1- Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
El espectro electromagnético se divide en regiones espectrales, clasificadas según los métodos necesarios para generar y detectar los diversos tipos de radiación. Es por eso que estas regiones no tienen una frontera definida y existen algunos solapamientos entre ellas.
2- Frecuencia es una medida que se utiliza generalmente para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en la unidad de tiempo.
Para calcular la frecuencia de un suceso. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor aHeinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm) y radianes por segundo (rad/s). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se mide en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).
La longitud de una onda es, como su propio nombre indica, una longitud. Es decir; una distancia. La longitud de una onda es la distancia que recorre la onda en el intervalo de tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos de una de sus propiedades. Por ejemplo, la distancia recorrida por la luz azul (que viaja a 300.000 km/s) durante el tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos de su campo eléctrico (o magnético) es la longitud de onda de esa luz azul. La luz roja, viaja a la misma velocidad, pero su campo eléctrico aumenta y disminuye más lentamente que en el caso de la luz azul. Por tanto, la luz roja avanzará más distancia que en el caso de la luz azul durante el intervalo de tiempo entre dos máximos consecutivos de su campo eléctrico. Por eso la longitud de onda de la luz roja es mayor que la longitud de onda de la luz azul.
Una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metalo el vacío.
3- Se llama luz (del latín lux, lucis) a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible.
La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina óptica.
Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm.
4- La velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s2 3 (suele aproximarse a 3•108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46•1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamadoaño luz.
Se denota con la letra c, proveniente del latín celéritās (en español celeridad orapidez), y también es conocida como la constante de Einstein.
La rapidez de la luz fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, pasando así el metro a ser una unidad dada en función de esta constante y el tiempo.
La rapidez a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su permitividadeléctrica y permeabilidad magnética y otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta rapidez es inferior a "c" y queda codificada en elíndice de refracción. En modificaciones del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la rapidez de la luz depende de la densidad de energía de ese vacío.
La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras. En laatmósfera terrestre es de 343 m/s (a 20 °C de temperatura). La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite.
La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.
5- La óptica (del griego optomai, ver) es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. Estudia la luz, es decir como se comporta la luz ante la materia.
a óptica física es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos fenómenos que no se podrían explicar tomando la luz como un rayo. Estos fenómenos son:
Difracción: es la capacidad de las ondas para cambiar la dirección alrededor de obstáculos en su trayectoria, esto se debe a la propiedad que tienen las ondas de generar nuevos frentes de onda.
Polarización: es la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran las ondas de luz se filtra impidiendo su paso. Esto produce efectos como eliminación de brillos.
La Óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. En la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz y la reflexión y refracción. Dos filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica, Empédocles y Euclides.
En física, la óptica geométrica parte de las leyes fenomenológicas deSnell (o Descartes según otras fuentes) de la reflexión y la refracción. A partir de ellas, basta hacer geometría con los rayos luminosos para la obtención de las fórmulas que corresponden a los espejos, dioptrio ylentes (o sus combinaciones), obteniendo así las leyes que gobiernan los instrumentos ópticos a que estamos acostumbrados.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz.
Esta aproximación es llamada de la Eikonal y permite derivar la óptica geométrica a partir de las ecuaciones de Maxwell.
6- TEORIA CORPUSCULAR(NEWTON)
Supone que la luz está compuesta por una serie de corpúsculos o partículas emitidos por los manantiales luminosos, los cuales se propagan en línea recta y que pueden atravesar medios transparentes, y pueden ser reflejados por materias opacas. Esta teoría explica: La propagación rectilínea de la luz, la refracción y reflexión. Esta teoría no explica: Anillos de Newton (Irisaciones en las láminas delgadas de los vidrios) Este fenómeno lo explica la teoría ondulatoria y lo veremos más adelante. Tampoco explica los fenómenos de interferencia y difracción.
TEORIA ONDULATORIA (HUYGENS)
Esta teoría explica las leyes de la reflexión y la refracción , define la luz como un movimientoondulatorio del mismo tipo que el sonido. Como las ondas se trasmiten en el vacío, supone que las ondas luminosas necesitan para propagarse un medio ideal, el ETER, presente tanto en el vacío como en los cuerpos materiales.
Esta teoría tiene una dificultad fundamental que es precisamente la hipótesis del éter. Tenemos que equiparar las vibraciones luminosas a las vibraciones elásticas transversales de los sólidos, y no transmitiendo por tanto vibraciones longitudinales. Existe, pues, una contradicción en la naturaleza del éter, ya que por un lado debe ser un sólido incompresible y por otro no debe oponer resistencia al movimiento de los cuerpos. (Nota: Las ondas transversales solo se propagan en medios sólidos)
Esta teoría no fue aceptada debido al gran prestigio de Newton. Tuvo que pasar más de un siglo para que se tomara nuevamente en consideración la "Teoría Ondulatoria". Los experimentos de Young (1801) sobre fenómenos de interferencias luminosas, y los de Fresnel sobre difracción fueron decisivos para que se tomaran en consideración los estudios de Huygens y para la explicación de la teoría ondulatoria.
Fue también Fresnel (1815) quien explicó el fenómeno de la polarización transformando el movimiento ondulatorio longitudinal, supuesto por Huygens, en transversal. Existe, sin embargo, una objeción a esta teoría, puesto que en el éter no se puede propagar la luz por medio de ondas transversales, ya que éstas solo se propagan en medios sólidos.
TEORIA ELECTROMAGNETICA (MAXWELL 1865)
Descubre que la perturbación del campo electromagnético puede propagarse en el espacio a una velocidad que coincide con la de la luz en el vacío, equiparando por tanto las ondas electromagnéticas con las ondas luminosas.
Veinte añ�os después Hertz comprueba que las ondas hertzianas de origen electromagnético tienen las mismas propiedades que las ondas luminosas, estableciendo definitivamente la identidad de ambos fenómenos.Objeciones a ésta teoría:No se da explicación a:
Fenómenos por absorción o emisión.
Fenómenos fotoeléctricos.
Emisión de luz por cuerpos incandescentes.
Y por lo tanto es necesario volver a la teoría corpuscular, como hizo Planck en 1900.
TEORIA DE LOS CUANTOS (PLANCK 1900)
Esta teoría establece que los intercambios de energía entre la materia y la luz, solo son posibles por cantidades finitas. (cuantos) átomos de luz, que posteriormente se denominarán fotones. Esta teoría tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenómenos de tipo ondulatorio: Interferencias, difracción. Nos encontramos nuevamente con dos hipótesis contradictorias, la teoría electromagnética y la de los cuantos.
MECANICA ONDULATORIA (DE BROGLIE 1924)
Auna la teoría electromagnética y la de los cuantos, herederas de la ondulatoria y corpuscular respectivamente, evidenciando la doble naturaleza de la luz. Esta teoría establece así la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción con la materia (procesos de emisión y absorción)y la naturaleza electromagnética en su propagación.
7- onsiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:
Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo XIX.
Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde Robert Andrews Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y Millikan fueran agraciados con sendos premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.
Gustav Ludwig Hertz (Hamburgo, 22 de julio de 1887 - Berlín, 30 de octubre de1975). Físico alemán, sobrino de Heinrich Rudolf Hertz. Ganador del premio Nobel de Física de 1925 por sus estudios, en cooperación con James Franck, sobre el paso de electrones a través de un gas.
Hertz era hijo de un abogado, el Dr. Gustav Hertz, y de Auguste Hertz (nacida Arning). Inició sus estudios en la escuela Johanneum, de Hamburgo. Posteriormente se matriculó en la universidad de Göttingen en 1906, y pasaría también por las de Múnich y Berlín, hasta graduarse en 1911. Consiguió un cargo como ayudante de investigación en el Instituto de Física de la Universidad de Berlín en 1913, pero al desatarse la Primera Guerra Mundial, fue movilizado en1914, y herido de gravedad en el frente en 1915.
Volvió a la Universidad deBerlín como profesor en 1917, y posteriormente, se trasladó a Holanda para trabajar, entre 1920 y 1925, en el laboratorio de lámparas incandescentes de Philips ubicado en Eindhoven. En 1925 fue elegido profesor residente y director del Instituto de Física de la Universidad de Halle. En1928, tras volver a Berlin, ocupó el cargo de director del Instituto de Física de laUniversidad tecnológica de Charlottenburg.
Con los nazis controlando totalmente el país, Hertz abandonó su cargo en 1935por razones políticas para volver a la industria como director del laboratorio de investigación de la compañía Siemens.
En 1945, tras la Segunda Guerra Mundial, se trasladó a la Unión Soviética, en donde volvió a trabajar como jefe de un laboratorio de investigación hasta 1954. Ese año recibió el cargo de director del Instituto de Física de la Universidad Karl Marx en Leipzig. Nombrado profesor emérito en 1961, se retiró y vivió posteriormente en Leipzig y Berlín.
El profesor Hertz se casó en 1919 con Ellen (nacida Dihlmann), que murió en1941. Tuvieron dos hijos, ambos físicos: el Dr. Hellmuth Hertz, profesor en el Colegio Técnico de Lund, y el Dr. Johannes Hertz, que trabajó en el Instituto de Óptica y Espectroscopía de la Academia Alemana de Ciencias, en Berlín. Volvió a casarse con Charlotte (nacida Jollasse) en 1943.
Gustav Hertz murió el 30 de octubre de 1975 en Berlín.
Los estudios iniciales de Hertz para su tesis doctoral estaban relacionados con la absorción infraroja del dióxido de carbono en relación con la presión y la presión parcial. Junto con Franck, llevó a cabo diversos estudios sobre el impacto deelectrones, que les condujeron a su famoso experimento: en 1914, Hertz y Franck diseñaron el llamado experimento de Franck-Hertz, que confirmaba y apoyaba de forma elegante el modelo atómico de Bohr y abría las puertas a lamecánica cuántica formulada por Max Planck. Justo antes de su movilización, se encontraba realizando estudios y medidas sobre el potencial de ionización de varios gases.
Posteriormente, demostró las relaciones cuantitativas entre las series de líneas espectrales y la pérdida de energía de los electrones al colisionar con átomos.
En 1925, él y Franck reciben el Premio Nobel de Física.
Al volver a Berlin en 1928, se aplicó de forma incansable a la reconstrucción del Instituto de Física. Durante su periodo como director, fue el responsable del descubrimiento de un método para separar isótopos de neón mediante una cascada de difusión.
Hertz publicó muchos trabajos, tanto en solitario como de forma conjunta con Franck, sobre el intercambio cuantitativo de energía entre electrones y átomos, así como sobre la separación de isotopos.
Hertz era miembro de la Academia de Ciencias Alemana en Berlin, así como de la Academia de Ciencias de Göttingen, miembro honorario de la Academia de Ciencias Húngara, miembro de la Academia de Ciencias Checoslovaca, y miembro extranjero de la Academia de Ciencias de la U.R.S.S..
Además del premio Nobel, recibió la Medalla Max Planck de la Sociedad Alemana de Física.
Se conoce como bioluminiscencia a la producción de luz de ciertosorganismos vivos. Es un fenómeno muy extendido en todos los niveles biológicos: bacterias, hongos, protistas unicelulares, celentéreos,gusanos, moluscos, cefalópodos, crustáceos, insectos, equinodermos,peces.
La bioluminiscencia es un fenómeno relativamente frecuente en bastantes especies marinas; las últimas estimaciones consideran que hasta un 90% de los seres vivos que habitan en la porción media y abisal de los mares podrían ser capaces de producir luz de un modo u otro. En hábitats terrestres la bioluminiscencia no es tan común. La luz emitida por el pescado o la carne en descomposición se debe a bacterias mientras que la de la madera muerta se debe tanto a bacterias como a los micelios de ciertos hongos. En el mar existen bacterias libres como Bacterium phosphorescens(Fischer, 1888) o la especie del mar Báltico Vibrium balticum. Otras muchas bacterias bioluminiscentes viven comoparásitos o en simbiosis con otros animales.
Recientemente (25 de enero de 2005) fue fotografiada, a través de un satélite de la NASA, una extensa zona bioluminiscente en el océano Índico, confirmando la existencia del mar de ardora.
En algunas especies sirve como referencias sexuales y ayudas en el emparejamiento (el caso de las luciérnagas); en otras funcionan a modo de cebo (como en el caso de algunos pejesapos) y en otras como defensas para confundir a los depredadores (algunos cefalópodos y gusanos del género Phrixothrix). Sin embargo, la función de la bioluminiscencia, que en ocasiones supone un consumo importante de la energía del organismo, no parece tener un objetivo definido, no siempre es oscuro.
8- La sensación luminosa se experimenta por la acción de rayos de longitud de onda comprendidos entre 380 y 700 nanómetros.
Esta es, en efecto, la radiación que, al incidir en el ojo con una eficacia dependiente de la longitud de onda, permite el fenómeno fisiológico de la visión.
La eficacia luminosa de diferentes radiaciones permite la transformación del flujo energético emitido por una fuente de radiación en flujo luminoso.
Las fuentes de luz pueden ser naturales (el Sol) o artificiales (una lámpara).
Las fuentes pueden ser primarias o secundarias. Las primarias producen la luz que emiten (otra vez el Sol), las secundarias reflejan la luz de otra fuente (laLuna).
Una fuente de luz puede ser difusa o puntual. La luz difusa incide sobre los objetos desde múltiples ángulos, proporcionando una iluminación más homogénea y haciendo que las sombras sean menos nítidas cuanto más lejos esté un objeto de la superficie que oscurece. La luz puntual se origina en un punto más o menos reducido respecto al objeto que ilumina, pudiéndose hablar de una direccionalidad más o menos similar entre los rayos que emite, haciendo que las sombras que un objeto proyecta se hagan más grandes cuanto más cerca se sitúe este de la fuente de luz.
Mención aparte merece la luz solar que, debido a la distancia que separa al Sol de la Tierra, posee una fuerte direccionalidad, pero al mismo tiempo es una fuente luminosa de tamaño notablemente mayor que cualquier objeto terrestre. Sus rayos inciden sobre un punto de la Tierra con una apertura de aproximadamente 32' haciendo que la sombra de cualquier objeto acabe completamente difuminada al situarlo a una distancia de más de 107,47 veces su tamaño horizontal respecto a una superficie. Unido al efecto difusor de la atmósfera y los gases en suspensión como el vapor de agua, especialmente en forma de nubes, la iluminación por luz solar puede variar desde una puntualidad de 32' hasta una dispersión de casi 180º en la superficie, o incluso más a cierta distancia de ella.
Se puede representar una fuente de luz difusa como una superficie emisora de luz de mayor o menor tamaño angular, con distintas densidades, ángulos y distribuciones angulares de emisión a lo largo de dicha superficie. Esta representación puede simplificarse si sólo se desea calcular la iluminación de un objeto concreto.
9- La Fotometría es la ciencia que se encarga de la medida de la luz, como el brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la capacidad que tiene la radiación electromagnética de estimular el sistema visual. No debe confundirse con la Radiometría, encargada de la medida de la luz en términos de potencia absoluta. Y se mide en lumen/segundo
10- La iluminación en lo que respecta al área industrial debe tener presente un gran número de luminarias ya que deben abarcar espacios muy grandes y extensos, también deben poseer características distintas a luminarias convencionales o residenciales como poseer mayor potencia, brillo,incandescencia y aceptar los cambios bruscos de voltaje. Estos tipos de luminarias se crearon con el fin de facilitar los procesos producidos de distintotrabajos industriales, además de relacionar la cantidad de luz utilizada con respecto a las ubres realizadas. Para esto es necesario analizar la tarea visual a desarrollar y determinar la cantidad y tipo de iluminación que proporcione el máximo rendimiento visual y cumpla con las exigencias de seguridad y comodidad como también seleccionar el equipo de alumbrado que proporcione la luz requerida de la manera satisfactoria.
11- Un foco es el punto donde convergen los rayos deluz originados desde un punto en el objeto observado.1 Aunque el foco es conceptualmente un punto, físicamente el foco tiene una extensión espacial, llamada círculo borroso. Este enfoque no ideal puede ser causado por aberraciones ópticas en la imagen. En ausencia de aberraciones de importancia, el menor círculo borroso posible es el disco de Airy, el cual es causado por difracción de la apertura del sistema óptico. Las aberraciones tienden a hacerse peores en la medida en que aumenta el diámetro de la apertura, mientras que el disco de Airy es menor en aperturas grandes.
12- El lux (símbolo lx) es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidadespara la iluminancia o nivel de iluminación. Equivale a un lumen /m². Se usa enfotometría como medida de la intensidad luminosa, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano.
13- En un amplio sentido, un fotómetro es cualquier instrumento usado para medir la intensidad de la Luz. Los que se utilizan para la fotometría, son instrumentos para detectarotómetro de Bunsen.
Intensidad de luz dispersa.
Absorbancia.
Fluorescencia.
Los dos más importantes en la astronomía son el fotómetro fotoeléctrico y el fotómetro CCD: el primero de ellos, aunque se utiliza todavía, está en desuso ya que el chip CCD presenta numerosas ventajas frente al anterior (linealidad, precios más reducidos, mayor fiabilidad, amplia respuesta al espectro electromagnético, mayor precisión, etc.).
El fotómetro (nepe) nació a finales del siglo XIX en Inglaterra, mejoró en los Estados Unidos a inicios del siglo XX y alcanzó su madurez en los 15cm cayendo en desuso a medida que la tecnología digital lo alcanzo y después, fue aumentando la precisión y reduciendo su precio.
En los artículos astronómicos más recientes (año 2005) se ha presentado la magnitud de las estrellas del cúmulo abiertochacon con una precisión de 0,0001 magnitudes, algo impensable hace sólo unos pocos años cuando la máxima precisión era de 0,001 magnitudes (puede compararse con las 0,01 magnitudes que puede extraerse de la fotometría fotográfica, empleando para ello microdensitómetros de alta calidad).
El flujo luminoso es la medida de la potencia luminosa percibida. Difiere del flujo radiante, la medida de la potencia total emitida, en que está ajustada para reflejar la sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda.
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