Movimiento de la luz – Velocidad

Según la física clásica, existían situaciones inexplicables que se producían cuando la luz se emitía, se transmitía o se recibía por cuerpos o medios en movimiento. La velocidad en estos casos era el resultado de sumar a la velocidad de la luz, la velocidad del cuerpo o del medio. Sin embargo, los científicos se encontraron con varios casos sin resolver.

JAMES BRADLEY (1693-1762)

James Bradley_42 segundos de arcoAstronómo inglés, en 1725 descubrió que la posición observada de las estrellas en el firmamento variaba anualmente con respecto a la posición real en un intervalo de 41 segundos de arco. La teoría que propuso para explicarlo, fue que esta variación se debía a la combinación de la velocidad de la tierra al rotar alrededor del sol con la velocidad finita de la luz. 

Los razonamiento de Bradley le llevaron a la conclusión de que la luz se desplaza con una velocidad fija por un medio especial, el éter, que está en reposo respecto a las estrellas fijas, empleando una expresión con reminiscencias aristotélicas. Además, la luz es arrastrada por el movimiento del éter, de la misma manera que el agua arrastra a un barco o submarino que se desplace por ella.

Gracias a esta teoría fue capaz de calcular la velocidad de la luz de una forma aceptable. Basándose en este resultado, en el siglo XIX el astrónomo inglés George Biddell Airy, comparó el ángulo de aberración en un telescopio antes y después de llenarlo de agua, y descubrió que, en contra de sus expectativas, no había diferencia en sus mediciones (la luz no variaba de velocidad a pesar de que el fluido se movía a la velocidad de la tierra).

Augustin FresnelAUGUSTIN FRESNEL

En 1818, propuso un experimento para medir la velocidad que la luz atravesaba un líquido en movimiento. Para ello, se haría atravesar la luz por una columna de un líquido que fluyese a una velocidad (v) relativa al observador. Sabiendo la velocidad (v’) a la que se trasmite la luz a través de ese medio, y al del índice de refracción (n), se calculó que la velocidad total de la luz en ese fluido.

Sin embargo, el físico francés Hippolyte Fizeau en 1851, llevó a cabo el experimento y comprobó que la velocidad a la que la luz atravesaba el líquido en movimiento no era el cálculo correcto. Es decir, que la velocidad de la luz en el fluido valía menos en la velocidad final, si la velocidad que atravesaba la luz en ese fluido era mayor.

ALBERT ABRAHAM MICHELSON Y EDWARD MORLEY

Edward Morley y Albert MichelsonLos físicos estadounidenses propusieron un experimento para medir la velocidad a la que fluía el éter con respecto a la Tierra. Suponían que el éter se movía en una dirección concreta con una velocidad determinada, por eso, debido a la translación de la Tierra alrededor del Sol habría épocas del año en que tendríamos una componente de esa velocidad a favor y otras épocas en contra, por lo que supusieron que cuando lo tuviésemos a favor, la velocidad de la luz sería superior y cuando lo tuviésemos en contra sería inferior.

Mesa óptica usada por Michelson y Morley para su experimento

Para ello midieron la velocidad de la luz en diferentes estaciones del año y observaron que no había ninguna diferencia. Y lo más curioso: que ni siquiera había diferencias debidas a la propia velocidad de translación de la Tierra (30 km/s).

En un intento para probar la existencia de éter y la velocidad de la traslación de la Tierra con respecto a éste, optaron por disipar el concepto del éter y considerar la teoría de la relatividad especial de Einstein, que buscaba ser compatible con la traslación de la Tierra.

Mesa óptica utilizada por Michelson y Morley para su experimento.

La luz procedente de una fuente, incide en un espejo semi- transparente y se divide en dos trayectos. La parte transmitida (color rojo) denominada trayectoria 1 y la parte reflejada (color verde) denominada trayectoria 2. Cada una es rebotada de esquina a esquina por cuatro espejos recorriendo un total de 11 metros cada una; finalmente ambas trayectorias vuelven a unirse originándose un patrón de interferencias visionado por el microscopio.

  • Los resultados negativos del experimento tuvieron dos consecuencias (suponiendo que la Tierra se mueve): al demostrar que el éter carecía de propiedades medibles resultaba insostenible la hipótesis del éter, aunque los resultados aún no eran concluyentes.
  • Se vislumbraba un nuevo principio físico: la velocidad de la luz en el espacio libre es la misma en todas partes, independientemente de cualquier movimiento de la fuente o del observador.
  • El segundo postulado de la relatividad especial es una consecuencia directa de la interpretación asignada al resultado que proporcionó el interferómetro de Michelson y Morley, de ahí que dicho postulado proponga que “la velocidad de la luz en el espacio libre tiene el mismo valor para todos los observadores, independiente de su estado de movimiento”.

La velocidad de la luz admitida actualmente es: 299.792,458 Km. / segundo.

En 1905, Albert Einstein dio una explicación satisfactoria con su teoría de la relatividad especial, en la que, en su segundo fundamento propone que la velocidad de la luz es isótropa, es decir, independiente del movimiento relativo del observador o de la fuente.

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