¿Por qué cambia la longitud de onda de la luz a medida que viaja de un medio a otro, pero la frecuencia no?

No hay una manera fácil de responder esta pregunta. Lo que realmente sucede cuando la luz interactúa con la materia es un proceso muy complicado. Lo que aprende en la escuela es el efecto neto general de un complicado proceso mecánico cuántico interno atómico. El efecto neto dice que la velocidad de la luz es más lenta en un medio (en prácticamente todos los casos) que en el vacío, la frecuencia (color) de la luz será la misma pero, por lo tanto, la longitud de onda debe cambiar.

Lo que realmente sucede dentro del medio es una interacción compleja de fotones con la materia obteniendo todo tipo de frecuencias y longitudes de onda. Cuando agrega todos estos efectos, obtiene un índice de refracción del que obtiene una velocidad y la imagen clásica como se escribió anteriormente. Requeriría muchas matemáticas para repasar este proceso, que no puedo proporcionar.

Como nota al margen:

En general, debe recordar que la pregunta de “por qué” en física debería ser reemplazada por una pregunta de “cómo” (cómo cambia la longitud de onda …). ¿Por qué la luz hace estas cosas complicadas en la materia? Porque la mecánica cuántica es cierta. ¿Por qué es verdadera la mecánica cuántica? Bueno, porque la naturaleza se comporta de esta manera. Lo que necesitas crear es un modelo de la naturaleza. El modelo que aprendes en la escuela es correcto. Pero el diablo está en los detalles.

La definición de frecuencia es el número de ciclos por unidad de tiempo. Ahora, si una fuente ha emitido radiación electromagnética de, digamos, 10 hz, ha completado 10 oscilaciones en un segundo. Esta información está codificada en la luz que se está propagando. De las ecuaciones de Maxwell (las estudiará más adelante) sabemos que la velocidad de propagación de la luz depende del medio.

Debe mantener la frecuencia de la luz igual de todos los cuadros estacionarios. Si lo piensa, se dará cuenta de que si el campo eléctrico oscila 10 veces en un segundo, lo ve desde cualquier marco estacionario y vería las mismas 10 oscilaciones. (Piense más en esto, qué sucede si comienza a ver 9 en su lugar). La frecuencia siempre permanecerá constante. El cambio de longitud de onda viene dado por la fórmula simple que ya conoces.

Es simple.
Debes estar conociendo la ley de conservación de la energía. Supongo que se enseña en el noveno.
De todos modos, la ley de conservación de la energía dice que la energía de cualquier sistema aislado (sobre el que no actúa ninguna fuerza resultante) se conserva.
Considere el medio más el rayo de luz como el sistema. Usted sabe que la refracción no causa pérdida de energía del haz de luz, a diferencia de la reflexión.
También debes saber que la luz tiene naturaleza de partículas y de ondas.
Lo que esto simplemente significa es que la luz se comporta como una partícula durante la interacción (en las interfaces) y se comporta como una onda durante la propagación.
También la energía de la luz es una tabla constante por su frecuencia.
Entonces, la energía de la luz antes de encontrarse con la interfaz = energía de la luz después de salir de la interfaz.
Por lo tanto, la frecuencia de la luz no cambia

Digamos que tomas una cuerda y la mueves hacia arriba y hacia abajo 5 veces por segundo (eso es realmente rápido: P)

Entonces la frecuencia por definición se convierte en 5 Hz.
Entonces la frecuencia la decides tú, ¿verdad?

Okay. Ahora, ¿qué decide la longitud de onda? Si pensabas, hmmm, eso depende de qué tan rápido viaja la ola, ¿verdad?
si la ola viaja muy rápido, entonces la longitud de la ola sería enorme … (porque para cuando termines de menear, la ola habría recorrido una gran distancia, espero que puedas imaginarlo)

Y si la velocidad de la ola es muy pequeña, ahora puede imaginarse de manera similar que la longitud de onda sería bastante pequeña (porque la ola viaja muy lenta y, a medida que se mueve, la distancia recorrida no sería demasiado)

Entonces, según la propiedad del medio, la longitud de onda se decide.
De hecho, ahora puede tener la idea de que la longitud de onda debe ser proporcional a la velocidad de la onda. (si la velocidad es cero, entonces la longitud de onda es cero, no hay onda ¿verdad?)

Y así es como la onda va de un medio a otro, su velocidad cambia, por lo tanto, la longitud de onda cambia en consecuencia.
Pero el no. de oscilaciones (meneos) que hiciste siguen siendo los mismos.

No puedo, NADIE PUEDE!

porque no hay una “respuesta fácil”, desde la antigüedad ha habido diferentes conceptos. Algunos antiguos griegos pensaban que los ojos enviaban “sensores o rayos de luz” que tocaban el mundo externo. Newton tenía varias ideas sobre la luz James Clark Maxwell utilizó el cálculo avanzado y el conocimiento de la electricidad y el magnetismo en la década de 1840 para mostrar que la luz podría ser una onda electromagnética.

La luz NO se comporta como bolas arrojadas u ondas de agua. Hoy pensamos en paquetes de energía de “fotones” que son AMBAS partículas y ondas.

Si te especializas en física y estudias durante 2 años más en la escuela secundaria, 4 años en la universidad para obtener una licenciatura en física, 2-8 años más para obtener una maestría y un doctorado y eres MUY MUY MUY creativo, podrías obtener una mejor comprensión.

Reprobé mi primer curso universitario cuando estudiamos la teoría electromagnética y las ecuaciones de Maxwell. Finalmente me gradué pero “solo” tengo una licenciatura en física. y se retiró como ingeniero.

la energía, E = hf, de un fotón de luz es la misma en uno
lado del vidrio tal como está cuando sale del otro lado.
Entonces, por conservación de energía, la energía E ‘= hf’ dentro del vidrio debe ser igual a la energía exterior, entonces
E = E ‘
da
hf = hf ‘
entonces
f = f ‘
la frecuencia en el medio es igual a la del exterior

también, por conservación de energía
E = E ‘
da
hc / λ = hc ‘/ λ’
entonces
λ ‘/ λ = c’ / c
que dice que para conservar la energía cuando la luz viaja entre medios, la longitud de onda debe cambiar en la misma proporción que la velocidad de la luz. (E = energía; h = constante de Planck; f = frecuencia).

Aquí hay una analogía que podría ser útil.
Supongamos que estás corriendo. Te mueves un paso adelante en un segundo. Tu único paso cubre un metro. Supongamos que estás corriendo en la carretera. Cubre 1 metro en un segundo. Hay resistencia al aire presente.

Ahora suponga que está corriendo en una piscina llena de agua. Usted hace el mismo esfuerzo que antes, pero debido a la resistencia que ofrece el agua ahora está cubriendo 0.5 metros en un segundo. Todavía está avanzando un paso en un segundo , pero la distancia ahora es menor.

Considere la distancia recorrida como la longitud de onda y el no. de pasos en un segundo para ser la frecuencia .

Piénsalo de esta manera.

Toma una cuerda de 1 m de longitud y comienza a moverla hacia arriba y hacia abajo. Acaba de crear una onda transversal, cuya frecuencia depende de qué tan rápido se mueva su mano, pero la longitud de onda es igual a

w = v / f

Donde v es la velocidad a la que mueve la mano yf es la frecuencia.


Ahora tome una cuerda de 2 m de largo y repita el paso anterior. Como puede adivinar, para obtener la misma longitud de onda que la anterior, debe duplicar (con frecuencia, no exactamente) la frecuencia. Si mueve su mano a la misma frecuencia que la anterior, su longitud de onda será (aproximadamente, no exactamente) la mitad de la anterior.


Como puede ver, la frecuencia depende de la fuente, pero la longitud de onda no.
Es por eso que la frecuencia permanece constante cuando la luz pasa a través de un medio.
Espero que esto te haya dado la intuición.

No tengo pruebas teóricas, pero supongo que la razón debería ser que la frecuencia depende del origen de las ondas, es decir, la frecuencia de la fuente. Pero para la longitud de onda si depende del camino atravesado o más apropiadamente del medio en el que viaja. Habría pruebas de esto.
Por ejemplo, mientras gira una pelota, la cantidad de giro generada depende del jugador de bolos, pero la cantidad de giro dependerá del lanzamiento y el viento.

Hay una fórmula que dice velocidad = longitud de onda x frecuencia
La velocidad de la luz varía en los medios Espero que sepas esto, por lo tanto, para compensar, la longitud de onda disminuye
, la frecuencia tiene que permanecer constante debido a ciertas ecuaciones de física de grado superior como Gauss que mantengo el electromagnético para explicar el comportamiento de la luz, espero que ayude

Porque si no fuera así, las oscilaciones tendrían que acumularse en la interfaz. Si un billón de ciclos por segundo entra en un lado de la interfaz, un billón tiene que salir del otro lado o se producirá algún tipo de acumulación no vaciable.

La frecuencia no cambia. Pero la velocidad real de la luz sí. Y la longitud de onda es directamente proporcional a la relación entre la velocidad de la luz (esto también funciona para las ondas de sonido) y la frecuencia.

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