Rayos, reflexión refracción y difracción

Rayos que
rebotan y se desvían
Puesto que la luz es un fenómeno visual, sus características pueden explicarse más claramente por medio de fotografías que de palabras. Pero al tratar de fotografiar la luz, surge un problema muy especial: si su energía no es enfocada directamente al ojo de la cámara, la luz será invisible. Un hombre suspendido en el espacio exterior, de espaldas al sol, no verá nada, todo será negrura (salvo los distantes planetas y estrellas), porque la energía del sol fluirá detrás de él, sin nada que la haga rebotar al ojo. En cambio, estando sobre la superficie de la tierra puede ver los árboles, las casas —hasta la atmósfera—, todo ello hecho visible por la luz que, después de chocar con los objetos, va al ojo, de rebote. En las fotos que siguen, para poder seguir el rebote y las desviaciones de los rayos de luz de diversos colores, el ambiente se saturó de humo, cuyas partículas ayudan a capturar la luz y reflejarla hacia la lente de la cámara. En la naturaleza suele ocurrir igual: si vemos el rayo de luz que penetra en la habitación, es por las partículas de polvo que danzan en el aire. Los rayos de luz solar que pasan entre las nubes son visibles gracias a que en la atmósfera hay partículas de niebla o humedad.

La reflexión:
repeticion de la imagen
Si bien toda luz deriva de ciertas fuentes de energía, como el sol, una bombilla eléctrica, un fósforo, la casi totalidad de la que impresiona el ojo es luz refleja: rayos que han rebotado en algún objeto y que siguen su marcha. Casi todo aquello donde da la luz refleja cierta proporción de sus rayos, y las superficies lisas y brillantes —como el estanque de la derecha— reflejan casi tanta luz como la que reci
ben. Así, podemos cubrir una habitación con espejos, colocados de tal manera que reflejen la débil llama de una vela docenas y aún cientos de veces, iluminando todos los rincones con una brillantez mucho mayor de la que se conseguiría si el cuarto estuviera tapizado con paño negro, material que absorbe la luz y casi no refleja nada.
La luz puede rebotar de muchas maneras, pero siempre sigue una sen-
cilla regla: el ángulo de incidencia (llegada) es igual al ángulo de reflexión (partida). Aunque las apariencias indiquen lo contrario, esta regla es observada tanto en el espejo plano (abajo) que, como era de preverse, refleja las imágenes a ángulos iguales opuestos, como en el espejo curvo de la foto de la página derecha, que produce tres rayos a ángulos idénticos, que rebotan en tres direcciones distintas.
La refraccion:
desviación de la luz
La luz no sólo rebota en las superficies, sino que penetra por algunas de ellas, a veces a ritmo más lento y cambiando de dirección en el proceso. Este cambio de dirección, o "desviación", recibe el nombre técnico de refracción, y ocurre en el punto donde la luz pasa de un medio a otro de distinta densidad. En el aire, la luz avanza a 300.000 kilómetros por segundo; pero el agua, que es más densa que el aire, disminuye la velocidad de la luz en cerca de un cuarto. El vidrio, más denso aún que el agua, la frena en una tercera parte, y el diamante más todavía. Sin embargo, para que se produzca la refracción, la luz deberá llegar al nuevo medio oblicua y no perpendicularmente, ni de frente. La inclinación del ángulo determina el grado de desviación, fenómeno que se ilustra en la foto superior con bloques de plástico transparente. Entrando por la izquierda, los tres rayos de luz llegan al primer bloque de frente
y lo pasan sin desviarse. Pero al segundo bloque llegan en cierto ángulo, haciendo que una porción de su luz se refleje hacia arriba. Sin embargo, la mayor parte penetra en el bloque, donde, frenados por la mayor densidad del plástico, los rayos son desviados hacia abajo, sólo para reanudar su dirección y velocidad originales al salir del bloque. Las dos superficies cóncavas del tercer bloque difunden los tres rayos, separándolos, pero el último bloque actúa como una lente convexa y los refracta con tal fuerza, que acaban entrecruzándose (derecha).
La refracción de la luz produce espejismos, arco iris e ilusiones ópticas tan grotescas como la deformación de la chica que está sentada en la piscina (extrema derecha). Hace que un vaso de cerveza se vea más lleno de lo que realmente está. También permite remediar la refracción defectuosa del ojo humano con lentes correctoras.

Difracción: volviendo la esquina
El truco que la luz nos juega a veces con las sombras, dejando franjas de luz dentro de sus orillas, es producto de la difracción: el resultado de que la luz viaje en ondas.
Si agitamos el agua con un palo, se producirán ondas que se extenderán en todas direcciones. Cuando tropiezan con algún obstáculo, como una tabla que sobresalga del agua, la parte de la onda que golpea precisamente la orilla de la tabla producirá una nueva serie de ondas que partirán de ese punto. Algunas de esas ondas se abrirán en abanico alrededor de la orilla, con lo que habrán dado vuelta a la esquina.
Eso es precisamente lo que hace la luz. Cuando las ondas de un punto de luz distante llegan a un objeto opaco, se desvían rodeando las orillas, curvándose tanto hacia la sombra como hacia la ruta de otras ondas de la misma fuente luminosa. Las ondas que dan la vuelta al objeto crean una franja brillante donde normalmente debería empezar la sombra, pero las ondas que avanzan en dirección opuesta se superponen a las que van a su encuentro. Cuando chocan las crestas de las ondas, tienden a reforzarse mutuamente y forman franjas luminosas. Pero cuando la cresta de una se topa con el seno de otra, se anulan mutuamente, y el resultado son unas bandas oscuras. Esta superposición puede apreciarse en la foto de una sombra, en la página siguiente, que presenta orillas brillantes y un claro patrón de franjas de luz y sombra.