AÑO INTERNACIONAL DE LA LUZ
¿QUÉ ES LA LUZ?
Una forma de energía, lo que nos
permite ver, una onda….Y de verdad ¿qué es la luz? Bueno esta pregunta no es
tan fácil de contestar como se podría pensar. De hecho, las teorías o modelos
sobre la Naturaleza de la luz, han sido muy variados desde los inicios de la
Humanidad. Está claro que ese “algo que nos permite ver” debe haber despertado
la curiosidad de los seres humanos desde que aparecieron sobre la Tierra. No
nos podemos remontar tanto, no hay testimonios escritos que nos permitan saber
lo que pensaban de la luz los hombres de Atapuerca, pero sí podemos repasar
algunas de las primeras ideas “científicas” a cerca de la luz.
Todas las civilizaciones de las
que se tienen constancia se han preocupado por la Naturaleza de la luz, pero
para no ser excesivamente ambiciosos, empezaremos en los griegos, considerados
habitualmente el origen de nuestra civilización.
En la época griega no podemos
hablar realmente de científicos en el sentido en que lo entendemos ahora, no
había un cuerpo científico bien desarrollado, los filósofos, los sabios,
trataban de entender el mundo que les rodeaba, de desprenderse de la
interpretación mitológica de la realidad, y en ese intento observaban la
Naturaleza y trataban de explicarla. Ponte en su lugar, hace 2500 años no se
sabía de la Naturaleza tanto como ahora, así que era todo un reto.
En realidad los filósofos griegos
no se preocuparon tanto por la naturaleza de la luz como por los fenómenos
relacionados con la visión. ¿Por qué vemos? ¿Por qué se producen las sombras?
¿Por qué aparecen los colores? Como ves hay muchos misterios por resolver. ¿Lo
intentamos?
Para Pitágoras, en el siglo VI
a.C., vemos los objetos porque de ellos emanan una serie de rayos luminosos que
viajan en línea recta hacia nuestro ojo. La propagación en línea recta
explicaría también las sombras, no está mal para un primer intento. ¿Se te
ocurre como probar que esta teoría no es cierta? Apaga la luz. Si la luz fuera
algo que emana de los objetos, en una habitación a oscuras, los objetos
seguirían siendo visibles. Sin embargo, algo de verdad sí que hay ¿no te
parece?
Avancemos un poco en la historia,
estamos a principios del siglo V a.C. y nos encontramos a otro gran filósofo,
Empédocles. Empédocles pensaba que la luz estaba constituida por unos efluvios,
unos vapores, que eran desprendidos por fuentes incandescentes (como el Sol),
nuestros ojos, y algunos objetos. Os puede parecer que no es muy distinta de la
teoría de Pitágoras, pero sin embargo tiene una diferencia fundamental, no son
sólo los objetos los que emiten, sino también nuestro ojo. Es decir, la visión
es una combinación de los “vapores” emitidos por los objetos y los emitidos por
nuestro ojo. Platón a finales de este mismo siglo, “perfeccionó” el modelo.
Para Platón la visión surge del contacto entre unas pequeñas partículas
emitidas por nuestro ojo y un sutil capa (vapor, efluvio, llámalo como quieras,
Platón lo llamó eidola) emitida por los objetos. Parece que nos vamos
acercando, si cerramos los ojos o apagamos la luz, no vemos, tanto nuestros
ojos como los objetos intervienen en la visión, pero quedan muchas preguntas
sin respuesta. Si lo que vemos son emanaciones, imágenes emitidas por el objeto
y que viajan por el aire, ¿qué pasa cuando las imágenes de diferentes objetos
chocan? ¿qué vemos?, ¿cómo caben en nuestro ojo las imágenes que llegan de
objetos grandes?...Seguro que a ti se te ocurren más preguntas que para los
griegos quedaban sin resolver.
A pesar de todo, estas teorías no
son tan disparatadas, sobre todo si consideramos sólo el proceso de la visión.
¿Qué diríamos ahora? Los cuerpos incandescentes, como el Sol o una bombilla,
emite unos rayos de luz (esto ya lo decía Empédocles), cuando esos rayos chocan
con los objetos son reflejados (eidola de Platón, efluvios de Pitágoras…) y
alcanzan nuestro ojo, donde excitan las células sensibles a la luz, conos y
bastones, no tan lejos de la imagen propuesta por Platón. Los rayos de luz
viajan en línea recta, por lo que si interponemos un obstáculo en su camino,
veremos una sombra.
Daremos un salto en la Historia
para llegar al siglo X d.C. Ibn-al-Haytam (Alhazén para los occidentales)
propuso un modelo que ya es capaz de contestar algunas de estas preguntas, no
todas, para eso habrá que esperar aún más. Para Alhazén todos los puntos de los
cuerpos luminosos o iluminados (que no es lo mismo) emiten luz en todas
direcciones, nuestra visión de cada uno de esos puntos se produce cuando el
cono de rayos de luz que procede de ellos, llega a nuestro ojo. Además es capaz
de explicar algunos fenómenos como la reflexión o la refracción. Pero ¿en qué
consisten esos fenómenos? Abandonemos la Historia momentáneamente y…juguemos
con la luz.
El viaje de la luz
La luz viaja en línea recta. Las
sombras aparecen cuando la luz encuentra en su camino objetos opacos (que no
dejan pasar la luz). Si la luz pudiera “torcerse” y bordear los objetos no
habría sombras. Pero no todos los objetos son opacos, algunos son transparentes
(dejan pasar la luz a su través) ¡y ese es el truco! ¿Sabes a qué velocidad
viaja la luz? En un segundo es capaz de recorrer 300000 km. Esta es una cifra
tan grande que es difícil de imaginar,
probablemente te hagas una idea de lo rápido que viaja, si te digo que en el
tiempo de un parpadeo, la luz podría hacer un recorrido de ida y vuelta a
…¡Australia!
Actividad 1: La luz viaja en línea recta
Material necesario: Una linterna,
un objeto cualquiera, una cartulina (a ser posible negra) con un agujero.
Coloca el objeto elegido delante
de una superficie clara e ilumínalo desde con la linterna, la sombra del objeto
se proyecta sobre la superficie ¿la ves? También podrías jugar a hacer sombras
con las manos sobre una pared, es muy divertido, se llaman sombras chinescas.
También se puede ver la propagación rectilínea de la luz con una cartulina (a
ser posible negra) con un agujero en el centro. Ilumina la cartulina desde un
lado con la linterna ¿Qué ves?
Reflexión y Refracción
Un rayo de luz llega a la
superficie entre dos medio, por ejemplo la superficie del agua en un vaso,
resulta que la luz no puede viajar igual de deprisa por el agua que por el
aire, entonces ¿qué pasará? Podemos decir que cuanto más denso sea un medio más
despacio viajará la luz. Piensa en lo que ocurre si vas corriendo desde la
playa hacia el mar, al principio, cuando cubre poco no pasa nada, pero cuando
el agua nos llega por la cintura, nos movemos más despacio, y por eso nos
desviamos de nuestra trayectoria original.
Y la refracción es responsable de
otros efectos como la distorsión de las imágenes, los espejismos o la reflexión
total.
¿Quieres ver algunos?
Actividad 2: La luz viaja en línea recta…pero no siempre. El fenómeno
de refracción.
Material necesario: Un vaso medio
lleno de agua, un lápiz o una varilla recta.
Si metes el lápiz en
el agua perpendicularmente no pasa nada, sin embargo si inclinas el lápiz
respecto a la superficie del agua, verás que parece que se ha partido. Si
observas la imagen de los dos vasos con la pajita retorcida verás que en el
azul, la paja se “rompe” cuando la vemos a través del cristal y de nuevo cuando
entra en el agua y vemos la imagen de la paja través del líquido, al salir del
agua y luego salir del vaso se” rompe” de nuevo pero ahora hacia el otro lado,
por eso por encima del vaso siempre se ve bien. Eso es porque la luz primero
pasa de un medio en el que se mueve más rápido a uno en el que va más lento
(cuando entra en el vaso) y luego (cuando sale del vaso) pasa de un medio en el
que va más lento a otro en el que va más rápido.
Hemos dicho que si metes el lápiz
o la pajita en el vaso perpendicularmente a la superficie del agua no se
observa refracción, hay que inclinar un poco el lápiz, pero ¿y si seguimos inclinando? Un rayo de luz que
entrase en el agua (en general en un medio transparente más denso que el
aire) llegaría a “darse la vuelta” y
volver a entrar en el agua. Esto es lo que conocemos como reflexión total
Actividad 3: Reflexión total
Material necesario: Una cubeta de
plástico transparente medio llena de agua y un puntero láser (asegúrate de que
es seguro para el ojo mirando la etiqueta).
Y también podemos construir un
“cable” de luz, técnicamente se llama una guía de luz.
Actividad 4: Construimos una guía de luz
Material necesario: Una botella
de plástico (mejor de litro o litro y medio) llena de agua y un puntero láser
Haz un agujero en la botella, más
o menos hacia la mitad, llena la botella de agua (mantén tapado el agujero para
que no se salga el agua). Ilumina la botella desde el lado opuesto al del
agujero y a la misma altura, y ahora destapa el agujero y deja que salga el
chorrito de agua. ¿Ves cómo parece que la luz está contenida en el chorro? Así
funcionan las guías ópticas por las que se transmiten los datos cuando navegas
por la red o envías un correo electrónico.
Volvamos a nuestra historia. Nos
habíamos quedado en el siglo X con Alhazén. Su obra tuvo una gran influencia en
toda Europa, sus ideas recogidas por científicos como Roger Bacon (1214-1294) o
Witelo (c.1237-1290) despertando un gran interés, que permitió el progreso y el
desarrollo de instrumentos hoy cotidianos como las lentes, que llevó a la
aparición de las gafas para corregir defectos visuales. El perfeccionamiento
progresivo de estos instrumentos permitió el desarrollo de otros más complejos
y de gran importancia en la ciencia y tecnología posterior: la cámara oscura,
base de la cámara fotográfica, el telescopio o el microscopio, no serían
posibles sin un buen conocimiento de la distorsión de las imágenes al atravesar
distintos medios.
¿Sabrías construir una lente?
Actividad 5: ¿Hacia dónde apunta la flecha?
Material necesario: Un
frasco de cristal o de plástico transparente vacío, agua y una flecha de
cartulina (o un papel con una flecha pintada).
Mira la flecha a través del
frasco vacío ¿hacia dónde apunta la flecha? Ahora, ahora poder seguir mirando,
pide a alguien que vaya llenando el frasco de agua, llega un momento en que
estás viendo la flecha a través del agua ¿hacia dónde apunta?
Si no tienes a nadie que te pueda ayudar lo puedes
hacer tú solo, basta con que dejes el frasco medio lleno y muevas verticalmente
la flecha de manera que la veas alternativamente a través del aire o el agua
contenida en el frasco.
En el siguiente enlace
puedes encontrar una serie de actividades para entender qué es la reflexión, la
refracción o cómo se forma el arco iris.
El arco iris…¿sabes cómo se forma
o por qué el cielo es azul? ¿Te has fijado en que el cielo cambia de color
según la hora del día.
Actividad 6: El cielo en un frasco
Material necesario: Un frasco
transparente con agua, una linterna, un poco de leche (1/ de taza) y una
cuchara.
Coloca
la linterna detrás del frasco con agua, de manera que la luz “atraviese” el
agua. Observa lo que ocurre. A continuación echa una cucharada de leche en el
agua e ilumina de nuevo con la linterna ¿qué ves ahora? Continúa añadiendo
cucharadas de leche, removiendo e iluminándolo. Si te has fijado bien a medida que
vas echando la leche en el agua, esta va cambiando de color pasando del azul
del amanecer al rosado del atardecer.
Cuando haces pasar la luz a
través de agua clara, no se ve nada, es porque no ay ninguna partícula capaz de
dispersar la luz, que es lo que nos permite verla ¿alguna vez has visto el aire
iluminado por una rendija de luz en una habitación oscura?. Ves algo parecido a
la fotografía. El cono de luz que vemos es el resultado de la dispersión de la
luz en las partículas de polvo suspendidas en el aire, si no hubiera
dispersión, la luz pasaría sin que “la viéramos”. Es lo mismo que pasa al echar
la leche en el agua. Pero ¿por qué cambia de color? La luz blanca está formada
por una combinación de colores que van del violeta al rojo. Los azules se dispersan
más, incluso con poca leche hay dispersión de las componentes azules de la luz,
y ese es el color que vemos. Cuando hay más leche los azules sufren tantas
dispersiones que dejamos de verlos, sin embargo vemos los rojos que ahora, con
más leche, también se dispersan. Y esto ¿qué tiene que ver con el cielo? A
mediodía los rayos de Sol inciden verticalmente en la Tierra, y por tanto
recorren menos camino a través de la atmósfera que al amanecer o el atardecer
cuando están muy inclinados respecto a la superficie de la Tierra. Las
componentes azules de la luz llegan a nosotros y por eso vemos el cielo más
azul a mediodía. Al atravesar una capa
más gruesa de atmósfera, la dispersión es mayor , los azules se dispersan
sucesivas veces y acaban por no llegar a la superficie de la Tierra, sin
embargo los rojos que antes apenas se dispersaban, al atravesar una capa de
atmósfera más gruesa sí lo hacen y por tanto al atardecer vemos el cielo rojizo.
Actividad 7: Un arco iris casero
Material necesario: Un tazón con
agua, un espejo pequeño (de bolsillo), una hoja de papel blanco, luz solar
directa.
Sujeta el espejo dentro del
tazón, de tal manera que la mayor parte del espejo quede debajo del agua y
refleje la luz del sol. Coloca el papel enfrente del espejo de manera que la
luz reflejada incida sobre él. ¿Qué ves?
Efectivamente la luz blanca
proveniente del Sol, se ha separado en luz de diferentes colores formando un
arco iris, pero ¿somos capaces de ver todo los colores? Si miramos el arco iris
vemos como los colores pasan de violeta a rojo, pero a los lados de estos
colores, hay otros que el ojo humano no percibe. No todos los animales perciben
los mismos colores, hay animales que son capaces ver lo que llamamos
infrarrojo, que aparecería en el arco iris a la derecha del rojo. También hay
colores que no vemos y que deberían aparecer a la izquierda del violeta. Esta
luz es peligrosa porque aunque no la veamos puede dañar nuestra piel, por eso
hay que ponerse protectores solares cuando vamos a la playa.
Actividad 8: La luz que no se ve
Material que necesitas: Un mando
a distancia y un teléfono móvil con cámara.
Sólo tienes que hacer una foto
del emisor del mando mientras pulsas cualquier botón. Tú no ves la luz, pero la
cámara del teléfono móvil si tiene un detector capaz de ver ese “color.
¿Recuerdas lo que decía Platón?
Hace falta el contacto entre unas partículas que “emanan” de nuestros ojos y
otras (eidola) que “emanan” de los objetos, hoy diríamos un emisor (el mando) y
un receptor sensible (la cámara), quizá suene más científico pero no es muy
distinto.
Desde luego la historia de la luz
no acabó aquí, seguro que has oído hablar de grandes científicos como Kepler,
Newton, Fresnel, Fermat, Huygens, Einstein….todos ellos aportaron grandes ideas
para entender un poco mejor lo que es la luz. Esa historia la continuaremos
otros día, de momento ¿a qué te has divertido aprendiendo cosas nuevas sobre la
luz?.
Enlaces
interesantes con actividades muy variadas para todas las edades
La distancia
más corta entre dos puntos ¿una línea recta? http://skciencia.es/post/82923814557/la-distancia-mas-corta-entre-dos-puntos-una
Cuando la luz
se tuerce, https://curiosidadcientifica.wordpress.com/2009/02/11/cuando-la-luz-se-tuerce/
La ilusión de
la gran luna llena y la visión 3D, http://revolucioncientifica.com/curiosidades%20cientificas/la%20ilusion%20de%20la%20gran%20luna%20llena%20y%20la%20vision%203d.asp
Optical Society of America: Educational Resources
http://www.osa.org/en-us/membership_education/youth_education/
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