Las Propiedades de la Luz: Difracción e Interferencia, Refracción & Dispersión

Las Propiedades de la Luz. Parte II: Difracción e Interferencia, Refracción & Dispersión.

 

Difracción e Interferencia 

Son dos fenómenos que en mayor o menor medida se presentan juntos, a punto tal de que no siempre es fácil diferenciarlos por cuanto la difracción es un tipo de interferencia.

• Difracción: No obstante la regla general que vimos según la cual luz se propaga en línea recta, existe una excepción que se presenta cuando las ondas lumínicas se desvían de su trayectoria lineal, curvándose ligeramente.

Este fenómeno puede tener lugar ya sea cuando los haces de luz chocan con el borde de un cuerpo opaco, especialmente si se trata de objetos puntiagudos, o bien cuando atraviesan un obstáculo (se cuelan a través del mismo), siendo el caso más usual cuando la luz se propaga a través de una abertura estrecha.

• Interferencia: Es un fenómeno físico que tiene lugar cuando dos o más ondas se fusionan y como consecuencia de ello se genera una onda resultante que puede ser de mayor, menor o de igual amplitud, incluso puede también llegar a producir la anulación del movimiento ondulatorio. 






Refracción.

Ya en otro artículo hemos tratado el tema de la Propagación de la luz, siendo el principio general que los haces lumínicos se propagan en línea recta.

Ahora bien, el fenómeno de la refracción consiste en el cambio de dirección de la propagación que experimenta la luz (o cualquier otra radiación electromagnética) cuando pasa de un medio a otro que posee un índice refractivo diferente.

Este fenómeno se produce porque la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja, siendo que su velocidad al desplazarse a través del vacío es mayor que a través de la materia y viceversa.

De esta manera, cuando la luz cambia de medio, se produce un cambio en la distancia recorrida, siendo por un lado que la luz se propaga más rápidamente cuando lo hace a través del vacío, y por el otro lado cuanto más denso sea el medio por el cual se desplaza, menor será la velocidad y la distancia recorrida.

De esta forma, el fenómeno de la refracción se ve reflejado en los cambios que se producen en la velocidad de propagación de la luz que conllevan también un cambio también en la distancia recorrida por la luz, repercutiendo ello en la dirección de propagación de la luz.

Sin embargo, este efecto sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie en la cual se produce la transición de los medios con distintos índices de refracción distintos.

De esta manera, podemos observar que cuando la luz pasa de un medio a otro más denso, como ser cuando pasa del aire al vidrio, el rayo de luz es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el ángulo de incidencia.

Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción.






 

Dispersión

Este fenómeno se presenta cuando las ondas de distinta frecuencia (como lo son las que conforman el espectro visible) al atravesar un material se separan, descomponiéndose en sus diferentes longitudes de onda. 

En el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible, pero cuando atraviesa sustancias materiales la velocidad se reduce y varía para cada una de las distintas longitudes de onda.

Este fenómeno se produce prácticamente con todos los medios materiales ya que en mayor o menor medida todos producen efectos dispersivos sobre las ondas.

 Por otro lado, la velocidad de la penetración de la luz en un medio distinto del vacío está en relación con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviación, según el índice de índice de refracción de cada longitud de onda.

Debido a que el material absorbe y reemite la luz cuya frecuencia es cercana a la frecuencia de oscilación natural de los electrones que están presentes en él, esta luz se propaga un poco más despacio en comparación a luz de frecuencias distintas. 

Estas variaciones en la velocidad de propagación dependen del índice de refracción del material y hacen que la luz, para frecuencias diferentes, se refracte de manera diferente.

La luz blanca se descompone en estos colores principales: Rojo (que al presentar la mayor longitud de onda sufre la menor desviación), anaranjado, amarillo, verde, celeste, azul y violeta (que por ser el color con menor longitud de onda padece la mayor desviación).

Por ejemplo, al llegar a un medio más denso, las ondas más cortas pierden velocidad sobre las largas, siendo que las longitudes de onda corta son hasta cuatro veces más dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, e incluso que el hielo macizo de los glaciares tenga ese color azulado tan característico, ya que para esa gama de colores el índice de refracción es mayor y se dispersa más, pintando con esa hermosa paleta de tonos azules todos aquellos cuerpos donde las ondas cortas son dispersadas.

Este fenómeno explica también la formación del arcoíris que se produce cuando la luz que viaja en línea recta atraviesa una gota de agua y como consecuencia de ello la luz se descompone en los siete colores (violeta, índigo, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo).

Ya el científico Isaac Newton a finales del Siglo XVIII  había comprobado este fenómeno al descubrir que la luz blanca estaba formada por espectros de color que podían ser desmembrados mediante un prisma, fenómeno que plasmó en el año 1704 en su libro en su libro Opticks donde publicó el famoso “disco de Newton”.

Como la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromática a través de un medio con caras no paralelas, como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado dispersión refractiva

En el caso de una doble refracción (como sucede en el prisma) se distinguen entonces de manera organizada los colores que componen la luz blanca: la desviación es progresiva, siendo mayor para frecuencias mayores (menores longitudes de onda); por lo tanto, la luz roja es desviada de su trayectoria original en menor medida que la luz azul.

Por el contrario, si el medio por el cual pasa la luz tiene las caras paralelas, ésta se volverá a recomponer al salir de él sin que ello genere un cambio en la dirección de la luz.




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