Léon Foucault

Léon Foucault vía Wikimedia commons

En 1862Léon Foucault modificó el sistema de Fizeau empleando un espejo giratorio en lugar de la rueda dentada y obtuvo un valor mucho más preciso: 298 000 Km/s. Veamos cuál es el fundamento de su método.

El sistema experimental de Foucault es más simple, aunque más delicado de fabricar: consiste en un espejo que gira a gran velocidad con el eje de giro situado en el foco de un espejo parabólico. El rayo de luz producido por la fuente S se refleja en el camino de ida en el espejo plano giratorio M y continúa hasta el espejo parabólico P. Allí se refleja de nuevo y comienza el camino de vuelta. Se refleja de nuevo en el espejo giratorio y produce una señal luminosa sobre una pantalla.

Esquema del experimento de Foucault

Cuando el espejo gira a una velocidad suficientemente elevada para que el tiempo que tarda en dar una vuelta sea comparable al tiempo que tarda la luz en ir y volver en su recorrido, la señal luminosa se observa a una distancia fácilmente medible del orificio por el que sale el rayo luminoso. En estas circunstancias es fácil determinar el ángulo que se ha desviado el rayo.

Como se conoce la velocidad de rotación, se determina el tiempo que ha tardado el espejo en girar la mitad de ese ángulo. En este tiempo la luz ha recorrido y de esa cifra se obtiene el valor de la velocidad.

Detalle de la recepción del rayo en el esquema del experimento de Foucault

La velocidad del espejo fue de 400 revoluciones por segundo y la distancia entre el espejo giratorio y el espejo fijo era de 5 metros.

Pero el experimento de Foucault tenía una ventaja enorme: el recorrido de la luz, de tan sólo 5 metros, podía hacerse por un tubo lleno de agua y medir, por primera vez en la historia, la velocidad en un medio transparente.

El resultado de ese experimento era crucial en su tiempo, 1850. Recordemos que la teoría corpuscular de la luz implicaba que la velocidad de la partícula luminosa aumentaba al pasar del aire al agua acercándose a la normal, en contra de lo que implicaba el modelo ondulatorio. El resultado fue concluyente:

Velocidad de la luz en el aire= 300.000 km/seg

Velocidad de la luz en el agua= 226.000 Km/seg

La luz tiene naturaleza ondulatoria

Jugando con estos números, algo a lo que los científicos son muy aficionados, se llega a que el cociente de la velocidad de la luz en el aire y la velocidad de la luz en el agua es justamente el índice de refracción del agua:

Velocidad de la luz en el aire / Velocidad de la luz en el agua = 300.000 / 226.000 = 1,33 = índice de refracción del agua

Ley de Snell

Esta relación se repartió con otros líquidos y se comprobó que se cumplirá en todos los casos. Así que se dio por buena y supuso que era de aplicación universal, al menos hasta que algún experimento demostrara lo contrario.

Así pues, si queremos saber la velocidad de la luz en cualquier medio, lo único que tenemos que hacer es hallar su índice de refracción respecto al aire y dividir, por ejemplo, C entre n. Si tenemos tres medios superpuestos, por ejemplo, aire, agua y vidrio, el proceso es fácil de entender. La Ley de Snell nos proporciona los valores de todos los ángulos del proceso. Podemos realizar muchos experimentos que pongan en evidencia este efecto; el más sencillo es el de medir la distancia focal en una lente en el aire y medirla de nuevo cuando se encuentra sumergida en agua.

Continuemos con las aportaciones de Fizeau y Foucault en las siguientes páginas.


 

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La medida de la velocidad de la luz. (2005). Sala de Óptica. Museo Virtual de la Ciencia del CSIC.
Autores: José María López Sancho / Esteban Moreno Gómez / María José Gómez Díaz
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