Frecuencia de la Luz y Espectro de Color: Definición y ejemplos

Frecuencia de la luz

La luz es una forma de radiación electromagnética (em). La radiación electromagnética viaja a través del espacio como una onda, y un tipo de radiación em varía de otro por la frecuencia de esa onda. La radiación electromagnética se clasifica mediante el espectro electromagnético, que normalmente está ordenado por frecuencia. La frecuencia de la luz visible es de 400 THz a 700 THz, aproximadamente. Un THz es un Terahercio, que es una unidad de frecuencia igual a un billón de Hercios.

La luz visible constituye sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. Existe una enorme variedad de radiación em que los ojos humanos no pueden ver, radiación que llena el aire todo el tiempo. Cada llamada de celular, cada canción de la radio, cada señal de televisión, walkie-talkie, horno microondas y cada estrella del cielo genera «luz» invisible al ojo humano.

¿Cuál es la frecuencia de la luz?

Un hercio se define como el número de oscilaciones o repeticiones de un ciclo en un segundo. Para una onda, es la cantidad de longitudes de onda que ocurren en un segundo.

Toda la luz viaja a la misma velocidad sin importar su frecuencia, por lo que la luz con una longitud de onda más larga tiene una frecuencia menor (ya que pasan menos ondas en un segundo) y la luz con una longitud de onda más corta tiene una frecuencia mayor (pasan más ondas por segundo). Una ecuación puede relacionar frecuencia y longitud de onda.

$$c = \lambda f $$

Dónde:

• c = velocidad de la luz, que es una constante, aproximadamente {eq}3\cdot 10^8\:m/s {/eq}
• {eq}\lambda {/eq} = longitud de onda en metros
• f = frecuencia en Hertz

Cada tipo de radiación em en el espectro tiene un rango de frecuencia asociado.

• Radio: {eq}<10^9\: Hz {/eq}
• Microondas: {eq}10^9 – 10^{11}\: Hz {/eq}
• Infrarrojos: {eq}10^{11} – 19^{14}\: Hz {/eq}
• Luz visible: {eq}4,0\cdot 10^{14} – 7,0\cdot 10^{14} {/eq}
• Ultravioleta: {eq}10^{14} – 10^{17} {/eq}
• Rayos X: {eq}10^{17} – 10^{19} {/eq}
• Rayo gamma: {eq}>10^{19} {/eq}

A medida que la radiación electromagnética se mueve hacia las partes de mayor frecuencia del espectro, billones y billones de ondas pasan cada segundo, y las longitudes de onda son una milmillonésima o una billonésima de metro.

Frecuencia de luz visible

La luz visible, el rango del espectro em que el ojo humano puede detectar, se produce entre 400 THz y 700 THz. Justo fuera del rango visible en el extremo rojo está el rango infrarrojo, y justo afuera en el extremo violeta está el rango ultravioleta. No existe un límite definido, como tampoco existe un borde definido entre los diferentes colores. Por ejemplo, el rojo pasa gradualmente al naranja y el punto exacto donde un color se convierte en otro no está definido. La frecuencia y la longitud de onda tienen una relación inversa, por lo que a medida que la frecuencia aumenta del rojo al violeta, la longitud de onda disminuye.

Una cosa a considerar es que el blanco no está en el espectro visible. Sin embargo, la luz blanca existe. Linternas, luces gigantes del estadio, LED y bombillas brillan con luz blanca. El sol brilla con luz blanca. El truco es que la luz blanca es una combinación de todos (o muchos) los colores del espectro. Cuando una fuente de luz parece blanca, está iluminando todos los colores al mismo tiempo.

Eso lleva a otra pregunta. Si la principal fuente de luz (el sol) es blanca, ¿por qué no todo es blanco? La luz del sol incide en una valla, luego rebota en el ojo de una persona y ve una valla roja. ¿A dónde se fueron los otros colores? La respuesta es que la luz no «rebotó» exactamente en la cerca. Cuando la luz incide sobre un objeto, los átomos del objeto absorben la luz como energía. Vibran y luego la liberan poco después, y aunque vuelve a salir como luz, no siempre sale del mismo color en el que entró. Diferentes materiales emitirán solo ciertos colores. La valla roja absorbió la luz del sol, pero solo emitió luz en el rango de frecuencia roja.

Cuando el ojo humano ve un objeto, está viendo la luz que este emite o refleja. Hacer brillar una luz sobre un objeto causa esto, pero agregar energía en forma de calor también puede causarlo. Cuando una pieza de acero, por ejemplo, se pone al rojo vivo, toma parte de esa energía térmica y la emite como luz visible. Ese acero se puede ver en una habitación oscura, donde no hay otra fuente de luz visible. El acero frío no puede hacer eso.

Frecuencia de color

En el espectro de colores de la luz hay siete colores espectrales puros. En orden de menor a mayor frecuencia, son rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Debido a la relación inversa, se invierten el orden según la longitud de onda. El color con mayor frecuencia es el violeta.

Estos son rangos aproximados. Como se mencionó, los límites entre los colores son algo borrosos y el espectro visible se desvanece en un gradiente hacia el ultravioleta y el infrarrojo.

La naturaleza del color

Es una cuestión relativamente sencilla medir la frecuencia de la longitud de onda de un haz de luz. Un fotómetro y algunas matemáticas pueden mostrar que un haz de luz tiene una frecuencia de 592 THz. ¿Pero de qué color son 592 THz? Está cerca del límite verde-azul del espectro, pero está en el lado verde. Entonces, ¿es verde? ¿Es verde-azul?

Cuando hablamos de cómo llamar a un color, nos adentramos en nuestra percepción de ese color. Algunas lenguas antiguas no tenían una palabra para el color azul. Homero observó lo que la gente moderna llamaría el océano azul y lo llamó «gris brillante» y «oscuro como el vino». Dependiendo de la fuente, tanto el índigo como el cian pueden incluirse o no como un color espectral puro en el espectro de luz visible. Nuestras propias experiencias personales y conocimientos culturales pueden influir en la forma en que interpretamos algo como el color y pueden hacer que no estemos de acuerdo sobre lo que tenemos delante de nuestros ojos. ¿592 THz es verde azulado, turquesa, topacio o cian? ¿Es azul-verde? La tabla de frecuencias dice que es verde.

Lo que sí es seguro es que los ojos detectan luz en el rango visible y que 592 THz es un color concreto. Diferentes personas pueden interpretar ese color de manera diferente. Podrían llamarlo con diferentes nombres, pero la evidencia disponible dice que diferentes ojos que pertenecen a diferentes personas siguen viendo el mismo color.

Los ojos no humanos son otra historia. Los ojos tienen células de varios tipos, llamadas fotorreceptores, que detectan luz de ciertas frecuencias, y las cantidades de esas células presentes pueden indicar con qué intensidad un ojo ve un determinado color. Los investigadores no pueden preguntar a los animales qué colores ven, pero al examinar sus ojos, pueden hacerse una idea de cómo se ven las cosas en diferentes animales. Algunos animales ven menos colores que las personas. Su espectro visible es más pequeño o no ven el color con tanta intensidad. Los perros ven el mundo principalmente en tonos de azul, amarillo y gris, por ejemplo. Los gatos pueden ver los mismos colores que los humanos, pero con una intensidad mucho menor. Por otro lado, sin embargo, algunos animales pueden ver cosas que los humanos no podemos ver. Las arañas y los insectos como las abejas pueden ver en el rango ultravioleta. Los pájaros pueden ver más colores que los humanos. El camarón mantis tiene ojos increíblemente complicados, con una variedad de fotorreceptores, que deberían poder ver millones de colores que los humanos no ven, pero las pruebas parecen mostrar que este camarón en realidad no puede distinguir entre tantos colores diferentes. Al igual que ocurre con los humanos, la historia completa de cómo los animales ven el color es más complicada de lo que parece a primera vista.

Resumen de la lección

¿Cuál es la naturaleza del color? Los ojos humanos son órganos especializados que detectan la radiación electromagnética (em). La radiación electromagnética viaja en una onda y varía según la frecuencia de esa onda. Cuando los átomos absorben energía y se cargan, pronto liberan esa energía en forma de radiación electromagnética. El espectro electromagnético cambia de ondas de radio y microondas en el extremo de baja frecuencia a rayos X y rayos gamma en el extremo de alta frecuencia. En algún punto intermedio está la sección que podemos ver, el espectro de luz visible. El espectro visible es muy pequeño en comparación con el espectro electromagnético más grande. El espectro de luz visible normalmente se divide en siete colores espectrales puros: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, y estos colores pasan gradualmente de uno al siguiente. No existe un límite claro, lo que a veces dificulta saber con precisión dónde termina un color y comienza el siguiente.

Cada frecuencia corresponde a un color particular. Los instrumentos científicos pueden encontrar la frecuencia exacta de un haz de luz en particular, pero cuando comenzamos a tomar decisiones más subjetivas sobre los colores, como cómo nombrarlos, las cosas se complican. Elementos de nuestras experiencias personales, idiomas y culturas pueden hacer que veamos un color de manera diferente a otra persona, especialmente en los límites entre colores puros. Sin embargo, la evidencia disponible muestra que todos vemos el mismo color.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador