar la luz, pero no de forma ordenada, por lo que no permiten ver con claridad a través de ellos; los objetos se ven borrosos. Ejemplos: papel manteca, vidrio esmerilado, cortinas finas.

Clasificación según el Estado Físico

• Sólidos: Vidrio, una mesa, una pared, un espejo.
• Líquidos: El agua.
• Gaseosos: Aire.

Fenómenos Físicos de la Luz al Interactuar con los Cuerpos

Cuando la luz incide sobre un cuerpo, puede experimentar distintos fenómenos:

Reflexión

La luz «rebota» en la superficie del cuerpo. Este fenómeno permite ver los cuerpos iluminados.

Puede ser:

• Especular: Ocurre en superficies lisas y pulidas, como en un espejo, donde los rayos reflejados mantienen un ángulo definido. Ejemplos: oro, plata, láminas de cromo.
• Difusa: Ocurre en superficies rugosas o irregulares, donde la luz se refleja en distintas direcciones, lo que permite ver los objetos. Ejemplos: el papel blanco mate, la nieve, techos de yeso son superficies que producen una reflexión totalmente difusa.
• Mixta o Compuesta: Es la suma de la reflexión especular y difusa, donde predomina una dirección sobre las demás. Se da en superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.

Refracción

Es el fenómeno físico que ocurre cuando un rayo de luz pasa de un medio transparente o translúcido a otro (sólido, líquido, gaseoso), produciendo un cambio en su dirección y velocidad. Ejemplo: la luz que pasa del aire al agua.

Absorción

Es un proceso muy ligado al color. Parte de la energía luminosa que incide sobre un cuerpo queda retenida en él, transformándose generalmente en calor u otra energía. Ejemplo: una remera negra absorbe más luz que una blanca y se calienta más al sol.

Transmisión

Es el paso de la luz a través de un cuerpo sin que sea absorbida ni reflejada por completo. No se produce ninguna alteración de la frecuencia de sus componentes monocromáticas. Se puede considerar una doble refracción.

• Si el cuerpo es transparente, la transmisión es casi total. Ejemplo: vidrio.
• Si es translúcido, la luz se transmite pero se dispersa en el interior. Ejemplo: papel manteca.
• Si es opaco, no transmite luz.

Hay tres tipos de transmisión:

• Regular: Si después de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria, se dice que la transmisión es regular, como ocurre en los vidrios transparentes.
• Difusa: Si la luz se difunde en todas direcciones, tenemos la transmisión difusa, que es lo que pasa en los vidrios translúcidos.
• Mixta: Si predomina una dirección sobre las demás, tenemos la transmisión mixta, como ocurre en los vidrios orgánicos o en los cristales de superficie labrada.

Dispersión

Es la separación de la luz blanca en sus colores (espectro visible) al pasar por un medio refringente. Ocurre porque cada color (longitud de onda) se desvía con un ángulo distinto. Ejemplo: un arcoíris.

Difracción

Es el fenómeno en que la luz, al encontrarse con un obstáculo o rendija, se curva o se propaga detrás de él.

Fuentes de Luz y su Producción

Definición de Fuente de Luz

Una fuente de luz es todo cuerpo capaz de emitir luz propia.

La luz no aparece «de la nada», sino que es una forma de energía que surge de la transformación de otro tipo de energía, de acuerdo con el Primer Principio de la Termodinámica (la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma).

Cómo se Produce la Luz según la Fuente

• El Sol y las Estrellas: En las estrellas, la luz se produce por reacciones nucleares de fusión en su interior. En el Sol, núcleos de hidrógeno se fusionan formando helio y liberan una enorme cantidad de energía, parte de la cual se transforma en energía luminosa y calorífica.
• Lámparas Incandescentes: Transforman energía eléctrica en energía luminosa y calorífica.
• Lámparas Fluorescentes y Luces LED: En las fluorescentes, la energía eléctrica excita un gas (generalmente vapor de mercurio), que emite radiación ultravioleta; luego el recubrimiento fluorescente convierte esa radiación en luz visible. En los LED, la energía eléctrica se transforma en luz gracias al fenómeno de electroluminiscencia en materiales semiconductores.
• El Fuego y las Velas: La energía química almacenada en el combustible (cera, madera, gas, etc.) se transforma en energía luminosa y calorífica durante la combustión.
• Relámpagos: Se producen por la descarga eléctrica entre nubes o entre nube y tierra. La gran corriente eléctrica calienta el aire a miles de grados y este emite luz de forma instantánea.

La Luz: Transformación de Energía

La luz siempre proviene de la transformación de otra energía:

• Nuclear → Luminosa (Sol, estrellas).
• Eléctrica → Luminosa (lámparas, LED).
• Química → Luminosa (fuego, vela, bioluminiscencia).
• Mecánica / Eléctrica → Luminosa (relámpagos).

Leyes Fundamentales de la Óptica

Índice de Refracción

El índice de refracción es un número que indica cuánto se desvía la luz cuando pasa de un medio a otro. Es el cociente entre la velocidad de propagación de la luz en el vacío y la velocidad de propagación de la luz en el medio correspondiente.

n = c/v

• c = velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/s).
• v = velocidad de la luz en el medio (agua, vidrio, aire, etc.).

Ley de Reflexión

La ley de reflexión es una regla fundamental de la óptica que describe cómo se comporta la luz (u otra onda) al rebotar en una superficie reflectante, como un espejo. La ley de reflexión establece que:

«El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.»

Cuando un rayo de luz choca con una superficie reflectante, forma un ángulo con la normal (una línea imaginaria perpendicular a la superficie en el punto de incidencia).

El ángulo de incidencia es el que forma el rayo que llega (incidente) con la normal.

El ángulo de reflexión es el que forma el rayo que se va (reflejado) con la misma normal.

Ambos ángulos están en el mismo plano de simetría (el plano de incidencia).

• Ángulo de incidencia = Ángulo de reflexión.
• Ambos rayos y la normal están en el mismo plano.