Dispersión de la luz

DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ: 

Cuando un rayo de la luz solar, llamada luz visible, atraviesa un medio transparente que no sea el vacío, aparece una serie de colores. Este fenómeno llamo la atención de Newton, quien intento determinar el porqué de la aparición de dichas franjas de colores en las lentes utilizadas en los telescopios, defecto denominado aberración cromática. 

Después de varios experimentos, Newton hizo pasar un rayo de luz blanca por un prisma óptico y consiguió una banda de colores que iba desde el color rojo hasta el violeta a la que llama espectro. Si hacía pasar uno de estos colores por otro prisma obtendría luz del mismo color; pero si colocaba el prisma invertido y hacía pasar por el todos los colores a la vez, obtendrá de nuevo luz blanca. 

El fenómeno que permite descomponer la luz blanca en luces de distintos colores se denomina dispersión de la luz figura (14). Debido a que la luz está conformada por un conjunto de radiaciones, cada una de ellas con una longitud de onda diferente, su velocidad de propagación es diferente para cada medio de transparente, cuyo índice de refracción es diferente para cada color. 

Cuando la luz blanca atraviesa un prisma óptico, el ángulo de desviación de cada radiación será diferente, siendo el mayor el de la luz violeta y el menor el de la luz roja y los otros colores tienen ángulos de desviación que se ubican entre estos dos colores. 

El prisma se utiliza para realizar la dispersión de la luz blanca en sus varios componentes espectrales. A su vez el prisma sirve en los espectrómetros para estudiar las longitudes de onda emitidas por una fuente de luz, como la lámpara de gases. El sodio por ejemplo, emite dos longitudes de onda que se observan como dos líneas amarillas muy juntas. Así, si un gas emite estos colores se puede decir que tiene sodio como uno de sus componentes. 

La dispersión de la luz explica la aparición, en el cielo, del arco iris con todos sus tonos: desde el rojo hasta el violeta. 

EL ARCO IRIS: 

El arco iris es un fenómeno natural que se forma por causa de la dispersión de la luz. Para observarlo, el sol debe iluminar una parte del cielo, las nubes deben tener gotas de agua o deben estar cayendo en la parte contrario del cielo iluminado. Cada una de las gotas esféricas de agua actúan como prismas produciendo de esta manera la dispersión de la luz. 

Cuando la luz incide en la gota, una parte se refleja y otra se refracta al atravesarla. El rayo que se refracta, incide con la pared de la gota, reflejándose de nuevo y trasmitiéndose al aire, mientras el rayo que se refleja provoca una inversión. Por esta razón, en ocasiones se observa un segundo arco con los colores invertidos, denominado arco iris secundario. 

La verdad es que si no fuera por la superficie por la superficie terrestre el arco iris lo percibimos circular, a aunque desde un avión en pleno vuelo se puede observar el arco iris completamente circular 

EL COLOR DEL CIELO: 

La luz solar al igual que el resto de la radiación electromagnética que emite, llega a la atmosfera terrestre después de propagarse por el espacio prácticamente vació. La atmosfera es trasparente a las ondas de baja frecuencia, a la luz visible y a la radiación ultravioleta de mayor frecuencia. Durante el día, todo el cielo se observa iluminado, no solo las regiones próximas al sol. Esto se debe a la forma en que la luz se dispersa en la atmosfera. 

En la luna, donde prácticamente no hay atmósferas, durante el día brilla el sol rodeado de un cielo negro. 

La radiación que llega a la atmosfera terrestre tiene toda la gama de las ondas electromagnéticas. La atmósfera, por ejemplo, es opaca a los rayos ultravioleta de alta frecuencia y trasparente a la luz visible. Sin embargo, los elementos presentes en la atmosfera, tales como el oxígeno y el nitrógeno, dispersan principalmente el color violeta, seguido del azul, el verde, el amarillo, el naranja y el rojo. Como nuestros ojos son muy sensibles a la frecuencia de la luz azul, observamos la dispersión azul y no violeta. Así notamos la tonalidad del cielo de color azul. 

El color del cielo varía a lo largo del día. Por ejemplo, al atardecer y al anochecer, el sol y las zonas cercanas al horizonte se observan rojizos. Esto se debe a que en esos momentos los rayos del sol llegan en forma inclinada a la tierra y , en consecuencia, deben atravesar un mayor espesor de la atmosfera, gran parte de sus componentes azul y violeta. Como las frecuencias más bajas interactúan menos con la materia, estas siguen su camino en forma más directa y llegan casi sin dispersarse hasta nuestros ojos. Este color rojizo del cielo se conoce como crepúsculo. 

Cuando la atmosfera contiene polvo u otros materiales en grandes cantidades, estas partículas dispersan las frecuencias menores de la luz, es decir, el amarillo y el rojo, como consecuencia el aspecto del cielo es blanquecino. 

Sobre las grandes ciudades se observan una bruma grisácea debido a las partículas que emiten los carros y las fábricas. Unas partículas dispersan la luz y la más grandes la absorben, en consecuencia, se produce una bruma café. 

En Bogotá, en la primera y segunda semanas de enero esta bruma se disminuye bastante, porque muchos de sus habitantes salen de viaje o a visitar a sus familias fuera de la ciudad y se produce una gran disminución de tráfico. Si el motor de un auto familiar emite más de 100 mil partículas por segundo, abarca mínima,¿te imaginas cuantas partículas producen las fábricas y todos los autos que a diario circulan por las calles de una ciudad? No en vano los defensores del medio ambiente luchan por reducir el uso de los automóviles con motor de diesel y gasolina, mejorar los estándares de calidad de las fábricas y motivar a la gente el uso de energías alternativas: como la solar y la eólica. 

EL COLOR: 

Ya hemos visto que la luz blanca contiene todos los colores, pero que al hacer converger todos los colores en un mismo punto, la luz se obtiene es de nuevo blanca esto significa que podemos combinar luces de colores y obtener luz de otro color. La figura 21  muestra tres colores de luz: roja, azul y verde; observa que la mezcla de las tres produce luz blanca, la luz roja y azul forman luz magenta, el verde y azul forman el cian o turquesa y , el rojo y la luz verde forman luz amarilla. 

Por todo lo expuesto anteriormente a los colores verde, rojo y azul se les denomina colores primarios y a los colores que resultan al superponerlos se les conoce como secundarios. Esta mezcla de colores recibe el nombre de mezcla por adición. Cuando el color de una luz se suma con otro y resulta blanco, se dice que estos dos colores son complementarios, como por ejemplo, el magenta con el verde. 

En los escenarios utilizan la luces complementarias, debido a que al iluminar a los actores con luz azul y amarilla, por ejemplo, parecen iluminados por luz blanca, aunque son sombras se observen de color azul o amarillo 

Pero ¿Por qué los objetos al iluminarlos con luz blanca no se ven blancos? Cuando la luz incide en la frontera de dos medios una parte se refleja y otra se trasmite, o es absorbida por el medio. El color de un material es la luz reflejada. Por ejemplo, al iluminar con luz blanca una planta la vemos verde, debido a que su superficie absorbe todas las otras frecuencias de la luz y refleja la frecuencia de la luz verde. 

Si iluminamos la planta con luz azul observamos muy oscura, pues su superficie absorbe la luz azul. Cuando se ilumina con luz blanca y se observa de color negro, significa que casi toda la luz absorbida por esta superficie y no refleja ningún color. 

Los colores primarios de los pigmentos utilizados por un pintor son diferentes a los colores primarios de la luz. Los colores primarios de los pigmentos son los colores secundarios de la luz: magenta, el turquesa y el amarillo. Al mezclar los colores primarios de los pigmentos, se obtienen los colores secundarios de los pigmentos: el magenta y el amarillo producen el color rojo, el magenta y el turquesa producen el color azul y el turquesa y el amarillo producen el color verde figura 22. Al mezclar los tres colores primarios de los pigmentos, se produce el negro: es decir, esta mezcla absorbe toda la luz que le llega, no hay reflexión. 

La diversidad de colores en una pintura o fotografía se debe a la mezcla de estos colores por ejemplo, una impresora de chorro deposita en el papel diferentes proporciones de colores magenta, amarillo, cian y negro para obtener toda la gama de colores posibles. 

Al observar el mar o la superficie de un lago observamos tonalidades de color azul, aunque este no es su color, el color azul se debe al reflejo del cielo. Si se vierte esta en agua en un recipiente blanco la tonalidad cambia a un azul verdoso pálido. 

El agua trasparente a la luz blanca, pero sus moléculas adquieren cierta resonancia con la frecuencia de la luz roja, de tal forma que esta luz se absorbe mas que el resto de las frecuencias. Si el agua absorbe el rojo se refleja entonces su color complementario que es el cian, un azul verdoso.