Física/Óptica/Velocidad de la luz

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Determinación de la velocidad de la luz[editar]

En el año 1672 el astrónomo danés Olaf Roëmer consiguió realizar la primera determinación de la velocidad de la luz, considerando para ello distancias interplanetarias.

Al estudiar el periodo de revolución de un satélite (tiempo que emplea en describir una órbita completa) del planeta Júpiter, observó que variaba con la época del año entre dos valores extremos. Roëmer interpretó este hecho como consecuencia de que la Tierra, debido a su movimiento de traslación en torno al Sol, no se encontraba siempre a la misma distancia del satélite, sino que ésta variaba a lo largo del año. Los intervalos medidos representaban realmente la suma del periodo de revolución más el tiempo empleado por la luz en recorrer la distancia entre el satélite y la Tierra. Por esta razón la luz procedente del satélite tardaría más tiempo en llegar al observador cuando éste se encontrase en la posición más alejada, lo que se traduciría en un intervalo de tiempo algo más largo.

La diferencia entre los correspondientes tiempos extremos sería, entonces, el tiempo empleado por la luz en recorrer el diámetro de la órbita terrestre en tomo al Sol. Dado que en su época éste se estimaba en 300 000 000 km y el resultado de dicha diferencia resultó ser de 1 320 segundos, Roëmer, mediante el siguiente cálculo cinemático sencillo:


obtuvo una primera medida del valor de la velocidad c de la luz en el vacío. El valor más preciso obtenido por este método es de 301 500 km/s.

Velocidad e índice de refracción[editar]

La velocidad con que la luz se propaga a través de un medio homogéneo y transparente es una constante característica de dicho medio, y por tanto, cambia de un medio a otro.

Debido a su enorme magnitud, la medida de la velocidad de la luz ha requerido la invención de procedimientos ingeniosos que superaran el inconveniente que suponen las cortas distancias terrestres en relación con tan extraordinaria rapidez.

Métodos astronómicos y métodos terrestres han ido dando resultados cada vez más próximos. En la actualidad se acepta para la velocidad de la luz en el vacío el valor c = 299,792,458 km/s. En cualquier medio material transparente la luz se propaga con una velocidad que es siempre inferior a c. Así, por ejemplo, en el agua lo hace a 225 000 km/s y en el vidrio a 195 000 km/s.

Es importante recordar que la velocidad de la luz, así denominada, se refiere a la velocidad de las ondas electromagnéticas, de las cuales, se reconocen como luz, a las del espectro visible, o sea, a las reconocidas por el sorprendente sentido de la vista.

La Permeabilidad Magnética y la Permitividad Eléctrica, definen el vació, rigen el electromagnetismo en el universo y permiten encontrar la velocidad de las ondas electromagnéticas de la siguiente manera:

                                   μo = 4π x 10 E-7 h/m
                                   εo = 8.8541878176x10 E-12 f/m
                                   c = (1/μo·εo) E-2 = 299,792,458 m/s

Estos parámetros, también se usan para definir el comportamiento electromagnético de un material con sus propios valores, los mismos que se relacionan con los valores patrones del vació, mediante las denominadas Permeabilidad Relativa y Permitividad Relativa, ambas adimensionales:

                                  μm = μr . μo,  con μr > 1
                                  εm = εr . εo,  con εr > 1

Así, con una visión clásica del fenómeno, resulta aceptable, aunque no científicamente correcto, decir que la velocidad de la luz disminuye dependiendo de la red cristalina que atraviesa:

                                                cm = (1/μm·εm) E-2  <  299,792,458 m/s

Sin embargo, en realidad, la energía electromagnética cuando atraviesa un medio material, viaja en el espacio intersticial (vació entre átomos), pero interactuando una y otra vez con los átomos que forman la red cristalina, motivo por el que tarda más en propagarse de un punto a otro.

Una interpretación Cuántica de lo que sucede a nivel de partículas elementales, permite comprender mejor este hecho cuando se observa lo que un "fotón" o partícula de la luz, causa cuando impacta con las partículas materiales o "fermiones". Para ello, debe elaborarse alguno de los complejos y maravillosos diagramas de Richard Feyman, con los que los intercambios de "energía" y "cantidad de movimiento" cuando una partícula de luz impacta sobre una partícula material o cuando esta última emite un "bosón", pueden reflejarse en relaciones matemáticas explícitas.

Nota.- Un "fotón" es una partícula luz y un ejemplo de un "bosón" o partícula de fuerza. Asimismo, un "fermión", es una partícula material, o sea, un electrón o un quark