Christian Doppler (1803-1853)

Matemático y físico austriaco, nació en Salzburgo en 1803 y murió en Venecia en 1853. Fue profesor en Praga, Chemnitz y en la Universidad de Viena. Estudió los colores de las estrellas dobles; el efecto de la rotación del medio sobre las propiedades de los rayos luminosos y sonoros y descubrió el efecto que lleva su nombre. 
 
    Además formuló el método para la determinación óptica de las distancias y de los iámetros absolutos de las estrellas fijas.

Para demostrar la influencia sobre el movimiento de las ondas luminosas y acústicas del medio por el que se propagan, estudió detalladamente la propagación de las mismas en el éter, el aire y el agua. Inventó diversos instrumentos, entre ellos el diastimómetro óptico y la sirena para la determinación de las presiones de los vapores o del aire comprimido.

Descubrió el efecto perturbador de la velocidad sobre la frecuencia de las ondas luminosas y sonoras, conocido como efecto Doppler (1842), que tiene aplicación en las medidas astronómicas, en el radar y en la navegación.

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894)

Nació en Hamburgo, Alemania. Estudió física con la dirección de Helmholtz y Kirchhoff en la Universidad de Berlín. 
 
    En 1885, Hertz aceptó la posición de Profesor de Física en Karlsruhe; ahí fue donde descubrió las ondas de radio en 1888, su trabajo más importante. 

    En 1889 Hertz sustituyó a Rudolf Clausius como Profesor de Física en la Universidad de Bonn, donde sus estudios sobre la penetración de los rayos catódicos en láminas delgadas de metal lo llevaron a la conclusión de que los rayos catódicos eran ondas y no partículas.

El descubrimiento de las ondas de radio, la demostración de cómo se generan y la determinación de su velocidad son algunas de las muchas contribuciones de Hertz. Después de encontrar que la velocidad de las ondas de radio era la misma que la de la luz, Hertz demostró que las ondas de radio, al igual que las de la luz, podían reflejarse, refractarse y difractarse.

Hertz murió de envenenamiento de la sangre a la edad de 36 años. Durante su corta vida, hizo muchas contribuciones a la ciencia. El hercio (hertz) que es igual a una oscilación completa o ciclo por segundo, recibió este nombre en su honor.

Rayo laser

El principio de operación del rayo láser se basa en la teoría de la relatividad creada por Einstein, con su famosa ecuación E=MC2 Energía igual a masa por la velocidad de la luz al cuadrado. Aun cuando el ni siquiera tenia en mente desarrollar semejante artefacto, con el tiempo en los laboratorios bell se invento el primer rayo láser, este nace sin ninguna aplicación funcional, con el tiempo adquiere uso en la rama aerospacial, midiendo distancias de la Luna y siendo utilizado como instrumento de medición. Al paso de los años el láser se convierte en la fuente de luz para las transmisiones de telecomunicación, gracias a su gran manejabilidad y su gran facilidad de direccionamiento por el pequeño tamaño de su haz. Gracias a estas ventajas y a que el láser, como es una fuente de luz concentrada, puede llegar a quemar, así como el sol cuando es concentrado en un pequeño haz con una lupa.

El láser consiste en un tubo con dos filamentos en sus extremos que al ser electrizados hace que el gas que contiene el tubo fluya de lado a lado a una velocidad del doble de la velocidad de la luz, debido a que las partículas (átomos) suman mas de millones. A esta velocidad se suceden colisiones entre si, que al hacer impacto se produce una gran luz llamada photon, esta gran luz al ser sumada al resto con el resto de las chispas de luz que suceden simultáneamente en línea, su resultante es un haz de luz muy concentrada y que dependiendo del gas y del tipo de combustión se forma el haz de un grosor y/o de un color.

 Tipos de láser

Según el medio que emplean, los láseres suelen denominarse de estado sólido, de gas, de semiconductores o líquidos.

Láseres de estado sólido

Los medios más comunes en los láseres de estado sólido son varillas de cristal de rubí o vidrios y cristales con impurezas de neodimio. Los extremos de la varilla se tallan de forma que sus superficies sean paralelas y se recubren con una capa reflectante no metálica. Los láseres de estado sólido proporcionan las emisiones de mayor energía. Normalmente funcionan por pulsos, generando un destello de luz durante un tiempo breve. Se han logrado pulsos de sólo 1,2 × 10-14 segundos, útiles para estudiar fenómenos físicos de duración muy corta. El bombeo se realiza mediante luz de tubos de destello de xenón, lámparas de arco o lámparas de vapor metálico. La gama de frecuencias se ha ampliado desde el infrarrojo (IR) hasta el ultravioleta (UV) al multiplicar la frecuencia original del láser con cristales de dihidrogenofosfato de potasio, y se han obtenido longitudes de onda aún más cortas, correspondientes a rayos X, enfocando el haz de un láser sobre blancos de itrio.

Láseres de gas

El medio de un láser de gas puede ser un gas puro, una mezcla de gases o incluso un vapor metálico, y suele estar contenido en un tubo cilíndrico de vidrio o cuarzo. En el exterior de los extremos del tubo se sitúan dos espejos para formar la cavidad del láser. Los láseres de gas son bombeados por luz ultravioleta, haces de electrones, corrientes eléctricas o reacciones químicas. El láser de helio-neón resalta por su elevada estabilidad de frecuencia, pureza de color y mínima dispersión del haz. Los láseres de dióxido de carbono son muy eficientes, y son los láseres de onda continua (CW, siglas en inglés) más potentes.

Láseres de semiconductores

Los láseres de semiconductores son los más compactos, y suelen estar formados por una unión entre capas de semiconductores con diferentes propiedades de conducción eléctrica. La cavidad del láser se mantiene confinada en la zona de la unión mediante dos límites reflectantes. El arseniuro de galio es el semiconductor más usado. Los láseres de semiconductores se bombean mediante la aplicación directa de corriente eléctrica a la unión, y pueden funcionar en modo CW con una eficiencia superior al 50%. Se ha diseñado un método que permite un uso de la energía aún más eficiente. Implica el montaje vertical de láseres minúsculos, con una densidad superior al millón por centímetro cuadrado. Entre los usos más comunes de los láseres de semiconductores están los reproductores de discos compactos , las impresoras láser.

Láseres líquidos

Los medios más comunes en los láseres líquidos son tintes inorgánicos contenidos en recipientes de vidrio. Se bombean con lámparas de destello intensas —cuando operan por pulsos— o por un láser de gas —cuando funcionan en modo CW. La frecuencia de un láser de colorante sintonizable puede modificarse mediante un prisma situado en la cavidad del láser.

Láseres de electrones libres

En 1977 se desarrollaron por primera vez láseres que emplean para producir radiación haces de electrones, no ligados a átomos, que circulan a lo largo de las líneas de un campo magnético; actualmente están adquiriendo importancia como instrumentos de investigación. Su frecuencia es regulable, como ocurre con los láseres de colorante, y en teoría un pequeño número podría cubrir todo el espectro, desde el infrarrojo hasta los rayos X. Con los láseres de electrones libres debería generarse radiación de muy alta potencia que actualmente resulta demasiado costosa de producir.

El sonar

Acrónimo del inglés de SO(und) N(avigation) A(nd) R(anging), un sistema de detección basado en la reflexión de las ondas submarinas de sonido; igual que el radar se fundamenta en la reflexión de las ondas de radio en el aire.

El sistema sonar emite pulsos de ultrasonido mediante un dispositivo transmisor sumergido; a través de un micrófono sensible, o hidrófono, capta los pulsos reflejados por posibles obstáculos o submarinos.

Los submarinos modernos dependen del sonar para la detección de barcos enemigos.

Los sistemas más evolucionados utilizan un cable muy largo con varios hidrófonos conectados. Una vez en altamar, el submarino suelta el cable y lo lleva a rastras. También se utilizan aviones para desplegar otro tipo de sonar, que emplea un dispositivo denominado sonoboya, compuesto por un hidrófono montado sobre una boya flotante. Cuando se capta un ruido, como el de un motor de submarino, el detector activa una pequeña emisora de radio que transmite una señal que se recibe en los aviones antisubmarinos.

Como consecuencia de la tecnología sonar, o de ultrasonido, se han desarrollado la oceanografía acústica, el estudio de las características de los océanos utilizando diferentes medios acústicos, y la tomografía acústica, una técnica de representación de imágenes o teledetección mediante análisis informático para el estudio de los datos recopilados cuando las señales acústicas atraviesan un objeto.

La tomografía acústica se utiliza en la investigación oceanográfica y médica, así como para el diagnóstico médico, por medio de ultrasonido.

El ultrasonido

El ultrasonido, perteneciente a la rama de la física Ultrasónica, que se ocupa de las ondas de sonido de alta frecuencia, generalmente por encima de 20.000 hercios (Hz), es decir, más allá de las frecuencias audibles. No hay que confundirla con la supersónica, que trata de los fenómenos asociados al movimiento de un objeto sólido a velocidades superiores a la del sonido. Los generadores ultrasónicos modernos pueden producir frecuencias de varios gigahercios (1 gigahercio, abreviado GHz, equivale a 1.000 millones de hercios) convirtiendo corrientes eléctricas alternas en oscilaciones mecánicas. La detección y medida de ondas ultrasónicas se lleva a cabo fundamentalmente mediante receptores piezoeléctricos o por medios ópticos, ya que estas ondas pueden hacerse visibles a través de la difracción de la luz.

La ultrasónica tiene muchas aplicaciones en diferentes campos de la física, la química, la tecnología y la medicina. Las ondas ultrasónicas se emplean desde hace tiempo en dispositivos de detección y comunicación llamados sonares, de gran importancia en la navegación actual y en la guerra submarina. Entre las aplicaciones de la ultrasónica están la determinación de propiedades de la materia como la compresibilidad o la elasticidad. Los ultrasonidos también se emplean para producir emulsiones, como la leche homogeneizada o las de las películas fotográficas, y para detectar fallos en materiales industriales. Los ultrasonidos con frecuencias de gigahercios pueden utilizarse en "microscopios acústicos" que pueden visualizar detalles de sólo 1 micrómetro (una millonésima de metro). Las ondas acústicas de superficie con frecuencias ultrasónicas son un componente importante de los dispositivos electrónicos de control.

En medicina, los ultrasonidos se emplean como herramienta de diagnóstico, para destruir tejido enfermo y para reparar tejidos dañados. Las ondas ultrasónicas se han empleado para tratar afecciones como bursitis, diferentes tipos de artritis reumática, gota o lesiones musculares, y también para destruir cálculos renales. Como herramienta de diagnóstico, los ultrasonidos son frecuentemente más reveladores que los rayos X, que no son tan útiles para detectar las sutiles diferencias de densidad que aparecen en ciertas formas de cáncer; también se emplean con mucha frecuencia para producir imágenes del feto durante el embarazo. Cuando las ondas ultrasónicas atraviesan un tejido, se ven más o menos reflejadas según la densidad y elasticidad del tejido. Con un bisturí ultrasónico, un cirujano puede realizar una incisión más fina que con un escalpelo convencional. Este tipo de técnicas se ha empleado para operaciones delicadas en el cerebro y el oído. En fisioterapia se han utilizado con éxito dispositivos diatérmicos en los que se emplean ondas ultrasónicas para producir calor interno como resultado de la resistencia de los tejidos a las ondas.

El ultrasonido en la medicina es una técnica diagnóstica en la que un sonido de frecuencia muy alta es dirigido hacia el organismo; también se conoce como ecografía. Las interfases tisulares reflejan el sonido, y el patrón de reflexión del sonido resultante es digitalizado para producir una imagen móvil en una pantalla o una fotografía. El sonido es producido por un cristal que oscila muy deprisa, con una frecuencia superior a 1 MHz, lo que es inaudible para el oído humano. El cristal vibra entre un millón y quinientas veces por segundo. Se utiliza un transductor para transmitir el sonido y recibir los ecos. Debe estar en contacto íntimo con la piel, sobre la que se extiende una sustancia gelatinosa para mejorar la acústica. El aire, hueso y otros tejidos calcificados absorben casi todo el haz de ultrasonidos, por lo que esta técnica no es útil para determinar el estado de los huesos o pulmones. Sin embargo, los fluidos conducen bien los ultrasonidos, por lo que es una técnica muy empleada en el diagnóstico de quistes (que están llenos de líquido), para explorar estructuras que contienen líquido, como la vejiga, o el hígado y las vías biliares, y para visualizar el feto en el saco amniótico.

Los ultrasonidos se utilizan para explorar el sistema arterial, el corazón, el páncreas, la cavidad peritoneal, el tracto urinario, los ovarios, el sistema venoso y la médula espinal. Su aplicación más conocida es la exploración del feto durante el embarazo. Cuando se utilizan para explorar el corazón, se denomina ecocardiografía. La ecocardiografía se emplea en el estudio de cardiopatías congénitas, enfermedades de las arterias coronarias, tumores del corazón y, de forma especial, para las alteraciones de las válvulas cardiacas. Los ultrasonidos son también útiles para guiar intervenciones quirúrgicas, por ejemplo durante la amniocentesis o para introducir una aguja de biopsia en una región determinada.

El ultrasonido Doppler se emplea para medir el flujo de un líquido corporal, por ejemplo, el flujo sanguíneo

Ecografía

A diferencia de los rayos X, la ecografía es completamente segura durante el embarazo, sin riesgo para la madre ni para el bebé. Se utiliza para controlar el crecimiento, desarrollo y bienestar del feto y se puede emplear para comprobar la fecha de la concepción; en este caso, se mide el tamaño de la cabeza del feto para estimar su edad. La ecografía se debe emplear siempre que se sospeche un embarazo múltiple, en especial si la madre ha sido sometida a tratamientos de fertilidad o a programas de fecundación asistida, o cuando haya antecedentes familiares de ello; así se puede determinar el número de fetos que están en gestación. Se emplean además para detectar anomalías fetales como la espina bífida, el enanismo de extremidades cortas o cardiopatías congénitas graves, en cuyo caso el diagnóstico precoz permite la instauración del tratamiento preciso durante el resto del embarazo hasta el parto.

Efecto Doppler

En física es variación aparente de la frecuencia de cualquier onda emitida, por ejemplo luz o sonido, cuando la fuente de la onda se acerca o se aleja del observador. El efecto toma su nombre del físico austriaco Christian Doppler, que formuló por primera vez este principio físico en 1842. El principio explica por qué, cuando una fuente de sonido de frecuencia constante avanza hacia el observador, el sonido parece más agudo (de mayor frecuencia), mientras que si la fuente se aleja parece más grave. Este cambio en la frecuencia puede ser percibido por un observador que escuche el silbato de un tren rápido desde el andén o desde otro tren. Las líneas del espectro de un cuerpo luminoso como una estrella también se desplazan hacia el rojo si la estrella se aleja del observador. Midiendo este desplazamiento puede calcularse el movimiento relativo de la Tierra y la estrella

Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo con respecto al medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler en honor a su descubridor.

En primer lugar, vamos a observar el fenómeno, y después obtendremos la fórmula que relaciona la frecuencia de las ondas observadas con la frecuencia de las ondas emitidas, la velocidad de propagación de las ondas vs, la velocidad del emisor vE y la velocidad del observador vO.

Consideraremos que el emisor produce ondas de forma continua, pero solamente representaremos los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el emisor, separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar en la experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas. Vamos a fijar la velocidad de propagación del sonido en una unidad vs=1, y que el periodo de las ondas sea también la unidad, P=1, de modo que los sucesivos frentes de onda se desplazan una unidad de longitud en el tiempo de un periodo, es decir, la longitud de las ondas emitidas es una unidad, ð =vsP.

El observador en reposo

Empezamos por el caso más sencillo, en el que el observador está en reposo, a la izquierda o a la derecha del emisor de ondas. Vamos a estudiar diversas situaciones dependiendo de la velocidad del emisor.

El emisor está en reposo (vE=0)

Se dibujan los sucesivos frentes de ondas que son circunferencias separadas una longitud de onda, centradas en el emisor. El radio de cada circunferencia es igual al producto de la velocidad de propagación por el tiempo transcurrido desde que fue emitido.

En el estudio de las fisica/ondas/ondaArmonica/ondasArmonicas.html">del movimiento ondulatorio armónico, establecimos la relación entre longitud de onda y periodo, ð =vsP, el observador mide la misma longitud de onda, igual a la distancia entre dos frentes de onda consecutivos.

• La longitud de onda medida por el emisor y por el observador es la misma, una unidad, ð E=ð O=1.

Cuando el emisor está en movimiento (vE<vs)

Consideramos primero el caso de que la velocidad del emisor vE sea menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE<1).

Si el movimiento del emisor va de izquierda a derecha (velocidades positivas), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha es más pequeña que la unidad, y la longitud de onda medida por el observador situado a la izquierda del emisor es mayor que la unidad.

• Observador situado a la derecha del emisor ð O<ð E

• Observador situado a la izquierda del emisor ð O>ð E

Como ð =vP, o bien ð =v/ð , hay una relación inversa entre longitud de onda y frecuencia.

• Observador situado a la derecha del emisor ð O>ð E

• Observador situado a la izquierda del emisor ð O<ð E

Si el emisor emite ondas sonoras, el sonido escuchado por el observador situado a la derecha del emisor, será más agudo y el sonido escuchado por el observador situado a la izquierda será más grave. En otras palabras, cuando el emisor se acerca al observador, éste escucha un sonido más agudo, cuando el emisor se aleja del observador, éste escucha un sonido más grave.

Si pulsamos el botón titulado Pausa, la imagen congelada de los sucesivos frentes de onda puede ser fácilmente reproducida en papel utilizando la regla y el compás, sobre todo en el caso en que la velocidad del emisor sea vE=0.5. En un periodo de tiempo, el frente de ondas se desplaza una longitud de onda (una unidad) mientas que el emisor se desplaza en el mismo tiempo media longitud de onda (media unidad).

Pulsando sucesivamente en el botón titulado Paso, podemos medir el periodo o intervalo de tiempo que transcurre para el observador en el paso de dos frentes de ondas consecutivos. La inversa de las cantidades medidas nos dará las frecuencias de las ondas para el observador situado a la izquierda del emisor y para el situado a su derecha.

Cuando el emisor está en movimiento (vE=vs)

Cuando la velocidad del emisor vE sea igual que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE=1), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha del emisor es cero. Si el emisor es un avión que va a la velocidad del sonido, los sucesivos frentes de las ondas emitidas se agrupan en la punta o morro del avión.

 Cuando la velocidad del emisor vE sea mayor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE>1), el movimiento ondulatorio resultante es entonces una onda cónica (la envolvente de los sucesivos frentes de onda es un cono con el vértice en el emisor), esta onda se llama onda de Mach u onda de choque, y no es más que el sonido repentino y violento que oímos cuando un avión supersónico pasa cerca de nosotros. Estas ondas se observan también en la estela que dejan los botes que se mueven con mayor velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.

El observador está en movimiento (vE<vs y vO<vs)

Consideramos solamente el caso en el que la velocidad del emisor y la velocidad del observador es menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio.

Introducimos las velocidades del emisor y del observador en sus controles de edición respectivos. Las cantidades introducidas deben de ser menores que la unidad en valor absoluto, positivas en el caso del emisor y positivas o negativas en el caso del observador.

Podemos comprobar que el efecto Doppler se debe al movimiento relativo del observador con respecto al emisor, haciendo que el observador y el emisor se muevan con la misma velocidad y en la misma dirección. Medimos el tiempo que tarda en pasar al emisor dos frentes de ondas consecutivos, y lo comparamos con el periodo de las ondas emitidas (una unidad de tiempo). ¿Coinciden ambas cantidades?. Para medir dichos intervalos de tiempo, utilizar los botones Pausa/Continua y Paso. 

Deducción de la fórmula del efecto Doppler

A partir de la observación del movimiento del emisor, del observador y de los sucesivos frentes de onda, vamos a obtener la fórmula que describe el efecto Doppler.

Supongamos dos señales, que pueden corresponder a dos picos consecutivos de una onda armónica, separados un periodo P. En el instante inicial 0 en el que se emite la primer señal, el emisor y el observador están separados una distancia d desconocida, que no afecta al fenómeno en cuestión. La primera señal es recibida por el observador en el instante t. La primera señal se desplaza el camino marcado en trazo grueso negro en la parte superior de la figura, desde que se emite hasta que se recibe, podemos por tanto, escribir la ecuación

vst=d+vOt

La segunda señal se emite en el instante P, y se recibe en el instante t'. En el intervalo de tiempo entre la primera y la segunda señal, el emisor se desplaza vEP. La segunda señal recorre desde que se emite hasta que se recibe, el camino señalado en trazo grueso negro en la parte inferior de la figura. Por tanto, podemos escribir la ecuación

d-vEP+vOt'=vs(t'-P)

Eliminando la cantidad desconocida d entre las dos ecuaciones, relacionamos el periodo P'=t'-t, de las ondas observadas, con el periodo P de las ondas emitidas.

Teniendo en cuenta que la frecuencia es la inversa del periodo, obtenemos la relación entre frecuencias, o fórmula del efecto Doppler.

Espectro luminoso

Desde Isaac Newton sabemos que un haz de luz blanca que atraviese un prisma revela, al descomponerse, las diferentes irradiaciones de color del espectro luminoso. Y si vemos los objetos que nos rodean, es porque absorben o reflejan parte de la luz.

En 1801, T. Young formula una hipótesis: la retina ocular se ve estimulada por las radiaciones roja, verde y azul y es su interpretación por el cerebro que crea la sensación de color.

En 1861, J. Maxwell realiza una proyección polícroma superponiendo tres haces luminosos: rojo, verde y azul. Así nace la primera teoría del color. La teoría tricromática.

El espectro esuna serie de colores semejante a un arco iris —por este orden: violeta, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo— que se produce al dividir una luz compuesta como la luz blanca en sus colores constituyentes. El arco iris es un espectro natural producido por fenómenos meteorológicos. Puede lograrse un efecto similar haciendo pasar luz solar a través de un prisma de vidrio. La primera explicación correcta de este fenómeno la dio en 1666 el matemático y físico británico Isaac Newton.

Cuando un rayo de luz pasa de un medio transparente como el aire a otro medio transparente, por ejemplo vidrio o agua, el rayo se desvía; al volver a salir al aire vuelve a desviarse. Esta desviación se denomina refracción; la magnitud de la refracción depende de la longitud de onda de la luz. La luz violeta, por ejemplo, se desvía más que la luz roja al pasar del aire al vidrio o del vidrio al aire. Así, una mezcla de luces roja y violeta se dispersa al pasar por un prisma en forma de cuña y se divide en dos colores.

Los aparatos para observar visualmente un espectro se denominan espectroscopios; los que sirven para observar y registrar un espectro fotográficamente se llaman espectrógrafos; los empleados para medir la intensidad de las diferentes partes del espectro se denominan espectrofotómetros. La ciencia que utiliza los espectroscopios, espectrógrafos y espectrofotómetros para estudiar los espectros se conoce como espectroscopia. Para medidas espectroscópicas extremadamente precisas se emplean interferómetros. En el siglo XIX, los científicos descubrieron que más allá del extremo violeta del espectro podía detectarse una radiación invisible para el ojo humano pero con una marcada acción fotoquímica; se la denominó radiación ultravioleta. Igualmente, más allá del extremo rojo del espectro se detectó radiación infrarroja que aunque era invisible transmitía energía, como demostraba su capacidad para hacer subir un termómetro. Como consecuencia, se redefinió el término espectro para que abarcara esas radiaciones invisibles, y desde entonces se ha ampliado para incluir las ondas de radio más allá del infrarrojo y los rayos X y rayos gamma más allá del ultravioleta.

En la actualidad, el término espectro se aplica frecuentemente en un sentido más amplio a cualquier distribución ordenada producida por el análisis de un fenómeno complejo. Un sonido complejo, como por ejemplo un ruido, puede analizarse como un espectro acústico formado por tonos puros de diferentes frecuencias. Igualmente, una mezcla compleja de elementos o isótopos con distinta masa atómica puede ser separada en una secuencia ordenada según su masa atómica y denominada espectro de masas

La espectroscopia no sólo ha proporcionado un método importante y sensible para el análisis químico, sino que ha sido el principal instrumento para descubrimientos en campos aparentemente no relacionados, como la astrofísica o la teoría atómica. En general, los cambios en el movimiento de los electrones exteriores de los átomos dan lugar a espectros en la región visible, infrarroja y ultravioleta. Los cambios en el movimiento de los electrones interiores de los átomos pesados producen espectros de rayos X. Los cambios en la configuración del núcleo de un átomo producen espectros de rayos gamma. Los cambios en la configuración de las moléculas producen espectros visibles e infrarrojos.

Los distintos colores de luz tienen en común el ser radiaciones electromagnéticas que se desplazan con la misma velocidad, aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. Se diferencian en su frecuencia y longitud de onda (la frecuencia es igual a la velocidad de la luz dividida entre la longitud de onda). Dos rayos de luz con la misma longitud de onda tienen la misma frecuencia y el mismo color. La longitud de onda de la luz es tan corta que suele expresarse en nanómetros (nm), que equivalen a una milmillonésima de metro, o una millonésima de milímetro. La longitud de onda de la luz violeta varía entre unos 400 y 450 nm, y la de la luz roja entre unos 620 y 760 nm.