1. SUBTEMA 3.1.2.
VELOCIDAD DE
PROPAGACIÓN DE LA
LUZ.
La óptica, es la rama de la física que estudia
la luz y los fenómenos que produce. La luz se
propaga por medio de ondas
electromagnéticas a una velocidad
aproximada de 300000 km/s, en el vacío.

2.  Para su estudio, la óptica se puede dividir de la
siguiente manera:
 1.- Óptica geométrica. Estudia fenómenos y
elementos ópticos mediante el empleo de líneas
rectas y geometría plana.
 2.- Öptica física. Estudia los fenómenos ópticos
con base en la teoría del carácter ondulatorio de
la luz.
 3. Öptica electrónica. Trata los aspectos
cuánticos de la luz.

3.  Desde tiempos muy remotos, al hombre le ha
inquietado saber qué es la luz y cuál es la causa
por la que vemos las cosas.
 En la antigüedad sólo se interpretaba a la luz
como lo opuesto a la oscuridad. Más adelante,
los filósofos griegos se percataron de la
existencia de algo que relacionaba la distancia
entre nuestros ojos, las cosas vistas y la fuente
que las iluminaba.

4.  Pitágoras señalaba en su teoría: la luz es algo
que emana de los cuerpos luminosos en todas
direcciones, choca contra los objetos y rebota
de ellos; cuando ésta penetra en nuestros ojos,
produce la sensación de ver el objeto desde el
cual rebotó.
 Epicuro de Samos, otro filósofo griego,
señalaba: la luz es emitida por los cuerpos en
forma de rayos, estos al entrar al ojo estimulan
el sentido de la vista.

5. A fines del siglo XVII existían dos teorías
que trataban de explicar la naturaleza de
la luz. Una era la teoría corpuscular de
Isaac Newton, quien señalaba: “La luz
está constituida por numerosos
corpúsculos o partículas emitidas por
cualquier cuerpo luminoso, dichas
partículas al chocar con nuestra retina
nos permiten ver las cosas al recibir la
sensación luminosa.”

6.  La otra teoría acerca de la naturaleza de
la luz es la teoría ondulatoria propuesta
por el científico holandés Christian
Huygens quien opinaba los siguiente:
 “La luz es un fenómeno ondulatorio
semejante al sonido, por eso su
propagación es de la misma naturaleza
que la de una onda”.

7.  Para apoyar la teoría de Huygens se tienen los
siguientes hechos:
 En 1801, se descubrió que la luz presentaba el
fenómeno de interferencia, producido al
superponerse en forma simultánea dos o más
movimientos ondulatorios. El fenómeno de
interferencia es una prueba contundente para
comprobar si un movimiento es ondulatorio o no.

8.  En 1816 se encontró que la luz también
se difractaba, es decir, si una onda
encuentra un obstáculo en su camino, lo
rodea y lo contornea. Estos fenómenos
permitieron la aceptación de la teoría de
Huygens, pues la proposición de Newton
no podía explicar estos fenómenos.


9.  La teoría corpuscular y la teoría ondulatoria,
explicaban satisfactoriamente las tres
carácterísticas de la luz descubiertas hasta
entonces:
 1.- Propagación rectilínea, es decir la luz viaja
en línea recta.
 2.- Reflexión. Cuando la luz incide en una
superficie lisa, los rayos luminosos son
rechazados o reflejados en una sola dirección.
 3.- Refracción. Es la desviación que sufre la luz
al llegar a la superficie de separación entre dos
sustancias de diferente densidad.

10.  Enla actualidad se acepta la naturaleza
dual de la luz, es decir que en ocasiones
se comporta como partícula o corpúsculo
según la teoría de Newton y en ocasiones
se comporta como onda, según la teoría
de Huygens.

11. Métodos de Roemer y Michelson
para determinar la velocidad de la
luz
 Es astrónomo danés Olaf Roemer
(1647-1710), fue el primero en calcular
la velocidad de la luz en forma
aproximada . Su método consistió en
observar al planeta Júpiter y sus satélites.
Encontró que uno de ellos se eclipsaba
atrás de él cada 42.5 horas, pero cuando
la Tierra estaba en su punto más alejado
de Júpiter, el eclipse se retrasaba 22
minutos, es decir 1320 segundos.

12.  Roemer concluyó que el retraso se debía al
tiempo en el cual la luz atravesaba la órbita
terrestre que es de 3 x 108 m/s. Al dividir el
diámetro de la órbita terrestre entre el tiempo de
retraso, encontró un valor de la velocidad de la
luz muy aproximado de 227272 km/s. Sin
embargo, en esa época no le dieron crédito a su
determinación, pues otros científicos
consideraban a este valor desproporcionado.

13.  En 1907, el físico estadounidense de
origen polaco, Alberto Michelson
(1852-1931), obtuvo el premio Nobel de
física por haber calculado con mucha
exactitud, la velocidad de la luz. Su
método consistió en disponer de 8
espejos planos para formar un prisma
octagonal regular, el cual reflejaba la luz y
giraba a velocidades angulares muy
grandes previamente determinadas.

14.  Michelson asignó letras a los 8 espejos. Un rayo
luminoso, incide en el espejo plano 1, se refleja
y llega al espejo esférico B, hallado a una
distancia aproximada de 35.4 km; nuevamente
es reflejado ahora por el espejo esférico y
regresa para ser reflejado por el espejo plano 3,
Finalmente, el rayo es observado mediante un
anteojo. Para determinar la velocidad de la luz,
los espejos planos deben girar 1/8 de vuelta,
mientras el rayo luminoso se mueve de A a B y
regresa a C.

15.  Conociendo la distancia que hay entre el punto
A y B, multiplicada por 2, dividimos esa distancia
en 1/8 de tiempo que tarda el prisma octagonal
en dar una vuelta completa, con la cual se podrá
determinar el valor de la velocidad de la luz.
Michelson, la calculó en 299705.5 km/s,
cantidad aproximada a 300000 km/s. Para tener
una idea de la cifra anterior que es la velocidad
máxima o límite del Universo, basta considerar
que un rayo luminoso es capaz de darle siete
vueltas y media a la Tierra en un segundo.

16. Método de Fizeau
 El primer método para medir la velocidad de la
luz utilizando técnicas puramente terrestres fue
desarrollado en 1849 por Armand H. L. Fizeau.
La idea básica de su técnica es medir el tiempo
total que tarda la luz en viajar de un punto a un
espejo distante y regresar . Si d, es la distancia
entre la fuente y el espejo, y si el tiempo de
tránsito de un recorrido completo es t, entonces
la velocidad de la luz es c = 2 d/t.

17.  Para medir el tiempo de tránsito, Fizeau, utilizó
una rueda dentada rotatoria, la cual convierte un
haz continuo de luz en una serie de pulsos
luminosos. Adicionalmente, la rotación de la
rueda controla lo que un observador ve en la
fuente luminosa. Fizeau llegó a un valor de c =
3.1 x 108 m/s. Mediciones similares hechos
después por otros investigadores, produjeron
valores más precisos de c = 2.9977 x 108 m/s.

18. Naturaleza electromagnética de la
luz
 El físico escocés James Clerk Maxwell, el primero en
proponer la naturaleza electromagnética de la luz.
Maxwell calculó la velocidad de propagación de las
ondas electromagnéticas en el vacío mediante la
siguiente ecuación:
 _______
 V = √Ko/Co
 Donde v= velocidad de propagación de las ondas
electromagnéticas en m/s.
 Ko = constante de la ley de Coulomb 9 x 109 Nm2/C2.
 Co = constante magnética de Biot-Savart 1 x 10-7 N/A2.