Fisica General Burbano

PROPAGACIÓN DE LA LUZ, REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN 571
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
Francisco María Grimaldi (1618-1663) y Robert Hooke (1635-1703), fueron los iniciadores de
la «teoría ondulatoria de la luz». Grimaldi observó la «difracción» que se producía dentro de la
sombra de una varilla iluminada por una pequeña fuente; Hooke estudiando los colores de las
burbujas y otras láminas delgadas, llega a la conclusión de que la luz es la vibración rapidísima de
«algo», y que además, cada pulso de luz o vibración de ese algo generaba una esfera. La idea de
Hooke es recogida por Christian Huygens (1629-1695), sabio danés que consagró su vida a la física,
las matemáticas y la astronomía. La teoría ondulatoria de Huygens supone que la energía emitida
por el cuerpo luminoso se propaga en el vacío y en los enormes espacios vacíos que dejan entre
sí los corpúsculos que constituyen la materia, por medio de un movimiento ondulatorio transversal.
Como a la inteligencia, le era difícil concebir en aquel entonces un movimiento ondulatorio
sin que éste se propague apoyado en un soporte material, para la explicación de la transmisión de
la luz, sienta la hipótesis de que «la nada» está ocupada por una materia sutilísima y perfectamente
elástica, a la que llama «éter lumínico». El principio establecido por el sabio danés «principio de
Huygens», explica perfectamente los fenómenos de reflexión y refracción (como vimos en el capítulo
XVII), concluyendo correctamente que la luz disminuye la velocidad al penetrar en medios
más densos. Sus descubrimientos sobre polarización de la luz y doble refracción en los cristales de
calcita, no son sino confirmación de sus teorías.
Newton (1642-1727) fue partidario de la «Teoría de la emisión» (corpuscular) imaginando al
cuerpo emisor de luz «como productor de partículas o granos de luz que cruzan el espacio a velocidades
vertiginosas; estas partículas excitan el medio que atraviesan y en él se producen vibraciones
más rápidas que las propias partículas». Como vemos tenía una cierta propensión para unificar
la teoría de la emisión con la ondulatoria; no en vano fue el primero en descubrir, con la ayuda del
prisma y de láminas delgadas (anillos de Newton), que la luz se descompone en lo que él llamó
«spectro» (fantasma; quizás porque doblegaba su creencia en la teoría corpuscular); observando
las figuras de interferencia, veía la periodicidad de los fenómenos luminosos, además llegó a la
conclusión de que la sensación del rojo correspondía a la vibración más larga del éter y el violeta a
la más corta. Dedujo la ley de Snell basándose en la teoría de la emisión, suponiendo que las
partículas de luz eran atraídas hacia la superficie de separación de dos medios, aumentando la
componente de su velocidad en la dirección de la normal a la superficie de separación, como se
indica en la Fig. XXIV-2 (razonando en base a su Ley de Gravitación Universal), y disminuyendo
en caso contrario, no variando la componente transversal ( cx
= c′
x)
, llevándole a la relación de
Descartes: sen e/sen e′ =v′/v = cte; esto lo condujo a la conclusión errónea de que la luz en medios
más densos viaja con una velocidad mayor que en los menos densos. A pesar de su tendencia
correcta a unificar ambas teorías, se inclinó cada vez más hacia la teoría corpuscular a medida
que envejecía; quizás, su principal razón de rechazo de la teoría ondulatoria, era la explicación al
problema de la propagación rectilínea en términos de ondas que se dispersan en todas las direcciones;
problema que como ya se ha dicho, fue resuelto por su contemporáneo Huygens y que él
desoyó.
El gran prestigio de Newton, hizo que los científicos del siglo XVII y comienzos del XVIII, hiciesen
poco caso a la teoría ondulatoria y atendieran a sus explicaciones. Más adelante, en el capítulo
de Óptica Física, seguiremos esta historia de la Óptica; por ahora y salvo determinados argumentos
que difieren de la óptica corpuscular (por ejemplo, que la velocidad de la luz en medios
más densos es menor que en menos densos), la aplicamos para lo que se ocupa exclusivamente
de las cuestiones relacionadas con la propagación de la luz en los diferentes medios; su desarrollo
se basa en los conceptos de rayo luminoso, índice de refracción y en el Principio de Fermat, describiéndose
como una geometría pura.
XXIV – 3. Definiciones
«RAYO LUMINOSO es una trayectoria (línea geométrica) que sigue la luz al ir de un foco luminoso
a un receptor, su dirección coincide con la de propagación de la energía radiante».
Imaginemos un foco puntual (punto luminoso) (Fig. XXIV-3), emisor de luz en todas las direcciones;
si ante él colocamos una lámina opaca con un orificio (DIAFRAGMA) de superficie A, habremos
seleccionado lo que llamaremos:
«HAZ LUMINOSO: radiaciones luminosas transmitidas en el interior de una figura que tiene
por vértice el punto luminoso y está limitada por una abertura de dimensión considerable
en relación con la longitud de onda de las radiaciones que componen la luz».
Si, con nuestra imaginación, disminuimos las dimensiones del orificio, haciendo a su superficie
menor que cualquier superficie, por pequeña que sea, en el límite, habremos aislado un RAYO LUMI-
NOSO. Si pretendemos realizar esta experiencia, no conseguiremos aislar un rayo, pues al ir achicando
el orificio, el estrecho haz que lo limita, se abre tras él; el fracaso de este intento es debido al
fenómeno llamado de «difracción» que veremos en la Óptica Física.
Está claro que la óptica de rayos tiene limitada su aplicación, y hay que saber distinguir en qué
condiciones debe utilizarse. Sin embargo, en la mayoría de los instrumentos ópticos, utilizaremos
Fig. XXIV-2.– Razonamiento de Newton
para explicar la ley de Snell.
Fig. XXIV-3.– Haz luminoso.