Velocidad de la luz en un medio material

Variación de la velocidad de la luz en diferentes medios (metros por segundo).

La velocidad de la luz en un medio material depende de la estructura molecular de este, en particular de las propiedades electromagnéticas del mismo, la permeabilidad eléctrica y la permeabilidad magnética. Estas propiedades pueden presentar valores diferentes para diferentes longitudes de onda o frecuencias de la luz incidente, por lo que usualmente la velocidad de la luz en un medio va a depender de la longitud de onda (esa es la causa por la cual la luz blanca al atravesar un medio sufre dispersión cromática).

Macroscópicamente la luz puede ser tratada como una onda tal como sugiere la electrodinámica aunque en ciertos casos presenta un comportamiento corpuscular o de partícula. Este comportamiento corpuscular fue establecido por Einstein en su interpretación del Efecto fotoeléctrico, ese trabajo estableció que la luz puede considerarse formada por partículas cuánticas llamadas fotones. La velocidad de los fotones en el vacío es de 299.792.458 m/s, pero, esta velocidad se reduce dependiendo del material por el que se propaga.

Propagación de la luz en un medio material

Cuando la luz atraviesa un medio perturba electromagnéticamente el material, y crea ondas electromagnéticas secundarias que interfieren con la primera. Aunque la velocidad de fase de la luz en un medio material es c (la velocidad de la luz en el vacío), la velocidad de grupo de la onda luminosa en un medio material generalmente es menor que la velocidad de la luz en el vacío.

Cada fotón individual se mueve en el interior de la materia a la velocidad de la luz en el vacío, pero dentro del medio se crean por emisión nuevos y se destruyen fotones por absorción, y lo que observamos como luz propagándose en un medio es el efecto combinado de todos esos fotones. Eso explica como aunque cada fotón individual se mueve a una velocidad c el efecto combinado de todos ellos se propaga a una velocidad menor.


Nota:

[la luz siempre se comporta como luz. Aunque podemos estudiarla unas veces como partícula y otras como onda, la luz no cambia de naturaleza por el simple hecho de interactuar con la materia. La luz es un campo electromagnético y como tal interacciona con otros campos electromagnéticos como los producidos por los electrones de los átomos de los materiales que atraviesa. Esta interacción es la que reduce su velocidad.]

Tabla de velocidad de la luz para diferentes materiales

La velocidad de la luz depende del medio, y alcanza su valor máximo en el vacío. El valor de la velocidad de la luz en el vacío no puede superarse pero sí en un medio en el que ésta es forzosamente inferior.

La velocidad de la luz se representa:

  • Como \,c: para la velocidad de la luz en el vacío
  • Como \,v: para velocidad de la luz en la materia, según tabla:
Material Índice

de refracción

Velocidad

m/s

Notación
Vacío(1) 1 299.792.458 \,m\,_0
Aire (2) 1,00029 299.705.543 \,m\,_1
Dióxido de carbono 1,0004 299.672.589 \,m\,_2
Hielo 1,31 228.849.205 \,m\,_3
Agua (a 20º C) 1,333 224.748.825 \,m\,_4
Acetona 1,36 220.435.631 \,m\,_5
Alcohol etílico 1,36 220.435.631 \,m\,_6
Solución de azúcar (30%) 1,38 217.240.912 \,m\,_7
Fluorita 1,434 209.060.291 \,m\,_8
Glicerina 1,473 203.525.090 \,m\,_9
Benceno 1,501 199.728.486 \,m\,_{10}
Solución de azúcar (80%) 1,52 197.231.880 \,m\,_{11}
Cuarzo 1,544 194.166.099 \,m\,_{12}
Rubí 1,767 169.661.832 \,m\,_{13}
Diamante 2,417 124.034.943 \,m\,_{14}
(1) El concepto vacío no es sinónimo de nada. (¿El vacío será la materia oscura?).
(2) En condiciones normales de presión y temperatura.
Ver además: Índice de refracción


La radiación de Čerenkov es generada por el paso de partículas que atraviesan un medio material a una velocidad superior a la que la luz puede alcanzar en dicho medio material (véanse velocidades y materiales en recuadro).

La Teoría de la Relatividad sostiene que en el vacío, nada absolutamente nada podría superar la velocidad de la luz \,c\,\,.

Sin embargo, en un experimento de reciente data estaría por confirmarse que sería posible para la velocidad agrupada, que la luz pueda exceder \,c\,\,. Un experimento hizo que la velocidad agrupada de rayos láser viajara distancias extremadamente cortas a través de átomos de cesio a 300\times c\!. Sin embargo, no es posible usar esta técnica para transferir información más rápido que \,c: la velocidad de la transferencia de información depende de la velocidad frontal (la velocidad en la cual el primer incremento de un pulso sobre cero la mueve adelante) y el producto de la velocidad agrupada y la velocidad frontal es igual al cuadrado de la velocidad normal de la luz en el material.[cita requerida]

Véase también


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