Este ensayo académico está dirigido a estudiantes de nivel medio superior y también estudiantes universitarios que no tienen un área afín a física. El trabajo se centra en responder la premisa de ¿por qué el cielo es azul?, dando como respuesta que el color del cielo es producto del efecto del esparcimiento de la luz solar en la atmosfera. Al estudiar este efecto, se comprenderá que en realidad el color del cielo es una mezcla de violeta y azul, sin embargo, la sensibilidad de nuestros ojos hace que solo percibamos el tono azul del cielo.

1. ¿Por qu´e el cielo es azul?
Hugo E. Ibarra Villal´on
Posgrado en F´ısica. Universidad Aut´onoma Metropolitana Unidad Iztapalapa.
San Rafael Atlixco No. 186, Col. Vicentina, Iztapalapa, 09340, M´exico.
Correo: alm.hugoibarra@gmail.com
11 de septiembre de 2017
Resumen
Este ensayo acad´emico est´a dirigido a estudiantes de nivel medio superior y tambi´en estudiantes universitarios que
no tienen un ´area af´ın a f´ısica. El trabajo se centra en responder la premisa de ¿por qu´e el cielo es azul?, dando
como respuesta que el color del cielo es producto del efecto del esparcimiento de la luz solar en la atm´osfera. Al
estudiar este efecto, se comprender´a que en realidad el color del cielo es una mezcla de violeta y azul, sin embargo,
la sensibilidad de nuestros ojos hace que solo percibamos el tono azul del cielo.
1. Introducci´on
Debido a las diversas actividades que desarro-
llamos d´ıa tras d´ıa y el estilo de vida tan agitado
de las ciudades, nos queda muy poco tiempo para
reflexionar sobre los fen´omenos f´ısicos tan cotidia-
nos que a nuestros ojos pasan desapercibidos, tal es
el caso de saber el porqu´e del color azul del cielo.
El desconocimiento de esta premisa radica en que se
ha perdido la difusi´on de este y mucho conocimiento
que pareciera que son triviales, por ello se hace una
invitaci´on al lector para despertar su curiosidad y
transmitir el conocimiento aprendido de este ensa-
yo.
La respuesta del porqu´e el cielo es azul surge de la
interacci´on de la luz del sol con la atmosfera, antes
de conocer esta interacci´on detente a pensar, ¿qu´e
es la luz?, en t´erminos sencillos se puede definir a la
luz como una radiaci´on que al penetrar a nuestros
ojos permite una sensaci´on visual (Malacara, 2002,
p. 10). Una definici´on m´as formal es considerar a
la luz como la energ´ıa transportada en una onda
electromagn´etica transversal emitida por las vibra-
ciones de los electrones en los ´atomos (Hewitt, 2005,
p.497). La esencia de este ´ultimo concepto se abor-
dar´a en la secci´on 2, posteriormente en la secci´on 3
se dar´a respuesta a la premisa ¿por qu´e el cielo es
azul?
2. La naturaleza de la luz que per-
cibimos
En la actualidad se conoce que la luz est´a consti-
tuida por part´ıculas sin masa llamadas fotones, que
se manifiestan en dos formas, la primera es como
una onda electromagn´etica1 y la segunda como una
part´ıcula. La luz que percibimos (luz visible) es una
onda electromagn´etica, dichas ondas fungen como
un medio de transporte de energ´ıa que va de una
fuente emisora de luz hasta un receptor, por ejem-
plo, la luz que genera el sol o las estrellas tiene que
1
Las ondas electromagn´eticas se describen como la vibra-
ci´on de un campo el´ectrico y un campo magn´etico, perpen-
diculares entre si y ambas perpendiculares a la direcci´on de
propagaci´on, estos campos se est´an regenerando entre si pa-
ra no perder energ´ıa. Las ondas electromagn´eticas de luz se
propagan a una velocidad c=299,792,458 m/s en el vac´ıo.
viajar como una onda electromagn´etica por el es-
pacio para llegar a la tierra. La luz solar llega a la
tierra en aproximadamente 8 minutos y la luz de
las estrellas puede tardar miles o millones de a˜nos
propag´andose por el espacio sin perder en gran pro-
porci´on su energ´ıa, por esto podemos ver su brillo
de noche, adem´as es tanto tiempo el que viajo la
luz que quiz´a la estrella ya est´e muerta, metaf´ori-
camente se dice que el cielo nocturno est´a lleno de
fantasmas. La luz vista como part´ıcula es a partir de
un flujo de fotones, en general la luz tiene este com-
portamiento en los fen´omenos a nivel microsc´opico
que se dan en la interacci´on entre la luz y materia,
por ejemplo, en el efecto que hace posible el color
azul del cielo.
La luz que percibimos tiene cierta frecuencia de osci-
laci´on2, definiendo a esta frecuencia como el n´ume-
ro de oscilaciones que se producen en un segundo,
estas frecuencias estar´an en la regi´on visible del es-
pectro electromagn´etico. Por lo que cada color de
luz oscilara en un rango de frecuencias, tal y como
se aprecia en la tabla de la Fig.1. En ocasiones se
hace referencia a un color de luz en funci´on de su
longitud de onda, definida con la distancia que hay
entre dos m´aximos consecutivos de una oscilaci´on.
3. ¿Por qu´e el cielo es azul?
Para poder comprender la naturaleza del color
azul del cielo, es necesario estudiar un caso gene-
ral en c´omo se da la interacci´on de la luz con un
gas. En principio, el gas es un estado de la materia
conformado por un arreglo de mol´eculas que est´an
muy separadas entre si y ordenadas al azar debido a
que est´an en constante movimiento. Cuando un haz
de luz incide sobre el gas, se generan vibraciones en
los electrones de las mol´eculas que producir´an luz
(flujo de fotones), con la particularidad de que estas
mol´eculas re-emitir´an fotones en todas direcciones,
estos fotones re-emitidos tendr´an la misma frecuen-
2
La frecuencia de oscilaci´on(vibraciones) de la onda de luz
se debe a que se produjo por las vibraciones de los electrones
en los ´atomos, a partir de una fuente emisora de luz, es decir,
que la onda de luz adquiere la misma frecuencia que su fuente
emisora.
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2. Figura 1. Representaci´on del espectro electromagn´etico en la regi´on de luz visible.
cia que la del haz de luz incidente3. A este fen´omeno
se le conoce como esparcimiento de la luz o tambi´en
como esparcimiento Rayleigh.
El color azul del cielo es el resultado de un espar-
cimiento selectivo de la luz solar en la atm´osfera
(Hewitt, 2005, p. 527). La luz solar es una fuente
natural de luz blanca que corresponde a una mez-
cla de los colores que conforman el espectro de luz
visible (violeta, azul, verde, amarillo, anaranjado y
rojo). Por otra parte, la atm´osfera es una composi-
ci´on de gases, de los cuales el oxigeno O2 y nitr´ogeno
N2 se presentan en mayor proporci´on con la propie-
dad de poder absorber luz ultravioleta e infrarroja4,
pero no absorben la luz visible.
Cuando la luz solar incide sobre la atm´osfera, el
flujo de fotones de luz cuyas frecuencias est´an confi-
nadas en el espectro visible, entran en contacto con
las mol´eculas de ox´ıgeno y nitr´ogeno, por lo que se
generara el esparcimiento de la luz, ver Fig. 2. Sin
embargo, el color que vemos producto del esparci-
miento de la luz es ´unicamente el azul, entonces uno
se puede preguntar: ¿Qu´e paso con los otros colores
del espectro visible? La respuesta a esta pregunta se
dedujo en 1871 con Lord Rayleigh, ya que a partir de
un an´alisis cuantitativo afirm´o que la intensidad de
la luz solar esparcida en la atm´osfera es proporcio-
nal a su frecuencia elevado a la cuarta (?4) (Hecht,
2017, p.89). Por lo que la luz de mayor frecuencia5,
al ser la m´as intensa, es la luz que se esparce en ma-
yor proporci´on. Esto quiere decir que, si ordenamos
los colores contenidos en la luz solar, el de mayor fre-
cuencia es el violeta seguido del azul, verde, amarillo
3
Por ejemplo, si se trata de un fot´on que tiene una fre-
cuencia que corresponde al color azul, este es absorbido por
la mol´ecula del gas y se re-emite en una direcci´on aleatoria
con un nuevo fot´on de la misma frecuencia correspondiente
al azul.
4
La atm´osfera y la estratosfera (con la capa de ozono)
absorben luz ultravioleta con una longitud de onda que va de
100 a 300 nm, la radiaci´on con estas longitudes de onda es
mortal para la vida, sin embargo, debido a que se absorbe en
un gran porcentaje, solo nos llega una peque˜n´ısima cantidad
de esta radiaci´on.
5
La luz de mayor frecuencia tambi´en es la luz m´as energ´eti-
ca, ya que la energ´ıa de los fotones es proporcional a la fre-
cuencia.
naranja y rojo, de hecho, solo las frecuencias de la
luz correspondientes al violeta y al azul son las que
se esparcen en mayor proporci´on en el cielo. A pe-
sar de que el color violeta es esparcido en una mayor
cantidad que el color azul, nuestros ojos no son sen-
sibles al color violeta del cielo y solo predomina el
azul en nuestra visi´on (Hewitt, 2005, p. 522).
Los otros colores del espectro visible (amarillo, na-
ranja y rojo) al tener una frecuencia m´as baja, tie-
nen un escaso esparcimiento en la atm´osfera, de he-
cho, esta luz se transmite a la tierra en gran propor-
ci´on, por eso siempre dibujamos al sol de un tono
de color entre amarillo y rojizo. Si pudi´eramos estar
en la luna, en donde no existe una atm´osfera que
genera el efecto del esparcimiento de la luz, el sol lo
ver´ıamos blanco y el cielo negro.
El color del cielo y del sol a lo largo del d´ıa pre-
sentan diferentes tonalidades, esto se debe a que va
cambiando la posici´on de la tierra con respecto al
sol. A mediod´ıa la luz del sol se propaga a trav´es
de la menor cantidad posible de atm´osfera para al-
canzar la superficie terrestre, en este escenario se es-
parce la luz de alta frecuencia (violeta y azul) y se
transmiten las bajas frecuencias (amarillo, naranja,
rojo) por lo que el sol parece amarillento. Conforme
pasa la tarde, la posici´on del sol va cambiando por
lo que la luz tendr´a que propagarse por una mayor
cantidad de atm´osfera de tal forma que el esparci-
miento de los colores violeta y azul se va difuminan-
do, debido a que el esparcimiento en la atmosfera de
los colores amarillo, naranja y rojo es pr´acticamente
nulo y ya no se tiene el color azul en el cielo, enton-
ces lo que observamos es un atardecer con un tono
del sol y del cielo que se vuelven progresivamente
m´as rojos, pasando por el tono amarillo y naranja
(Hewitt, 2005, p. 523).
4. Conclusiones
Al responder la premisa ¿por qu´e el cielo es azul?
uno se pude dar cuenta que su explicaci´on est´a bien
fundamentada y no se necesita ser una persona es-
pecializada en f´ısica para poder comprender el es-
parcimiento de la luz en un gas, en este caso, con el
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3. Figura 2. Representaci´on del esparcimiento de la luz del sol sobre la atm´osfera.
esparcimiento de la luz solar en la atm´osfera.
Es de gran relevancia enfatizar que estamos limita-
dos por la sensibilidad de nuestros ojos, en especial
por que el cielo es m´as violeta que azul, sin embargo,
nuestros ojos no nos fallan en ver como el color azul
del cielo toma una tonalidad diferente en las ciuda-
des contaminadas, esto se debe a que las part´ıculas
contaminantes reflejan la luz blanca del sol hacia la
atm´osfera, observando un tono de gris y azul en el
cielo.
Hay muchos fen´omenos de los colores que percibi-
mos debido a la interacci´on de la luz y materia, tales
como el color de las nubes, el color de los oc´eanos,
la transparencia u opacidad de los materiales, entre
otros. Esperando que este ensayo haya despertado
tu curiosidad, no te detengas en investigar en la bi-
bliograf´ıa, en internet o con tu profesor de f´ısica la
naturaleza de todos estos fen´omenos.
Referencias
[1] Hecht, E. (2017). ´Optica (5◦ ed.). Madrid: Pear-
son Educaci´on.
[2] Hewitt, P. G. (2010). Conceptual Physics (10◦
ed.). San Francisco: Pearson Addison Wesley.
[3] Malacara, Daniel (2002). ´Optica tradicional y
moderna (3◦ ed). M´exico: Fondo de Cultura
Econ´omica.
[4] Weisskopf, Victor F. (1968). How light interacts
with matter. Scientific American (219), 60-71
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