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¿En qué se mide la velocidad de la luz?

Escrito por paul dohrman | Traducido por martin santiago
¿En qué se mide la velocidad de la luz?

Los diferentes aspectos de la luz requieren distintas unidades.

NASA.gov

La luz se mide en muchas unidades. Su longitud de onda, ?, se mide tanto en angstroms como en nanómetros. Su frecuencia se mide en hertzios. Su energía se mide generalmente en electrón-voltios (eV), dado que los joules son demasiado grandes para ser prácticos. Su desplazamiento al rojo se mide ya sea en unidades de distancia corta (si se mide el cambio en las líneas de emisión en el espectrógrafo) o en unidades de velocidad, qué tan rápido se aleja el objeto.

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Ångstroms y Nanómetros

Un angstrom (Å) es 10^-10 metros. Un nanómetro (nm) es 10^-9 metros. Las longitudes de onda del espectro electromagnético van desde 10^12 nm a 10^-3 nm. Un nanómetro es la longitud de onda de un fotón de rayos X blandos. El espectro visible de la luz es 400 a 750 nm. Ten en cuenta que, dado que la velocidad de la luz es a la vez constante y el producto de la longitud de onda y la frecuencia, es decir, c =??, entonces conocer la longitud de onda significa que también se conoce la frecuencia. (La frecuencia se suele representar con la letra griega nu).

Cómo determinar la longitud de onda

La naturaleza ondulatoria de la luz puede ser exhibida al dejar que la luz monocromática (de una sola longitud de onda) pase a través de dos agujeros muy estrechos (o lo que es equivalente a través de una rejilla de difracción). La luz de los dos agujeros interfiere entre sí, creando un patrón de líneas claras y oscuras en una pared distante, revelando el carácter ondulatorio de la luz.

Criterio de Rayleigh

Este mismo patrón de cancelación y aumento pueden verse en las ondas de agua creadas por dos corchos cercanos. Los picos cancelan los valles de las ondas, mientras que los picos refuerzan picos. A partir de la medida de los patrones y la distancia entre las ranuras, una ecuación llamada criterio de Rayleigh puede determinar la longitud de onda de las ondas de luz. Para calcular las energías más altas, como para los rayos X, se usa difracción de cristal en lugar de rejillas. Los rayos X se reflejan en una red cristalina, por ejemplo, NaCl, y forman patrones de interferencia.

Energía por fotón

La energía de un fotón está relacionada con su frecuencia y, ya que c = ??, también a su longitud de onda. La relación es E = h?, donde h es la constante de Planck. La unidad normalmente utilizada para la energía de los fotones es el electrón-voltios (eV). Un electrón-voltios es el cambio en la energía cinética de un electrón que se mueve de un lugar donde el potencial de voltaje es V a un lugar donde es V+1. Los rayos gamma tienen una energía de alrededor de un millón de eV. En el extremo opuesto del espectro, las ondas de radio tienen la energía de una millonésima de mil millonésima parte de un eV. El espectro visible está en el medio, en torno a cinco eV.

Corrimiento al rojo

La relatividad especial dicta que la luz de un objeto a cierta velocidad todavía parece viajar con la velocidad c considerada constante universal, incluso para un objeto que se aleja tan rápido como lo hacen las galaxias. La teoría pasa a dictar que la longitud de onda cambia, acortada en una proporción determinada por la velocidad del objeto con respecto al observador. El alargamiento es observable en el espectro del objeto que se aleja. En concreto, las líneas de emisión del gas que absorbe la luz y el gas que la emite del objeto se desplazan hacia el extremo del espectro con las longitudes de onda más largas. El cambio de la luz se puede medir del espectrógrafo en términos de la variación absoluta de la longitud de onda, es decir, en nm o Å. O el cambio espectroscópico se puede convertir en la velocidad del objeto que se aleja, y se mide ya sea en kilómetros por segundo, o (porque en una escala galáctica las velocidades son muy altos) como una proporción de la velocidad de la luz, por ejemplo, 0.5c.

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