Lutz
La lutz (AFI: [lyt͡͏s, -s]; dau latin lux, lucis) es l'agent fisic que rend visibles leis objèctes. Lo tèrme de lutz se referís a la porcion de l'espèctre electromagnetic visibla a l'uelh uman, mai pòt inclure d'autrei radiacions electromagneticas. Lei tres grandors de basa de la lutz (e de totei lei radiacions electromagneticas) son la luminositat, la color (o frequéncia) e la polarizacion. A causa de la dualitat onda-particula, la lutz mòstra de proprietats qu'apertenon quora ais ondas, quora ai particulas (mai lei dos tipes de proprietats se manifèstan jamai simultaneament).
Teorias de la lutz
Teoria corpusculara
Foguèt formulada per Isaac Newton au sègle XVII. Aquela teoria considèra la lutz coma compausada de particulas de matèria (corpusculs) emessas dins totei lei direccions. En mai d'èsser matematicament fòrça simpla (ben mai que la teoria ondulatòria), aquela teoria explica fòrça facilament de caracteristicas de la propagacion de la lutz qu'èran ben conegudas a l'epòca de Newton.
Avans tot, la mecanica galileana prevei correctament que lei particulas (comprés lei corpusculs de lutz) se propagan en linha drecha, e l'atribucion a aquelei corpusculs d'una massa infima, mai diferenta de zèro, es coerenta amb una velocitat de la lutz auta mai pas infinida. Lo fenomèn de la reflexion se pòt tanben explicar d'un biais simple per lo tuert elastic dei particulas de lutz sus la superfícia reflectritz.
L'explicacion de la refraccion es un pauc pus complicada, mai possibla: sufís de pensar que lei particulas qu'arriban sus lo materiau refrangent son somessas, de la part d'aquest, en de fòrças perpendicularas a la superfícia, que ne modifican la trajectòria.
Lei colors de l'arc de seda èran explicadas gràcias a l'introduccion de divèrs corpusculs de lutz (un per cada color), e lo blanc èra pensat coma format de toteis aquelei particulas. La separacion dei colors (per mejan, per exemple, d'un prisma) pausava de problèmas teorics suplementaris, que lei particulas de lutz deurián aver de proprietats identicas dins lo vuege, mai diferentas au dintre de la matèria.
Una consequéncia de la teoria corpusculara es que la velocitat de la lutz, quand se propaga au dintre d'un mitan materiau, es superiora a sa velocitat dins lo vuege, en causa de l'acceleracion gravitacionala.
Teoria ondulatòria
Foguèt formulada per Christiaan Huygens en 1678, mai publicada solament en 1690 dins son Traité de la Lumière. Aquela teoria considèra la lutz coma una onda que se propaga (exactament coma leis ondas de la mar o leis ondas acosticas) dins un mitan, dich etèr, qu'èra supausat d'emplir tot l'univèrs e d'èsser format de particulas elasticas microscopicas. La teoria ondulatòria de la lutz permetiá d'explicar (maugrat una cèrta complexitat matematica) un grand nombre de fenomèns: en mai de la reflexion e de la refraccion, Huygens poguèt explicar lo fenomèn de la birefrangéncia dins lei cristaus de calcita.
En 1801 Thomas Young provèt que lei fenomèns de difraccion (observada per lo premier còp per Francesco Maria Grimaldi en 1665) e d'interferéncia èran entierament explicats per la teoria ondulatòria, e o èran pas per la teoria corpusculara.
Un problèma de la teoria ondulatòria èra la propagacion rectilinèa de la lutz. Èra ben conegut que leis ondas son capablas de contornejar leis obstacles, mentre qu'una constatacion banala es que la lutz se propaga en linha drecha (aquela proprietat èra ja estada notada per Euclides dins son Optica). Pasmens aquela dificultat aparenta pòt èsser resouguda en supausant que la lutz a una longor d'onda microscopica.
Contrariament a la teoria corpusculara, la teoria ondulatòria prevei que la lutz se propaga pus lentament au dintre d'un mitan materiau que dins lo vuege.
Teoria electromagnetica
Prepausada per James Clerk Maxwell a la fin dau sègle XIX, precisa la teoria ondulatòria en afiermant que leis ondas luminosas son d'ondas electromagneticas, e mòstra que la lutz visibla es una partida de l'espèctre electromagnetic. Amb la formulacion deis eqüacions de Maxwell foguèron completament unificats lei fenomèns electrics, magnetics e optics. Per l'immensa majoritat deis aplicacions, aquela teoria es encara utilizada a l'ora d'ara.
Teoria qüantica
Per resòuvre de problèmas pertocant l'estudi dau còrs negre, en 1900 Max Planck prepausèt que l'escambi d'energia entre lo camp electromagnetic e la matèria se poguèsse faire per mejan de paquets discrèts d'energia (qüantums) nomenats fotons. Leis òbras seguentas d'Albert Einstein sus l'efècte fotoelectric mostrèron qu'aquò èra pas un artifici matematic, e que lei fotons èran d'objèctes reaus. Amb l'aveniment dei teorias qüanticas dei camps (e en particular de l'electrodinamica qüantica), lo concèpte de foton foguèt formalizat e es uei a la basa de l'optica qüantica. Amb la dualitat onda-particula, la teoria qüantica es la sintèsi modèrna de la teoria ondulatòria e de la teoria corpusculara.
La velocitat de la lutz
La lutz se propaga a una velocitat finida c, la velocitat de la lutz dins lo vuege, onte c = 299 792 458 m/s.
Aquela velocitat es independenta de l'estat de movement de la fònt luminosa: leis observators immobils coma leis observators en movement mesuran totjorn la meteissa valor de c; es un fach experimentau qu'es a la basa de la teoria de la relativitat restrencha d'Einstein. Aqueu fach es talament ben establit que lo Sistèma Internacionau d'Unitats a gelat la valor de c (cf. çai subre), que desenant se deuriá plus mesurar.
Pasmens, quand la lutz travèrsa una substància transparenta, coma l'aire, l'aiga o lo veire, sa velocitat es reducha, e la lutz es somessa a la refraccion. Dins un mitan materiau que son indèx de refraccion es n (n > 1), la velocitat de la lutz es c/n.
Istòria de la mesura de la velocitat de la lutz
Premierei temptativas
La velocitat de la lutz es estada mesurada fòrça còps per de fisicians nombrós. La premiera temptativa de mesura foguèt complida per Galileo Galilei, mai lei mejans disponibles, rudimentaris, permetèron pas d'obtenir una valor.
La premiera mesura efectiva foguèt facha per Olaus Roemer, un fisician danés, en 1676. Desvolopèt un metòde de mesura, en observant Jupitèr e una de sei lunas amb un telescòpi. Gràcias au fach que la luna èra eclipsada per Jupitèr a intervals regulars, mesurèt lo periòde de revolucion de la luna, que valiá 42,5 h quand la Tèrra èra pròcha de Jupitèr. Lo fach que lo periòde de revolucion s'alonguèsse quand la distància entre Jupitèr e la Tèrra aumentava indicava que la lutz metiá mai de temps per ajónher la Tèrra. La velocitat de la lutz foguèt calculada en analisant la distància entre lei doas planetas en de moments diferents. Roemer trobèt una velocitat de 227 326 km/s.
L'experiéncia de Michelson e Morley
En 1881, per mesurar la velocitat de la lutz a respècte de l'etèr (lo mitan ipotetic onte la lutz èra supausada de se propagar, e que l'auriá entraïnada dins son movement), Albert A. Michelson mesurèt la velocitat de la lutz emessa per una estela, quand la Tèrra se n'aluencha, puei quand se'n rapròcha. L'aparelh utilizat (un interferomètre), fòrça precís, permetiá de mesurar de diferéncias de velocitat de l'òrdre de 29 km/s: se trobèt ges de diferéncia. L'experiéncia foguèt repressa en 1887 per Michelson, en collaboracion amb Edward Morley, dins de condicions encara mai precisas, e confiermèt la precedenta.
Aquò mostrava l'inexisténcia de l'etèr, e lo fach que la velocitat de la lutz es invariabla: la valor mesurada es identica, que la fònt luminosa siá mobila o non a respècte de l'observator.
D'autrei mesuras foguèron fachas puei, en particular en 1926 per lo meteis Michelson.
Optica
L'optica es l'estudi de la lutz e de l'interaccion entre lutz e matèria. L'observacion e l'estudi dei fenomèns optics, per exemple l'arc de seda, balhan fòrça indicacions sus la natura de la lutz.
Colors e longors d'onda
Lei divèrsei longors d'onda son interpretadas per lo cervèu coma de colors, que van dau roge dei longors d'onda mai lòngas (frequéncia pus pichona), au violet dei longors d'onda mai cortas (frequéncia pus granda). Lei frequéncias compresas entre aquelei dos extrèms son percebudas coma arange, jaune, verd, blau e indi. Lei frequéncias immediatament en defòra d'aquel espèctre perceptible per l'uelh uman son nomenadas ultraviolet (UV), per leis autei frequéncias, e infraroge (IR) per lei bassas. E mai se leis èssers umans pòdon pas veire l'infraroge, aquest es percebut per lei receptors de la pèu coma calor. Leis aparelhs concebuts per captar lei rais infraroges e lei convertir en lutz visibla son nomenats visors nocturnes. La radiacion ultravioleta es pas percebuda directament per leis èssers umans, mai rabina la pèu subrexpausada ai rais UV. Cèrts animaus, coma leis abelhas, veson leis ultraviolets; d'autrei veson leis infraroges.
Longors d'onda de la lutz visibla
La lutz visibla es una porcion de l'espèctre electromagnetic compresa aproximativament entre i 400 e i 700 nanomètres (nm) (dins l'aire). La lutz se caracteriza tanben per sa frequéncia.
Entre la frequéncia ν de la radiacion, sa longor d'onda λ e sa velocitat v dins lo mitan considerat (la velocitat dins lo vuege se nòta c), i a la relacion seguenta: v = λ·ν
| Color | Interval de longor d'onda | Interval de frequéncia | ||
|---|---|---|---|---|
| violet | ~ 380 a 430 nm | ~ 790 a 700 THz | ||
| blau | ~ 430 a 500 nm | ~ 700 a 600 THz | ||
| cian | ~ 500 a 520 nm | ~ 600 a 580 THz | ||
| verd | ~ 520 a 565 nm | ~ 580 a 530 THz | ||
| jaune | ~ 565 a 590 nm | ~ 530 a 510 THz | ||
| irange | ~ 590 a 625 nm | ~ 510 a 480 THz | ||
| roge | ~ 625 a 740 nm | ~ 480 a 405 THz | ||
|
Espèctre continu |
||||
Mesura de la lutz
Dins lo Sistèma Internacionau d'Unitats, existisson leis unitats seguentas de mesura de la lutz:
- luminositat (o temperatura)
- aluminament (unitat SI: lux)
- flux luminós (unitat SI: lumen)
- intensitat luminosa (unitat SI: candela)
Fònts luminosas
- radiacion termica (radiacion dau còrs negre)
- lumes d'incandescéncia
- lutz solara
- fuòc
- emission espectrala atomica (la fònt d'emission pòt èsser estimulada o espontanèa)
- acceleracion d'una particula cargada (abitualament un electron)
- quimioluminescéncia
- fluorescéncia
- fosforescéncia
- bioluminescéncia
- sonoluminescéncia
- triboluminescéncia
- radioactivitat
- aniquilacion particula-antiparticula