Otras carreras Velocidad luz en vacio

[Sesepote]

Hola, estaba mirando las propiedades de la luz (mas bien en la radiación electromagnética) y me surgió una duda. Si la longitud de onda en cm, la frecuencía en hertz o la velocidad en electron-volts se podrían considerar equivalentes, pues son distintas formas de mirar lo mismo, entonces, ¿por que la velocidad de la luz en vacio es constante?, si lo fuese los colores del espacio no existirían como tal, sería solo uno, ¿no?

Gracias.

[arivasm]

Re: Velocidad luz en vacio

Primero, el electrón-Voltio no es una unidad de velocidad, sino de energía.

Segundo, las magnitudes que indicas (cambiando velocidad por energía) no son equivalentes, sino que están relacionadas. Para que se me entienda: lo que pago al comprar patatas está relacionado con la cantidad de patatas que compro; pero eso no significa que sean cosas equivalentes.

Tercero, el espacio, como objeto físico, no tiene colores.


La constancia de la velocidad de la luz en el vacío, en el sentido de ser independiente de las características de la luz, es consecuencia de las leyes del electromagnetismo (ecuaciones de Maxwell) y de que la luz sea una onda electromagnética.

Por último, no entiendo que quieres decir con eso de "...si lo fuese los colores no existirían como tal", pues la velocidad de la luz sí es constante.

Si tu pregunta en realidad era "si no lo fuese...." lo que diferencia un color de otro es la frecuencia, del mismo modo que en sonido un tono se diferencia de otro por sus frecuencias. El que la velocidad de propagación de una onda no sea la misma para todas las frecuencias simplemente implica que ondas de diferente frecuencia emitidas por un mismo foco tardarán tiempos diferentes en alcanzar un detector, pero no impedirá el que puedan existir. De hecho, eso es lo más habitual en el mundo de las ondas, y también sucede con la luz al propagarse por medios materiales. El rojo y el azul no se propagan con la misma velocidad por el agua, por ejemplo.

[Sesepote]

Re: Velocidad luz en vacio

Gracias por tu respuesta, está muy bien explicado.

Sobre el primer punto pensaba que los electrón-volts era velocidad, había entendido mal el concepto...

Sobre el segundo me había explicado mal, debería tener cuidado con las palabras, que luego aprendo mal las cosas.

y sobre el tercero me refería a que por ejemplo existen estrellas de múltiples colores, nebulosas "coloridas", etc y si los colores dependen de su longitud de onda electromagnética y se propagan a diferentes velocidades, entonces si en el vacío la velocidad es constante a 299.792.458 m/s, solo debería existir el color de esa velocidad y no todos los que se pueden observar desde el espacio, ¿no? ¿o las longitudes solo varían la velocidad al interaccionar con algo, dependiendo de su longitud, y en el vacío van a la misma velocidad?

[arivasm]

Re: Velocidad luz en vacio

si los colores dependen de su longitud de onda electromagnética y se propagan a diferentes velocidades, entonces si en el vacío la velocidad es constante a 299.792.458 m/s, solo debería existir el color de esa velocidad y no todos los que se pueden observar desde el espacio, ¿no? ¿o las longitudes solo varían la velocidad al interaccionar con algo, dependiendo de su longitud, y en el vacío van a la misma velocidad?

Frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación son tres magnitudes que se relacionan entre sí. Eso significa que sólo dos de ellas son independientes. En realidad, como veremos más adelante, sólo es una de ellas (la frecuencia).

La frecuencia de la onda determina el color, sin que importe la velocidad de propagación. Repito que es exactamente lo mismo que sucede con el sonido: la frecuencia determina el tono grave/agudo. Pero una nota de LA de 440 Hz sonará igual si se propaga por el aire (340 m/s) que si la escuchas pegando el oído a la pared (la velocidad de propagación es notablemente mayor) procedente del equipo de música de tu vecino.

Dices que el hecho de que todas las ondas luminosas se propaguen en el vacío con la misma velocidad debería implicar que sólo se propaga un único color. Pues no: la velocidad de propagación es una cosa y el color (frecuencia) otra. Tu afirmación equivaldría a decir "si todas las ondas sonoras se propagan en el aire con la misma velocidad [en realidad, prácticamente es así] ¿sólo se podrá oir un tono?". Por supuesto que no. Gracias a ello podemos escuchar música!

Decía antes que, en realidad, de las tres magnitudes que caracterizan a cualquier onda armónica (dejando de lado su amplitud, que determinaría su intensidad, y otras semejantes), longitud de onda, velocidad de propagación y frecuencia, sólo una de ellas es independiente. Veamos por qué. La longitud de onda es simplemente el cociente entre velocidad de propagación y frecuencia. Por tanto, si la velocidad de propagación dependiese de la frecuencia esta última sería la magnitud que determinará las otras dos.

Para entender por qué la velocidad de propagación depende, en general, de la frecuencia recordemos que una onda es una perturbación que se propaga, que el estado de vibración que exista en un punto se transmitirá a los vecinos. Ahora bien, es lógico que la rapidez con la que se transmita esa vibración dependerá de cómo sea esta última. En una onda mecánica la transmisión se debe a las fuerzas entre partículas vecinas, y la transferencia de energía es similar a lo que sucede cuando hacemos oscilar el extremo de un resorte: no todas las frecuencias originarán la misma respuesta en el mismo. En el caso electromagnético la situación es relativamente similar, aunque ahora ya no se trata de fuerzas entre partículas, sino de algo más complicado, como son las propiedades del campo electromagnético.

Eso sí, para la luz en el vacío, debido a las propiedades electromagnéticas de este último, la transferencia de la perturbación sigue la ley de dependencia entre velocidad de propagación y frecuencia más sencilla de todas las posibles: c=cte (es decir, la misma para todas las frecuencias). Ahora bien, en cualquier medio material eso ya no es así y la luz, al igual que cualquier otra onda, tiene una dependencia entre velocidad de propagación y frecuencia que ya no es tan sencilla, sino que dependerá del medio en cuestión.

De todos modos, en el aire, por ejemplo, a la velocidad de la luz le sucede prácticamente lo mismo que en el vacío. Aunque en rigor a cada color le corresponde una velocidad de propagación "diferente" la diferencia es tan sumamente minúscula que podemos ignorarla (salvo que debamos explicar algún fenómeno muuuuy concreto). ¿Verdad que eso no nos impide ver toda una panoplia de colores? Pues en el vacío tampoco.

[Sesepote]

Re: Velocidad luz en vacio

Muy buena respuesta, ya me queda bastante claro, aunque como de costumbre en las ciencias, las cosas aparentemente sencillas tienen un trasfondo complejo.