La naturaleza de la luz

El estudio de la luz ha dado lugar a destellos de la intuición, la imaginación y la creatividad sin parangón en los demás campos de la actividad mental. Su historia ilustra, mejor que la de cualquier otra rama de la física, la apasionante aventura de la elaboración de una teoría.

Estas palabras de Sir J. J. Thomson (premio Nobel de física 1906) fueron escritas en 1925: cuando faltaba por recorrer, sin duda, la parte más apasionante del camino.

La naturaleza de la luz: ¿ondas o corpúsculos?

Un movimiento ondulatorio se caracteriza por el transporte de energía a través de un medio elástico sin que haya transporte del material que constituye el medio. El ejemplo más claro es el de las ondas transversales producidas en una cuerda. Veámoslo en la siguiente animación: activa el movimiento presionando sobre "Reproducir":

Las partes de la cuerda se desplazan periódicamente en una dirección transversal al movimiento (de ahí el nombre de la onda) pero su posición media permanece constante. En cambio el movimiento de la cuerda (su energía) se desplaza a lo largo de la cuerda.

En la animación está señalada la longitud de onda, λ:

La longitud de onda λ se define como la distancia entre los puntos equivalentes de dos ondas contiguas (en la animación hemos elegido dos máximos)

La elongación X de un punto se define como la distancia desde la posición de ese punto a la posición de reposo de la cuerda. La amplitud, A, es la elongación máxima, es decir la distancia entre un punto de elongación máxima y su posición de equilibrio

Existe otro tipo de movimiento ondulatorio en el que el medio se desplaza periódicamente a lo largo de la dirección de propagación, en cuyo caso las ondas reciben el nombre de longitudinales. Pero en este caso, como en el anterior, la posición media de las partículas que oscilan permanece constante.

La transmisión del sonido en el aire es un ejemplo de ondas longitudinales. El caso más simple corresponde a las ondas longitudinales producidas en un muelle de los que emplean los niños para jugar, que es fácil de adquirir y emplear en las demostraciones de clase. En la animación siguiente está representado esquemáticamente este caso:

En este caso la longitud de onda λ está definida como la distancia entre los puntos equivalentes de dos ondas contiguas (en la animación dos puntos de máxima concentración)

En este caso la elongación X de un punto, se define como la distancia desde la posición de ese punto a la posición de reposo del muelle. La amplitud, A, es la elongación máxima. Obsérvese que el movimiento del medio por el que se desplaza la onda es semejante en ambos movimientos, pero se produce en direcciones deferentes

Todas estas magnitudes que hemos definido se pueden observar en la siguiente animación, donde se comparan ambos movimientos ondulatorios, transversal y longitudinal, en el caso de un medio material formado por partículas. En cada uno de estos tipos de onda las partículas del medio que oscila lo hacen de la misma forma, oscilando armónicamente, pero en direcciones diferentes. En el caso del movimiento longitudinal las líneas verticales de color indican las posiciones de equilibrio de las partículas:

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