Una luz negra es una bombilla con una cubierta interna que restringe las ondas que pasan a través del cristal. Libera muy poca luz que sea visible a los ojos humanos, lo cual le da su peculiar nombre. En lugar de eso, una luz negra emite principalmente rayos ultra violeta o radiación de luz negra, la cual nos se puede ver.
Sin embargo, ciertos colores y pigmentos absorben la luz invisible y luego la descargan, causando un efecto de brillo. Estas luces frecuentemente se usan para temática de entretenimiento, aunque las que producen rayos de onda corta son usadas para análisis forense y científico y temas médicos.
La longitud de onda de una luz negra empieza a un extremo del espectro de la luz visible. La luz visible es detectada por el ojo humano como azules y violetas profundos. Estas ondas finalmente se hacen tan cortas y esparcidas que ya no se pueden ver. Brillan débilmente con un azul y violeta que algunas veces se llama luz negra azulada.
En el pasado, las luces negras estaban hechas de un cristal especial llamado cristal de madera. Este material solo permite luces infrarrojas y ultra violetas que pasen a través de él. No es un material muy fuerte, por lo que se necesitan capas de cubierta especiales para prevenir que la luz visible pase. Tanto las lámparas incandescentes y fluorescentes negras están disponibles para ser usadas, aunque las incandescentes normalmente queman a una temperatura más elevada y por un periodo más corto que las estándar.
Los fluorescentes de luz negra son los tipos más usados porque son prácticamente idénticos a las lámparas fluorescentes normales. Los tubos contienen una pequeña cantidad de mercurio, lo cual libera luz ultra violeta cuando cambia de un estado líquido a gaseoso.
Las lámparas estándar tienen una cubierta de fósforo, el cual es un compuesto que reacciona a los rayos ultra violeta al emitir luz visible. En las luces negras, un tipo diferente de fósforo es usado para aumentar los rayos ultra violeta. Una capa azul púrpura es añadida al bloque de luz que es visible.
Los fósforos son cualquier compuesto que brillan o emiten luz en ciertas condiciones. No solo son usados para cubrir lámparas fluorescentes, sino que se usan también en tubos de rayos catódicos de televisión o incluso para hacer juguetes que brillan en la oscuridad. Ciertos tipos reaccionan a la luz negra y pueden ser usados en pintura y en carteles, lo cual hace que la imágenes brillen.
Algunos compuestos se pueden encontrar en los detergentes, lo cual absorbe los rayos ultravioleta. Esto explica que algunas ropas blancas brillen bajo la luz negra.
La luz negra puede ser usada para diferentes cosas dependiendo de la longitud de onda dentro del rango de luz ultravioleta. Las ondas largas se suelen usar para temas de entretenimiento o para diagnostica enfermedad; las ondas medias puede localizar fluidos corporales y las ondas cortas pueden matar gérmenes.
Las ondas más largas se usan sobre todo para dar ambiente a los sitios. Quien no ha estado en un local o discoteca con fluorescentes con luz negra para crear una atmósfera adaptada al sitio. Por otro lado, los insectos se ven fuertemente atraídos por este tipo de luz, lo cual se aprovecha con estos aparatos eléctricos que podemos ver en terrazas de bar en verano para matar insectos. Los médicos también usan herramientas basadas en luz negra para detectar problemas en la piel.
La luz negra se usa también para ciertos tratamientos tanto con humanos como animales. En el caso de los humanos, puede matar organismos y gérmenes que tenemos en la piel. También puede ser usado para purificar agua o esterilizar instrumental médico.
En el caso de algunos tipos de mascota, como las serpientes y los lagartos, esta luz negra les proporciona la vitamina D que necesitan para vivir. Como se puede ver, se usa para más cosas de las que podemos pensar. De todos modos, hay que tomar ciertas precauciones con la luz negra.
Existe la posibilidad de daños oculares debido a radiaciones que no podemos ver, por lo que no es conveniente mirar fijamente a este tipo de luz. La gente que está expuesta por mucho tiempo a la luz negra debería protegerse de algún modo, y así bloquear los rayos ultravioleta emitidos. También se conocen casos de daños en la piel por excesiva exposición. De todos modos, los expertos no ven peligro si esta exposición se hace solo de vez en cuando.
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¿Cómo funciona la luz?
La luz es a la misma vez, tanto obvia como misteriosa. Estamos bañados en sus templados rayos amarillos todos los días, y por la noche lo cambiamos por las luces artificiales de bombillas, focos y diodos.
Pero, ¿Qué es exactamente la luz? Podemos ver algunos ejemplos de su naturaleza cuando un rayo de luz hace ángulo a través de una habitación con polvo, cuando un arco iris aparece después de una tormenta o cuando vemos que dentro de un vaso, una paja parece que se desvía al entrar en el agua o refresco.
Sin embargo, estos vistazos rápidos solo llevan a más preguntas. ¿Viaja la luz como una onda, un rayo o un flujo de partículas? ¿Tiene una frecuencia como el sonido? ¿Cuáles son las propiedades más comunes de la luz, como la absorción, reflexión, refracción y difracción?
Lo cierto es que puedes pensar que los científicos tienen todas las respuestas, pero la luz continúa sorprendiendo a científicos e investigadores. Para poner un ejemplo, siempre hemos dado por hecho que la luz viaja más rápido que cualquier cosa en el universo. Entonces fue cuando a finales de los noventa, algunos investigadores en la universidad de Harvard fueron capaces de ralentizar un rayo de luz hasta los sesenta kilómetros por hora, haciéndolo pasar por estado de materia específico.
Esto es unas 18 millones de veces más lento que su velocidad habitual. Nadie podría pensar algo así hace solo unos pocos años, aunque así de caprichosa puede ser la luz. Cuando piensas que ya sabes como funciona más o menos, desafía los esfuerzos que has hecho y parece cambiar su naturaleza.
De todos modos, se han hecho muchos progresos a lo largo de los años. Algunas de las mentes más brillantes en la historia de la ciencia han centrado sus potentes mentes en este asunto. Einstein intentó imaginar como sería montar encima de uno de estos rayos de luz. Una de las preguntas que se hizo fue que consiguiéramos alcanzar la velocidad de la luz, ¿habría un momento en el que parecería que estuviéramos parados?
De todos modos, para apreciar como funciona la luz, hay que verlo en un contexto histórico. Para entenderlo, es mejor hacer una parada en la antigüedad con algunos de los primeros científicos y filósofos intentando comprender la verdadera naturaleza de esta misteriosa sustancia que estimula la vista y hace que las cosas sean visibles.
Al pasar los siglos, nuestra compresión de la luz ha cambiado drásticamente. Las teorías verdaderamente reales sobre la luz vinieron de los antiguos griegos. Muchas de estas teorías describían la luz como un rayo – una línea recta moviéndose de un punto a otro. Pitágoras, más conocido por su teorema, propuso que la visión era el resultado de los rayos de luz emergiendo del ojo humano e incidiendo en un objeto. Epicurus dijo lo contrario, es decir, que eran los objetos quienes despedían luz y luego viajaban al ojo. Otros estudios mostraron con diagramas bastante certeros, como la luz rebotaba en superficies planas o se doblaba al pasar por medios transparentes de un sitio a otro.
Las escuelas árabes de la época llevaron estas teorías más allá y desarrollaron lo que se conoce como las ópticas geométricas – aplicando métodos geométricos a las lentes ópticas, espejos y prismas.
En el siglo 17, algunos prominentes científicos europeos empezaron a pensar de una forma diferente sobre lo que era la luz. Una de estas teorías decía que había un medio invisible (como una especia de éter) que llenaba los espacios vacíos entre los objetos. Se especulaba que la luz se forma cuando un cuerpo luminoso causa una serie de ondas o vibraciones en este éter. Estas ondas entonces avanzarían hasta encontrarse con el objeto. Si ese objeto es un ojo, las ondas estimulan la visión.
Esta teoría se mantuvo como una de las últimas y más elocuentes sobre las ondas de luz. Sin embargo, no todo el mundo las apoyaba. Isaac Newton era una de estas personas y de hecho propuso una aproximación diferente – describía la luz como partículas.
Después de todo, la luz viaja en líneas rectas y rebota en un espejo como lo haría una pelota contra una pared. Nadie ha visto partículas de luz, pero incluso ahora, es fácil explicar que puede haberlas. Las partículas podrían ser tan pequeñas o con un movimiento tan rápido, que no se pueden ver o nuestros ojos ven a través de ellas.
Lo cierto es que todas estas teorías son correctas y erróneas al mismo tiempo. Sin embargo son todas útiles para describir ciertos comportamientos de la luz.
¿Cómo funciona un rayo de luz?
Imaginando la luz como un rayo es fácil de describir, y con bastante precisión tenemos tres fenómenos bien conocidos: reflexión, refracción y dispersión. En la reflexión, un rayo de luz incide en una superficie plana, como puede ser un espejo, y rebota.
Un rayo reflectado siempre rebota de la superficie de un material, en un ángulo igual al ángulo del rayo que incide en la superficie. En físico, oirás esto como la ley de reflexión de la luz. Una definición muy común es que el ángulo de incidencia iguala al ángulo de reflexión.
Por supuesto, vivimos en un mundo imperfecto y no todas las superficies son lisas y planas. Cuando la luz incide en una superficie desnivelada, los rayos que llegan reflejan toda clase de ángulos por la superficie desigual.
Esta dispersión ocurre en muchos de los objetos que podemos ver todos los días. La superficie del papel es un buen ejemplo. Podríamos ver lo desigual que es la superficie de un papel si lo pudiéramos observar por medio de un microscopio.
Cuando la luz incide en el papel, las ondas son reflectadas en todas direcciones. Esto es lo que hace que el papel sea tan útil – puedes leer las palabras en una página impresa independientemente del ángulo en el que los ojos están viendo la superficie.
La refracción ocurre cuando un rayo de luz pasa por un medio transparente (por ejemplo el aire) a un segundo medio transparente (por ejemplo el agua). Cuando esto ocurre, la velocidad de la luz cambia y el rayo de luz se dobla de lo que llamamos la línea normal, que es una imaginaria línea recta que va perpendicular a la superficie del objeto.
La cantidad de este doblamiento (o ángulo de refracción), de la onda de luz, depende de cuanto ralentiza el material esta luz. Los diamantes no serían tan brillantes si no disminuyeran la luz que le incide mucho más que por ejemplo el agua. Los diamantes tienen una mayor refracción que el agua.
Las lentes, como los que se utilizan en los telescopios o en unas gafas, se aprovechan de la refracción. Una lente es una pieza de cristal o cualquier sustancia transparente con los lados curvados para concentrar o dispersar los rayos de luz. Las lentes sirven para refractar la luz a cada extremo.
Según un rayo de luz entra en el material transparente, es refractada. Según el mismo rayo abandona la superficie, se vuelve a refractar, El efecto de la refracción en estos dos puntos es que el rayo de luz ha cambiado de dirección. Nos aprovechamos de este efecto para corregir la visión de una persona o mejorarla haciendo que objetos distantes parezcan estar más cerca o que pequeños objetos parezcan más grandes.
Por desgracia, la teoría del rayo de luz no puede explicar todos los comportamientos exhibidos por la luz.
Funcionamiento de las ondas de luz
Como hemos comprobado, los rayos de luz es la más común y de la que más se habla. De todos modos, las ondas de luz son otra forma de transporte de la que se ha hablado mucho. A la llegada del siglo 19, no había teorías probadas de las ondas de luz.
Esto cambió en el año 1800 cuando un joven físico inglés llamado Thomas Young diseñó y puso en marcha uno de los experimentos más famosos en la historia de la ciencia. Este experimento es conocido hoy como el de la doble rendija, y requiere un simple equipamiento – una fuente de luz, una carga fina con dos agujeros haciendo de rendijas paralelas y una pantalla. Para poner en marcha el experimento, permitió que un rayo de luz pasara por un agujero del tamaño de un alfiler y que incidiera en la carta.
Si la luz contenía partículas o simples rayos en línea recta, razonó que la luz que no se bloqueara por la carta opaca, pasaría por las rendijas y viajarían en línea recta a la pantalla, donde formaría dos brillantes puntos. Esto no es lo que el científico inglés observó.
En lugar de eso, vio un patrón de código de barras de luz alternativa y bandas negras en la pantalla. Para explicar este patrón inesperado, imaginó luz la luz viajando a través del espacio como una ola de agua, con sus crestas y canales. Pensando de esta manera, concluyó que las ondas de luz viajaban por cada una de las rendijas, creando dos frentes separados. Según estos dos frentes de la onda llegaban a la pantalla, se interferían entre ellas.
Las bandas brillantes se formaban don de las dos crestas de la onda se solapaban y se juntaban. Las bandas negras se formaban donde las crestas y canales se alineaban y se cancelaban completamente.
Este científico hizo que se pensara en la luz de una manera diferente. Otros científicos empezaron a hacer referencia a las ondas de luz y refinaron sus descripciones sobre la reflexión y la refracción según la teoría del científico inglés, haciendo notar que las ondas de luz siguen obedeciendo las leyes de la reflexión y la reflexión.
Al mismo tiempo, se pudo descubrir los motivos de lo que llamamos espejismo. Un espejismo es una ilusión óptica causada cuando las ondas de luz que viajan del cielo contra el suelo, son dobladas por el aire caliente.
Sesenta años después del descubrimiento del Young, un físico escocés llamado James Clerk Maxwell, llevó la teoría de las ondas de luz a un nuevo nivel cuando formuló la teoría del electromagnetismo.
Lo que hizo fue describir la luz como una forma de onda muy especial – una compuesta de campos eléctricos y magnéticos. Los campos vibran en ángulos rectos a la dirección del movimiento de la onda, y en ángulos rectos entre ellos. Al tener la luz tanto campos eléctricos como magnéticos, se llama también radiación electromagnética.
Esta radiación no necesitan un medio para viajar, y cuando lo hace en vació, llega a los 300.000 kilómetros por segundo. Como ya habrás averiguado, los científicos llaman a esto la velocidad de la luz, que es uno de los números más importantes de la física.
Funcionamiento de la frecuencia de luz
Una vez que fue introducido el concepto de las ondas electromagnéticas, muchas teorías cobraron sentido. Los científicos podían desarrollar un completo modelo de trabajo usando términos y conceptos, como puede ser la longitud de onda y la frecuencia, basándose en la estructura y la función de las ondas.
Según este modelo, las ondas de luz se encuentran en varios tamaños. El tamaño de una onda es medida como longitud de onda, que es la distancia entre dos puntos correspondientes en ondas sucesivas, normalmente entre pico y pico o entre canal y canal. Las ondas de luz que podemos ver tienen un rango entre cuatrocientos y setecientos nanómetros.
Sin embargo, el rango completo de ondas de longitud de onda en la definición de radiación electromagnética se extiende de nanómetros (como en los rayos gamma) hasta centímetros y metros, como ocurre en las ondas de radio.
Las ondas de luz también vienen en varias frecuencias. La frecuencia es en número de ondas que pasan por un punto en el espacio durante un intervalo de tiempo, normalmente un segundo. Lo medimos en unidades de ciclo (ondas) por segundo, o hercios. La frecuencia de luz visible es referida como color, y estos colores varían entre los rangos comentados antes.
De nuevo, el rango completo de frecuencias se extiende más allá de la porción visible, de menos de tres billones de hercios (como en ondas de radio), a más de esta cantidad, como los rayos gamma.
La cantidad de energía en una onda de luz esta proporcionalmente relacionada a su frecuencia: La luz de alta frecuencia tiene una alta energía: las bajas frecuencias tienen baja energía. Por lo tanto, los rayos gamma tienen la mayoría de la energía (uno de los motivos de que son tan peligrosos para los humanos), y las ondas de radio son las que menos tienen.
De la luz visible, el violeta es el que más energía tiene, y el rojo el que menos. Todo el rango de frecuencias y energías se conoce como espectro electromagnético. Solamente con lo explicado hasta ahora, podría ser el fin de la discusión sobre la luz. Sin embargo, Einstein hizo resurgir la antigua idea de que después de todo, la luz solo son partículas.
