Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
28La luz viaja en línea recta
Los rayos de sol se cuelan de refilón entre los árboles en la niebla de la mañana — rectos como cuerdas tensas, todos ellos. Una linterna en un desván polvoriento lanza una hoja de luz de bordes rectos. Puedes oír a un amigo que te llama desde la esquina, pero no puedes verlo allí. Todo esto es una misma ley vestida de maneras distintas — la ley más antigua de la luz.
28.1 La ley de la línea recta
Proposición 28.1 (La luz viaja en línea recta)
En el aire (igual que en el agua, en el vidrio o en el espacio vacío), la luz viaja en línea recta. No dobla las esquinas, no va a la deriva como el humo, no se tuerce para encontrarte detrás de una pared. Allí donde no puede llegar una línea recta trazada desde la fuente, no llega ninguna luz de esa fuente.
Definición 28.2 (Rayo de luz)
Para dibujar la luz, los físicos usan el rayo de luz: una línea recta con una flecha, que enseña un hilo de luz y hacia dónde corre. El haz de una linterna se dibuja como un abanico de rayos; el haz fino de un láser, como un solo rayo. Igual que la flecha de una fuerza, el rayo es un dibujito que lleva una ley dentro: las carreteras de la luz son rectas como una regla.
Ejemplo 28.3 (Dónde se deja ver la ley)
Una vez que conoces la ley, la ves por todas partes: los rayos de sol rectos entre la niebla o entre las lamas de una persiana; el borde recto y nítido del haz de una linterna en un aire con polvo; el hilo completamente recto de un puntero láser; y todos los faros barriendo el mar nocturno con hojas rectas de luz. No se ha visto nunca luz torcida — las fuentes y los bosques podrán curvarse, pero la luz no.
28.2 Demostrarlo con tres cartulinas
Método 28.4 (El experimento de las tres cartulinas)
- haz un agujerito en el centro de tres cartulinas rígidas, a la misma altura;
- pon las cartulinas de pie en fila, separadas un palmo, y una vela encendida (o una linterna) más allá de la última;
- mueve la cabeza hasta que veas la llama a través de los tres agujeros — algo que solo es posible cuando los tres agujeros y la llama están en una misma línea recta (compruébalo: una cuerda tensa que pase por los agujeros llega a la llama);
- desliza ahora la cartulina del medio hacia un lado, solo el ancho de un dedo.
La llama desaparece. La luz que podría haber hecho un zigzag — por el primer agujero, un saltito de lado, por el agujero desplazado y hasta tu ojo — sencillamente no lo hace: sin línea recta no hay luz.
Ejemplo 28.5 (Las sombras, explicadas de una vez)
Ahora la sombra de tu primer año de colegio entrega su secreto. Los rayos corren rectos desde la lámpara; la pelota detiene a los que chocan con ella; los rayos que rozan su borde siguen rectos su camino. Detrás de la pelota queda exactamente el espacio al que no puede llegar ningún rayo recto — la sombra, con su borde nítido dibujado por los últimos rayos que se cuelan de lado. Rayos rectos, sombras nítidas: una luz torcida emborronaría todas las sombras hasta dejarlas hechas niebla.
28.3 Ver es recibir luz
Proposición 28.6 (Cómo funciona la vista)
Ves una cosa cuando la luz que sale de ella viaja en línea recta hasta tu ojo — su propia luz si es una fuente, o luz del Sol o de una lámpara rebotada en ella si no lo es. De tu ojo no sale nada a agarrar el mundo: ver es recibir, atrapar rayos como una red atrapa pelotas.
Ejemplo 28.7 (Al doblar la esquina)
Tu amigo te llama desde la esquina del colegio: lo oyes, pero no lo ves. El sonido se extiende como los anillos de un estanque y baña el borde de la esquina; la luz se aferra a sus carreteras rectas, y ninguna línea recta une la cara de tu amigo con tu ojo a través del ladrillo. Para ver al doblar una esquina hay que doblar la carretera — darle al rayo una superficie dura y brillante en la que rebotar. Ese truco se llama espejo, y es el dueño del primer capítulo de luz del año que viene.
Observación 28.8 (El corredor campeón)
El sonido, ya lo medimos, trota a por segundo. La luz en sus carreteras rectas juega en otra liga completamente distinta: cruza el cielo entero más deprisa de lo que ningún recuento podría atrapar — por eso el fogonazo llega “al instante” y el trueno se arrastra segundos por detrás. ¿Cómo de deprisa exactamente? El número es tan escandaloso que lo guardamos para un año posterior — junto con la historia de los trucos ingeniosos que hicieron falta para medirlo.
28.4 Ejercicios
Ejercicio 28.1 ★
Enuncia la ley de este capítulo. Nombra dos sitios donde se la vea al aire libre.
Ejercicio 28.2 ★
¿Qué es un rayo de luz y qué dos cosas enseña su dibujo?
Ejercicio 28.3 ★
En el experimento de las tres cartulinas, ¿cuándo exactamente se ve la llama? ¿Qué único movimiento la hace desaparecer y por qué?
Ejercicio 28.4 ★
¿Cómo explica la ley de la línea recta el borde nítido de una sombra?
Solución
Solución de Ejercicio 28.4.
Los rayos corren rectos desde la lámpara; el obstáculo detiene a algunos, y los rayos que rozan su borde siguen rectos su camino. La frontera entre el suelo al que llega la luz y aquel al que no llega está dibujada por líneas rectas — de ahí el borde nítido.
Ejercicio 28.5 ★
Estás viendo este libro ahora mismo. Cuenta el viaje de la luz que lo hace posible, desde una lámpara hasta tu ojo.
Solución
Solución de Ejercicio 28.5.
La luz sale de la lámpara, corre recta hasta la página, rebota en el papel y corre recta desde la página hasta tu ojo — que la recibe. Dos tramos rectos con un rebote en medio.
Ejercicio 28.6 ★
¿Por qué puedes oír a un amigo que está en la esquina pero no verlo? ¿Qué hace cada viajero — el sonido y la luz — al llegar a la esquina?
Ejercicio 28.7 ★
Una cerradura, una habitación iluminada al otro lado y tu ojo: ¿desde qué puntos del pasillo a oscuras se ve la lámpara por la cerradura? Responde con una línea recta.
Solución
Solución de Ejercicio 28.7.
Solo desde los puntos en los que una línea recta que pase por la cerradura llegue a la lámpara — ojo, cerradura y lámpara alineados. Apártate y la línea se rompe contra la puerta.
Ejercicio 28.8 ★
¿Qué llega antes de un fuego artificial lejano, el estallido o el fogonazo? ¿Qué ley y qué medida de este año explican el hueco entre los dos?
Solución
Solución de Ejercicio 28.8.
El fogonazo: el viaje de la luz cuenta como instantáneo, mientras que el estallido cruza al trote a por segundo — tres segundos de silencio por cada kilómetro de distancia.
Ejercicio 28.9 ★
“Cuando miro una estrella, algo sale disparado de mi ojo para tocarla”. Corrige esta vieja creencia con la Proposición 28.6 — ¿qué viaja y en qué sentido?
Ejercicio 28.10 ★★
Diseña, con un dibujo de rayos, una manera de vigilar el pasillo desde dentro de tu habitación usando el truco del espejo que se insinúa en el Ejemplo 28.7: ¿dónde tiene que estar la superficie brillante en el marco de la puerta y qué le hace a la carretera del rayo? (Los submarinos usan exactamente esto, dos veces apilado, para ver por encima de las olas.)
Solución
Solución de Ejercicio 28.10.
Se pone la superficie brillante en el marco de la puerta, inclinada a medio ángulo recto respecto al pasillo. Un rayo que corre por el pasillo choca con el espejo inclinado y su carretera se dobla: gira la esquina y entra recto por la puerta hasta tu ojo. Dos dobleces así, uno encima del otro, forman el periscopio del submarino.
Ejercicio 28.11 ★★
Una mañana con niebla, los rayos de sol se abren en abanico entre los árboles en líneas visiblemente rectas — y tu amigo dice: “Vemos los haces, así que la luz tiene que ser una sustancia visible que cuelga del aire”. ¿Qué estáis viendo en realidad los dos cuando un “haz” se deja ver entre la niebla o el polvo, y qué aspecto tendría el haz en un aire perfectamente limpio?
Solución
Solución de Ejercicio 28.11.
No estáis viendo la luz en pleno vuelo — estáis viendo las incontables gotitas y motas de polvo con las que choca el haz por el camino, cada una de las cuales devuelve un poco de luz a vuestros ojos. En un aire perfectamente limpio no hay nada con lo que chocar, y el haz es invisible de lado: solo lo delata la mancha brillante donde aterriza.