Teoría corpuscular de la Luz de Newton
¿Qué es la teoría corpuscular?
La teoría corpuscular de la luz de Newton (1704) propone que la luz está compuesta por partículas materiales a las que Isaac Newton denominó corpúsculos. Estas partículas son lanzadas en línea recta y a gran velocidad por las distintas fuentes de luz (el Sol, una vela, etc.).
En física se define la luz como una parte del campo de radiaciones denominado espectro electromagnético. En cambio, se reserva el término de luz visible para designar la parte del espectro electromagnético que se puede percibir por el ojo humano. Del estudio de la luz se encarga la óptica, una de las ramas más antiguas de la física.
La luz ha despertado el interés del ser humano desde tiempo inmemoriales. A lo largo de la historia de la ciencia ha habido muchas teorías acerca de la naturaleza de la luz. Sin embargo, fue a finales del siglo XVII y principios del siglo XVIII, con Isaac Newton y Christiaan Huygens, cuando se empezó a comprender su verdadera naturaleza.
De este modo se empezaron a sentar las bases para las actuales teorías acerca de la luz. El científico inglés Isaac Newton se interesó a lo largo de sus estudios por entender y explicar los fenómenos asociados a la luz y a los colores; fruto de sus estudios formuló la teoría corpuscular de la luz.
Teoría corpuscular de la luz de Newton
Esta teoría fue publicada en la obra de Newton llamada Opticks: or, a treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light (en español, Óptica o tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz).
Esta teoría lograba explicar tanto la propagación rectilínea de la luz como la reflexión de la luz, aunque no explicaba satisfactoriamente la refracción.
En 1666, previamente a enunciar su teoría, Newton había realizado su famoso experimento de descomposición de la luz en colores, lo cual se lograba al hacer que un haz de luz atravesara un prisma.
La conclusión a la que llegó fue que la luz blanca está compuesta por el conjunto de los colores del arcoíris, lo que en su modelo explicaba diciendo que los corpúsculos de la luz eran diferentes en función de su color.
Reflexión
La reflexión es el fenómeno óptico por el cual cuando una onda (por ejemplo, la luz) incide oblicuamente sobre la superficie de separación entre dos medios, experimenta un cambio de dirección y es devuelta al primero junto con una parte de la energía del movimiento.
Las leyes de la reflexión son las siguientes:
Primera ley
El rayo reflejado, el incidente y la normal (o perpendicular), están en el mismo plano.
Segunda ley
El valor del ángulo de incidencia es el mismo que el del ángulo de reflexión. Para que su teoría cumpliera con las leyes de la reflexión, Newton supuso no solo que los corpúsculos eran muy pequeños en comparación con la materia ordinaria, sino que también se propagaban por el medio sin sufrir ningún tipo de rozamiento.
De esta manera, los corpúsculos chocarían de forma elástica con la superficie
de separación de los dos medios, y dado que la diferencia de masas era muy grande, los
corpúsculos rebotarían.
Así, la componente horizontal de la cantidad de movimiento px se mantendría constante, mientras que la componente normal py invertiría su sentido.
Se cumplían así las leyes de la reflexión, siendo el ángulo de incidencia y el de reflexión iguales.
Refracción
Por el contrario, la refracción es el fenómeno que se produce cuando una onda (por ejemplo, la luz) incide oblicuamente sobre el espacio de separación entre dos medios, con distinto índice de refracción.
Cuando esto ocurre, la onda penetra y se transmite por el segundo de medio junto con una parte de la energía del movimiento. La refracción tiene lugar debido a la distinta velocidad a la que se propaga la onda en los dos medios.
Un ejemplo del fenómeno de refracción se puede observar cuando se introduce parcialmente un objeto (por ejemplo, un lápiz o un bolígrafo) en un vaso de agua.
Para explicar la refracción, Isaac Newton propuso que las partículas luminosas incrementan su velocidad al pasar de un medio menos denso (como, por ejemplo, el aire) a otro más denso (como, por ejemplo, el vidrio o el agua).
De este modo, en el marco de su teoría corpuscular justificó la refracción suponiendo una atracción más intensa de las partículas luminosas por parte del medio con más densidad.
Sin embargo, se debe considerar que, según su teoría, en el instante en el que una partícula luminosa procedente del aire incide sobre el agua o un vidrio, esta debería sufrir una fuerza opuesta al componente de su velocidad perpendicular a la superficie, lo cual conllevaría una desviación de la luz contraria a la realmente observada.
Fallos de la teoría corpuscular de la luz
La teoría corpuscular de la luz tiene varios errores:
- Newton pensaba que la luz viaja más rápido en los medios más densos que en los medios menos densos, lo cual se ha comprobado que no es así.
- La idea de que los diferentes colores de la luz tienen relación con el tamaño de los corpúsculos no tiene ninguna justificación.
- Newton pensaba que la reflexión de la luz se debía a la repulsión entre los corpúsculos y la superficie en la que se refleja; mientras que la refracción está causada por la atracción entre los corpúsculos y la superficie que los refracta. Sin embargo, esta afirmación se comprobó incorrecta. Se sabe que, por ejemplo, los cristales reflejan y refractan la luz al mismo tiempo, lo cual según la teoría de Newton implicaría que atrajeran y repelieran al mismo tiempo la luz.
- La teoría corpuscular no puede explicar los fenómenos de difracción, interferencia y polarización de la luz.
Teoría incompleta
Si bien la teoría de Newton significo un importante paso en el entendimiento de la verdadera naturaleza de la luz, lo cierto es que con el tiempo se demostró bastante incompleta.
En cualquier caso, esto último no le resta valor como uno de los pilares fundamentales sobre los que se fue construyendo el conocimiento futuro sobre la luz.
Referencias
- Lekner, John (1987). Theory of Reflection, of Electromagnetic and Particle Waves. Springer.
- Narinder Kumar (2008). ComprehensivePhysics XII. Laxmi Publications.
- Born and Wolf (1959). Principles of Optics. New York, NY: Pergamon Press INC
- Ede, A., Cormack, L. B. (2012). A History of Science in Society: From the scientific revolution to the present, University of Toronto Press.
- Reflection (physics). (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 29 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
- Corpuscular theory of light. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 29 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.