¿Los espejos aumentan la cantidad de luz en una habitación?

Question

Así que si tienes una bombilla en una habitación, y tienes una herramienta para medir la cantidad de luz que hay en la habitación, entonces asumamos que la cantidad de luz sólo causada por la bombilla es "1"

Si colocas un espejo junto a la bombilla, ¿la cantidad de luz en la habitación se reduce a "2"?

¿Puedes seguir para que la luz de la habitación se pliegue a 3..etc. con más espejos?

¿Hasta dónde puedes llevar esto? Además, ¿en realidad está añadiendo luz a la habitación, o simplemente está causando que los mismos fotones se muevan más rápido (reflejándose de un espejo al siguiente) haciendo que parezca que hay más luz en la habitación, pero en realidad no la hay?

Me hizo pensar, así que pensé en preguntar aquí :)

Answer 1

Creo que las otras dos respuestas se pierden un punto interesante de su pregunta. Pongamos una bombilla dentro de una esfera 100% reflectante. Todos los fotones emitidos permanecerán dentro de la esfera y la intensidad de la luz aumentará continuamente hasta el infinito.

Los espejos reales nunca son 100% reflectantes, pero hay espejos con una reflectividad de 99.98 (estos son espejos dicroicos que funcionan sólo en un estrecho rango de longitudes de onda). Con tales espejos la luz puede reflejarse 1000 veces antes de escapar de la esfera, por lo que la intensidad de la luz dentro de la esfera será 1000 veces mayor en comparación con una lámpara sin espejos. La conservación de la energía no se viola porque no se crean nuevos fotones.

Lo que acabamos de crear es en realidad un resonador óptico aunque normalmente tenemos un caso unidimensional con dos espejos paralelos y un pulso de láser atrapado entre ellos (como en Espectroscopia de anillo de cavidades ). Los espejos cóncavos se usan para atrapar mejor la luz.

Answer 2

Por "luz en la habitación" asumo que te refieres a la energía emitida por la bombilla por segundo, esto es comúnmente conocido como "Potencia" (medida en unidades de vatios). También puedes definir cuánta energía está llegando a un área determinada, por ejemplo el periódico que puedes estar leyendo. Esta nueva cantidad se llama Intensidad (vatios por área).

Poniendo espejos en la habitación nunca cambias la "Potencia" total, la energía que sale de la bombilla en un cierto tiempo. En cambio, cambias la intensidad, es decir, cuánta luz llega a tu periódico, pero siempre a expensas de una zona más oscura de la habitación en otro lugar.

Para dirigirse a la última parte de su correo, la luz siempre se mueve a la misma velocidad.

Answer 3

Querida Sev, en primer lugar, una cosa simple. La luz en el vacío siempre se mueve a una velocidad de 299.792.458 metros por segundo: este hecho es exactamente cierto debido a la definición moderna de un metro. La velocidad de la luz en el aire es sólo un 0,03% menor que la velocidad de la luz en el vacío. Nada viaja nunca más rápido que la luz en el vacío.

Segundo, los espejos típicamente reflejan menos del 100% de la luz que llega, algo así como el 70%. Pero ese no es el principal problema aquí.

Tercero, la energía se conserva, por lo que no se puede producir mucha más "luz" poniendo espejos. No puedes iluminar 100 hogares teniendo una bombilla y "copiándola" con espejos. ¿Por qué no? Aunque se puede aumentar - y casi duplicar - la "cantidad de luz" que llega a un área en particular, este hecho se equilibra (más que) por el hecho de que la luz que sería absorbida por el área ocupada por el propio espejo no es absorbida.

Así que cuando se trata del presupuesto energético, los espejos ideales (que reflejan el 100% de la luz, sólo por simplicidad) sólo reorganizan la distribución de la luz - qué áreas finalmente la absorben y qué áreas sólo la reflejan. La cantidad total de luz que se absorbe viene dada por la cantidad total de luz que se emite en la bombilla - y sólo depende de la bombilla (y su potencia).

Si consideras la luz como una "cosa práctica que nos permite ver algo", entonces quieres que la luz se refleje, por ejemplo, en un libro. Pero el conteo para un libro que refleja algo de luz - para que podamos leerlo - es similar al conteo para un objeto que absorbe la luz. Los espejos pueden aumentar la cantidad de luz reflejada por un libro en particular, pero no pueden aumentar la cantidad de luz reflejada por toda la habitación, suponiendo que tenga un albedo uniforme.

Si miras una bombilla y un espejo cercano, puedes ver "dos bombillas" y el doble de luz, por así decirlo. Pero esto sólo es cierto desde ciertas direcciones. Desde otras direcciones, el resultado es diferente y a menudo opuesto. Por ejemplo, si colocas los ojos detrás del espejo, de modo que la bombilla está en el lado opuesto al tuyo, entonces no ves ninguna bombilla directamente, y no hay luz no reflejada de una bombilla (y ninguna luz de bombilla reflejada sólo por espejos).

Esta lección es mucho más general. Los espejos - y cualquier otro aparato - pueden mover la energía de un lugar a otro, o transformarla de una forma a otra. Pero nunca cambian la cantidad total de energía.

Saludos LM