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Tema 6. Otras formas de transmitirse la energía; la luz. |
La imagen mental que tenemos del mundo se forma fundamentalmente a través de nuestros ojos y oídos.
Aunque la luz y el sonido son fenómenos muy diferentes, ambos son formas de propagación de la energía, sin transporte de materia.
La naturaleza de la luz ha intrigado a la humanidad desde los tiempos más remotos. A lo largo de la historia se han dado múltiples interpretaciones sobre su naturaleza.
Una de las más curiosas la dio, en el siglo VI a.C., el gran filósofo y matemático griego Pitágoras, al pensar que la luz salía de los ojos.
Pitágoras creía que la visión de los cuerpos se producía porque los ojos emitían una especie de rayos de luz que, a modo de tentáculos, se propagaban hasta los objetos, y que, al tocarlos, se producía la sensación de la visión.
3.1.1.1. (bis) Refutamos la hipótesis de Pitágoras mediante una experiencia. Si enciendes una linterna y diriges la luz hacia la pared:
Suponemos que habrás refutado la hipótesis de Pitágoras y confirmado que:
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![]() Figura 20. Refutación de la hipótesis de Pitágoras. |
3.1.2. (bis) La luz en la cienciaCasi en los comienzos de la ciencia, en el siglo XVII, dos grandes científicos discutieron sobre su naturaleza sin ponerse de acuerdo: Huygens y Newton.
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![]() Figura 21. Interferencia de luz blanca |
Su propagación rectilínea, su dispersión en los prismas, su reflexión en los espejos. Pero no pudo dar explicaciones satisfactorias a:
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La luz, cuando se propaga, lo hace como una onda, pero cuando interacciona con la materia, se comporta como una partícula.
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Actividades
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![]() Figura 24. Actividad 4. Científicos que estudiaron la luz. |
La luz no necesita ningún medio material para su propagación; es más, los medios materiales ofrecen resistencia al paso de la luz; prueba de ello es la menor velocidad de transmisión a que antes aludíamos. Otros materiales absorben total o parcialmente la luz.
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![]() Figura 26. reloj transparente. |
![]() Figura 27. Las tapas de un libro suelen ser opacas, para leer el contenido hay que abrir la tapa. |
![]() Figura 28. Pez translúcido, se pueden adivinar los órganos internos |
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Si interpones tus manos entre los rayos de Sol que entran por la ventana, se formará una sombra en el suelo que se corresponde con la forma de tus manos. Esto se debe a que:
La luz se propaga en línea recta, en todas las direcciones, y forma sombras.
Un rayo de luz es una línea recta que utilizamos para representar la dirección y el sentido en que se propaga la luz.
3.3.1. La sombra y la penumbraLa propagación rectilínea de la luz se pone de manifiesto en la formación de sombras y penumbras que proyectan los objetos al ser iluminados.
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Figura 29. Sombra formada con una fuente de luz lejana al objeto, no se aprecian zonas de penumbra. |
Figura 30. Sombra formada con una fuente de luz grande y cercana, se aprecian perfectamente las zonas de penumbra y de sombra (umbra). |
La propagación rectilínea de la luz se puede observar en muchos fenómenos naturales. Uno de los primeros fenómenos ópticos que se observaron fue la formación de sombras, que acabamos de ver; otro, los eclipses. Recuerda que en un eclipse de Sol (abajo), la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra, y que, en uno de Luna (arriba), es la Tierra la que se interpone entre ella y el Sol. |
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Figura 31. Eclipse de luna. |
![]() Figura 32. Esquema de un eclipse total de Sol. Se produce cuando coincide con el momento en que la Luna está más cerca de la Tierra |
Figura 34. Secuencia de imágenes del eclipse anular de Sol del día 3 de Octubre de 2006. |
![]() Figura 33. Eclipse anular de Sol. Se produce cuando el eclipse coinde con el momento en que la luna está más alejada de la Tierra. |
![]() Figura 34-bis. Tamaño aparente de la Luna en el Apogeo y el Perigeo. |
Actividades
La luz, como cualquier otra onda, se refleja cuando incide sobre un medio material, de acuerdo con las mismas leyes de la reflexión que ya hemos estudiado para el sonido:
Leyes de la reflexión de ondas:
Para ver la imagen mejor pasa el puntero del raton por encima de ella. |
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Debemos distinguir entre reflexión especular y reflexión difusa:
Salvo los espejos, los demás objetos presentan este tipo de reflexión difusa. Cuando miramos los objetos que nos rodean, los vemos gracias a esta luz difusa que reflejan. Si un objeto no reflejara la luz, no lo veríamos; se nos mostraría como un objeto absolutamente negro. La luz se refleja en las superficies pulimentadas, y se difunde en las superficies rugosas. Sí viajas en coche m una carretera mojada durante la noche, la superficie de la carretera se vuelve casi pulida. La luz de los faros se refleja como en un espejo y no vuelve a tus ojos. Por eso, apenas se ve la carretera; solo, las seña/es. 3.4.2. Los objetos como fuentes de luzFuentes primarias de luz son los objetos que emiten luz por sí mismos, como el Sol, las estrellas, las bombillas, etc. Fuentes secundarias de luz son los objetos que reflejan la luz que reciben de otros objetos, sistemas o cuerpos. |
![]() Figura 36. Reflexión especular y reflexión difusa. |
Dos ejemplos de refracción: Cuando introducimos un lápiz en un vaso con agua, se observa como si se hubiese doblado. Si pones una lupa a la luz del Sol, verás que los rayos cambian de dirección al pasar por ella. Se produce refracción cuando la luz pasa de un medio a otro donde se propaga con distinta velocidad. Definición: La refracción de la luz consiste en el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz al pasar de un medio de propagación a otro.
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![]() Figura 37. Ejemplo de refracción de la luz, parece que el lápiz se dobla. sólo es un efecto del cambio de dirección de las ondas de luz. |
Leyes de la refracción de ondas:
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![]() Figura 38 . Cuando un rayo de luz pasa del aire (donde se propaga a casi 300 000 km/s) al agua, donde lo hace a una velocidad menor (v = 225 000 km/s), el rayo refractado se acerca a la normal. Cuando es al contrario, se aleja. |
Las distintas ondas electromagnéticas que componen el espectro visible, y que captamos como rojo, amarillo, verde, azul, añil y violeta, solo se diferencian en la longitud de onda, o sea, en la frecuencia.
El violeta es la onda de mayor frecuencia, y el rojo, la de menor.
Las ondas de mayor frecuencia (y menor longitud de onda) son las que transportan mayor cantidad de energía.
Los colores no son sino la forma en que nuestro cerebro interpreta las ondas visibles (luz) de distintas frecuencias que reciben nuestros ojos.
Cuando recibimos ondas visibles (luz) de alta frecuencia, nuestro cerebro la interpreta como violeta, y si es de baja frecuencia, como rojo.
Cuando llega al ojo una onda luminosa de gran amplitud, nuestro cerebro la interpreta como una luz muy brillante. Si su amplitud es pequeña, como una luz tenue.
Vemos los objetos de un color determinado porque absorben la luz de todas las frecuencias, excepto la que corresponde al color que vemos, que es reflejada. Esta frecuencia es la que llega a nuestro ojo, y nuestro cerebro la interpreta como el color del objeto. Pero los objetos no tienen color. Solo reflejan ondas luminosas de determinadas frecuencias y absorben el resto.
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![]() Figura 39. El color de los objetos depende de las frecuencias de onda luz que reflejan . |
La refracción de la luz y, por tanto, la desviación que se produce, no es la misma para todas las frecuencias, para todos los «colores». Las ondas de frecuencias más altas (violeta, azul) se desvían más que las de frecuencias bajas (amarillo, rojo). Por esta razón se produce la dispersión de la luz blanca. Dispersión de la luz: es cuando al refractarse se separan las ondas de distintas frecuencias, los distintos colores del arco iris. (Se llama espectro de luz blanca) El arco iris es un buen ejemplo natural de este fenómeno, que se produce cuando la luz solar se descompone en las gotas de lluvia. |
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![]() Figura 40. Dispersión de la luz blanca formando un arco iris |
![]() Figura 41. Esquema dela dispersión de la luz blanca en una gota de agua. |
![]() Figura 42. Dispersión de luz Blanca en un prisma triangular. |
Isaac Newton fue quien comprobó el fenómeno de la dispersión al atravesar la luz blanca un prisma, demostrando así que la luz blanca estaba compuesta, en realidad, por todos los colores del espectro. Aplicando de modo impecable el método científico, pensó que si la luz blanca se podía descomponer en los colores del arco iris, combinándolos del modo adecuado podría obtener el color blanco. Para demostrarlo, ideó un disco giratorio coloreado con los siete colores del espectro, y observó que, al hacerlo girar a velocidad muy alta, los colores desaparecían, viéndose tan solo el color blanco. |
![]() Figura 43. Disco de Newton. |
Actividades
El cine consiste en proyectar sobre una pantalla veinticuatro imágenes cada segundo. Cada una de ellas es una fotografía estática que ha sido tomada por una cámara, que también capta veinticuatro fotografías cada segundo. Entre dos fotogramas la pantalla está oscura, pero esto escapa a nuestro ojo, porque se encuentra «deslumbrado» por la luminosidad de la imagen anterior.
Esto es debido a que cuando la retina de nuestro ojo capta una imagen la impresión de esa luz permanece aproximadamente 1/20 s. De este modo, si sobre la retina se proyectan imágenes rápidamente, antes de que haya desaparecido una totalmente de nuestra mente ya se ha superpuesto la siguiente, creando la sensación de movimiento.
En la pantalla de un televisor aparecen veinticinco imágenes por segundo. Observa cómo entre una imagen y la siguiente el brillo no llega a apagarse por completo.
4.2.1. Imágenes en pantallas: imágenes realesColoca un flexo y, frente a él, una caja con un orificio de 4 cm de diámetro y la pared opuesta de papel de seda. Al encenderlo, verás en la cara posterior de esta un círculo iluminado, y el resto en sombra. Si añades otra caja con un agujero pequeño y oscureces la habitación, habrás construido una cámara oscura, y comprobarás que si gradúas adecuadamente la distancia entre la bombilla y el agujero aparecerá la imagen de la bombilla invertida. Si colocas la mano en lugar de la pantalla, la imagen se formará sobre ella: es como si la pudieras «tocar». |
![]() Figura 44. Cámara oscura. |
Definición: Llamamos imágenes reales a las que pueden formarse sobre una pantalla pero no se captan directamente con nuestros ojos.. Las imágenes reales están siempre invertidas, de arriba abajo y de izquierda a derecha, respecto del objeto. |
Cuando te colocas delante de un espejo, parece que tu imagen reflejada está detrás del espejo, pero sabemos bien que ahí ni siquiera hay luz. Nuestro ojo puede captar esa imagen, y una cámara fotográfica también, pero no puede proyectarse sobre una pantalla, no se puede «tocar». Definición: Imágenes virtuales son las que se pueden captar con nuestros ojos pero no se forman en una pantalla, no pueden proyectarse. Las imágenes virtuales de los espejos están invertidas de atrás adelante, perpendicularmente al espejo, pero no de arriba abajo ni de izquierda a derecha. La imagen virtual no se puede hacer coincidir con el objeto que la produce. Los espejos pueden etner diferentes formas, los más comunes son los planos, pero también se uusan mucho los concavos, retrovisores de los coches, y los convexos, espejos de tocador. Tienes que aprender cómo se forman las imágenes en espejos, para ello, pincha aquí. Caerá en el examen. |
![]() Figura 45. Imágen virtual en un espejo, en realidad detrás del espejo no hay nada, sólo una pared. |
Definición: Una lente es un vidrio, o un plástico transparente, que tiene una forma geométrica semejante a una lenteja (de ahí su nombre), con las caras en forma de casquetes esféricos. Se utilizan para construir diversos instrumentos ópticos: cámaras fotográficas, microscopios, telescopios, prismáticos, gafas, etc.
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![]() Figura 46. En realidad las lentes se pueden considerar formadas por esferas colocadas como las de la imagen, con los puntos de curvaturas que serían el centro de las esferas. |
El cristalino de nuestro ojo es también una lente. El funcionamiento de las lentes se basa en el fenómeno de la refracción de la luz, y pueden clasificarse en dos grandes grupos: convergentes y divergentes, dependiendo de su comportamiento. |
Son más gruesas en el centro que en los extremos. Su característica esencial es que hacen converger (centrar) en un punto los rayos de luz paralelos que penetran en ellas. Si miras a través de ellas, las cosas se ven más grandes. Un ejemplo lo tienes en la lupa que, a veces, se utiliza para ver cosas pequeñas (monedas, sellos). |
![]() Figura 47. Una lente convergente concentra la luz en un punto detrás de la lente que se llama foco (F). |
Son más delgadas en el centro que en los extremos. Su característica esencial es que hacen divergir (separar) los rayos de luz que llegan paralelos. Los rayos, tras atravesar la lente, divergen (se separan) como si procedieran de un punto, llamado foco, situado delante de la lente. Si miras a través de ellas, verás los objetos más pequeños. Se utilizan para compensar la miopía (Enfermedad ocular) y para construir instrumentos ópticos. |
![]() Figura 48. Las lentes divergentes separan los rayos de lu, si los prolongamos parece que salen todos de un punto que está delante de la lente, el foco (F). |
Las imágenes que se forman en las lentes convergentes y divergentes tienen características diferentes en función de dónde se coloque el objeto y el tipo de lente.
Dependiendo del tipo de lente, convergente o divergentes de la posición del objeto de cada una de ellas, las imágenes de los objetos que se observan a través de ellas se pueden construir de diferentas formas.
Tienes que aprender a formar imagenes en lentes y espejos, para ello pincha aquí. Punto 4.5. del índice Formación de imágenes en lentes y espejos
Actividades
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![]() Figura 49. Solución a la actividad nº 3. |
El ojo os semejante a una cámara fotográfica, solo que de una complejidad y perfección extraordinarias.
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![]() Figura 50 : El mecanismo de la visión es muy complejo y aún no lo conocemos con precisión. Los especialistas nos dicen que es el cerebro el que ve, no el ojo, que solo es una herramienta del cerebro para captar la imagen. |
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El ojo es un órgano delicado y maravilloso, pero puede presentar algunos defectos que, en general, podemos compensar fácilmente.
Los más habituales son la miopía y la hipermetropía, y para su corrección bastan unas gafas o unas lentes de contacto.
La mayoría de los defectos de la visión se producen porque la imagen no se forma sobre la retina, y esto se puede deber a dos causas:
Los ojos necesitan protegerse de las radiaciones luminosas muy intensas con unas buenas gafas de sol, especialmente en los lugares donde hay mucha radiación ultravioleta, como ocurre en las playas y en la nieve. El exceso de radiación puede generar cataratas, una afección por la que el cristalino se vuelve opaco. En determinados trabajos, como cuando se realizan labores de soldadura, es imprescindible protegerse los ojos con gafas y máscaras especiales. |
![]() Figura 51. La protecció ocular es MUY importante . |
5.2.2. La miopíaEn un ojo con miopía, la imagen se forma delante de la retina. |
![]() Figura 52. Corrección de la miopía. |
5.2.2. La hipermetropíaEn el ojo hipermétrope la imagen se forma detrás de la retina; este defecto se puede compensar con lentes convergentes. |
![]() Figura 53. Corrección de la Hipermetropía. |
5.2.3. El AstigmatismoEl astigmatismo consiste en que las imágenes aparecen distorsionadas. Se debe a que la córnea está algo deformada y no tiene la forma esférica perfecta; se corrige con lentes cilíndricas.
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![]() Figura 54. Corrección del Astigmatismo. |
(Las lentes cilíndricas son lentes que tiene un eje de tallaje, y posee dos radios distintos de curvatura, y por lo tanto, dos potencias distintas. Para que nos aclaremos: este tipo de lentes se utilizan para corregir el astigmatismo. Este error refractivo se caracteriza por tener dos errores distintos. Para que lo entiendas mejor, te pongo un ejemplo: una persona que tiene un astigmatismo de "- 2.25 a 180" Eso significa que a un eje (180) es como si tuviese una miopía de -2.25 D, y en el otro eje (90) viese perfectamente. |
![]() Figura 55. Lentes cilíndricas. |
Desde hace años, también se vienen utilizando las lentes de contacto o «lentillas», de tamaño muy pequeño y que se adaptan fácilmente a la córnea.
Se utilizan en su fabricación materiales flexibles y porosos que no dificultan la oxigenación de la córnea y hacen que aumente su tolerancia.
Las imágenes de los objetos que se forman en la retina están invertidas. Es el cerebro el que se encarga de interpretar las correctamente.
Han crecido tanto las ciudades y la cantidad de luces que utilizamos para iluminarlas que la luz sobrante ilumina la atmósfera, cargada de polvo, y las nubes que cubren las ciudades.
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![]() Figura 56. Contaminación lumínica en Alcala de henares. 04/01/2011. |
Actividades
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema5/index.htm