Unidad 12a. LUZ. INTRODUCCIÓN. Una onda es una forma de propagación de energía de un lugar a otro que no va acompañado de un desplazamiento de materia en dicha dirección. Cuando movemos una cuerda arriba y abajo se produce una onda en ella. Dicha onda tiene crestas, valles y una distancia entre dos crestas o valles consecutivos a la que llamaremos longitud de onda (λ, pronunciado lambda) Esa longitud se mide en las unidades del Sistema Internacional y para la luz visible es del orden de nm (nanómetros: 10-9 m, la milmillonésima parte del metro). La Frecuencia representa el número de oscilaciones por segundo se mide en Herzios. Un Herzio (símbolo: Hz) se corresponde con una frecuencia de 1 oscilación /s. LUZ La luz y el sonido son ondas. Veamos la luz La luz es un tipo de onda que se puede transmitir en el vacío, es decir, no se trata de oscilaciones del medio de propagación (el aire en el caso del sonido). Es decir se trata de ondas electromagnéticas. Una unidad de radicación electromágnética es el fotón. Cuando un fotón incide sobre un objeto puede: 1. Atravesarlo sin cambiar de dirección. TRANSPARENCIA 2. Travesarlo cambiando de dirección: REFRACCIÓN. 3. Rebotar dicimos que sufre REFLEXIÓN o que se refleja. 4. Ser absorbido (comunica su energía al objeto): el objeto se calienta. Si consideramos un conjunto de fotones hablamos de un HAZ de fotones. No todos los fotones de un haz se comportan igual, depende de la naturaleza del objeto: Si la mayoría pasan decimos: que el objeto es transparente si los fotones atraviesan y se conserva la imagen. Que el objeto es translucido sin no se conserva la imagen. No si consiguen atravesar entonces decimos que es opaco: Si la mayoría se reflejan y se conserva la imagen hablamos de espejos. La cantidad de fotones que se reflejan depende del color de la superficie. Blanco refleja muchos, el negro los absorbe casi todos. Cuantos más fotones absorbe una superficie más se calienta.
Dos ejemplos: a) La luz incidiendo sobre el cristal de la ventana: la mayoría de los fotones atraviesa el cristal, pero una parte se refleja y otra se absorbe por el propio cristal (el cual se calienta). b) La luz incide sobre una prenda de ropa a rayas blancas y negras. Las rayas negras absorberán casi todos los fotones y se calentarán, las blancas reflejarán la mayoría y se calentarán menos. La velocidad de la Luz. La luz viaja en el vacio (en el espacio entre los astros) a 300.000 km/s. Cuando la luz atraviesa los objetos se frena. Así en el agua se velocidad es de 225.000 km/s y en el vidrio de aproximadamente 200.000 km/s. Es decir, la luz tarda 8 minutos y 20 segundos (500 s) en recorrer los 150 millones de Km que separan el Sol de la Tierra. La distancia que recorre la luz en un año (300.000 km * 31.536.000 s = 9460800000000 km) se conoce como UN AÑO LUZ y es la unidad que utilizamos para medir distancia en el espacio ( por ejemplo, la estrella polar está a 433 años luz, o dicho de otro modo, la luz que vemos hoy salió de allí hace 433 años, 2014-433= 1581, reinando Felipe II). Los colores. Cuando la longitud de onda de un fotón es de 400 nm, e incide sobre nuestro ojo, la vemos como violeta. Si, por el contra, está próxima a 700 nm la vermos como roja. Es decir, los fotones no son todos iguales, se diferencian en la longitud de onda. Nuestros ojos pueden ver aquellos fotones cuya longitud de onda está entre 740 y 400 nm aproximadamente. Cuando la longitud de onda es mayor de 740 no podemos verla pero está ahí y de denomina Infrarroja (IR). Cuando es menor de 400 se denomina Ultravioleta (UV) 2
De ellas hablaremos en el tema de a atmósfera y su comportamiento respecto a los objetos con los que incide es el mismo que la luz VISIBLE, solo que para nosotros esos fotones son invisibles (no podemos verlos con nuestros ojos). Nuestros ojos interpretan como luz blanca la suma de fotones de fotones de diferente longitud de onda. Cuando hacemos pasar un haz de luz blanca a través de un prisma los fotones se refractan o reflejan en diferente ángulo en función de su longitud de onda y se pueden ver. Así se forma el arco iris cuando la luz del sol incide sobre gotitas de agua en suspensión. (otras superficies como las de los CDs producen el mismo fenómeno). Cuando vemos un objeto de color rojo es porque dicho objeto refleja sólo los fotones de unos 700 nm y absorbe los demás. La infinita gama de colores se debe a las infinitas combinaciones de tipos de fotones reflejados. El uso de los colores. Colores luz. Son los que produce la emisión de fotones. Se distinguen tres colores primarios: rojo, verde y azul. Cuando iluminamos con una mezcla de ellos aparecen otros más claros (puesto que sumamos luz) Verde y azul: cian Verde y rojo: amarillo Rojo y azul: magenta Rojo, verde y azul. BLANCO Colores LUZ Sabes que por este método puedes hacer sombras de colores? Si iluminas el suelo desde tres puntos distintos con focos rojos, verdes y azules verás blanco, pero si haces sombra con uno de ellos el suelo quedará iluminado por los otros dos dando una sombra de color correspondiente. Por ejemplo, si haces sombra con el azul, la sombra será amarilla, si lo haces con el verde la sombra será magenta. Colores pigmento. Son los colores que reflejan los objetos (pigmentos). De este modo la suma de colores produce que se absorban más fotones y por tanto el resultado es más oscuro. Aquí se consideran colores primarios : cian, magenta y amarillo, y las mezclas: Cian + amarillo: verde. Cian + magenta. Azul Amarillo + magenta: rojo Cian + amarillo + magenta : negro. 3
La precepción del color: el ojo. El ojo es el órgano en el que reside el sentido de la vista. Tiene la capacidad de ser excitado por los fotones de longitud de onda entre 400 y 740 nm aproximadamente. La luz penetra en el ojo travesando la córnea y entrando por el orificio que deja el iris (pupila) la cual se dilata ante la falta de luz o se cierra cuando hay demasiada. Atraviesa una lente, denominada cristalino, situada inmediatamente detrás que es capaz de deformarse (acomodación) para enfocar la imagen sobre el fondo del ojo donde se encuentra la capa de células sensibles a la luz: la retina. La imagen tiene que proyectarse nítida sobre ella y allí unas células denominadas conos (perciben el color) y bastones (perciben luz a baja intensidad en tonos de gris) se excitan y envían señales al cerebro a través del nervio óptico. En el centro de la retina se localiza una alta concentración de conos de modo que en ella se obtiene la máxima definición. Esta zona se denomina mácula o fóvea. ciego. La salida del nervio óptico carece de células sensibles y por tanto es un punto Los defectos en los elementos necesarios para poder enfocar con nitidez sobre la retina dan lugar a diversas enfermedades o defectos oculares: Un ojo demasiado largo: miopía Un ojo demasiado corto: hipermetropía. Lentes no circulares: astigmatismo. Cristalino poco flexible ( con la edad) : vista cansada. Un cristalino translucido: cataratas. La reflexión de la luz. Ya dijimos que la reflexión es el rebote de un fotón sobre una superficie. Cuando un haz de fotones incide sobre una superficie lisa y pulimentada los fotones mantiene un ángulo idéntico de salida y entrada respecto a la perpendicular a la superficie. En otras palabras: todos los fotones que llegan procedentes de una fuente salen TODOS en la misma dirección y la imagen se conserva. 4
Si la superficie no es plana se produce una cierta deformación de la imagen dando lugar a espejos curvos. Cuando la reflexión se produce sobre una superficie rugosa cada fotón rebota en direcciones diferentes lo que hace imposible que la imagen se conserve. Es lo que sucede normalmente. La luz que entra por una ventana se refleja sobre los objetos en todas direcciones y permite que toda la habitación se ilumine. Permite por tanto que llegue a nuestros ojos desde todas partes y podamos ver los objetos. Por qué hay más luminosidad en la calle en un día que ha nevado que en otro cualquiera? La nieve refleja un porcentaje mayor de fotones que el suelo gris o la tierra marrón. La refracción de la luz. La refracción es el cambio de dirección que experimenta un haz de luz cuando pasa de un medio a otro (del aire al agua, del aire al cristal, etc.). En esto se basan las lentes. Generalmente están hechas de vidrio, pero pueden hacerse de cualquier otro material transparente (incluso una bolsa de plástico llena de agua). Las lentes convergentes tienen mayor grosor en el centro (tal como una lupa) y concentran los fotones hacia un punto denominada foco. Los fotones concentran toda su energía en este punto, si el objeto absorbe esta energía se calienta hasta tal punto que puede empezar a arder. Las lentes divergentes tienen mayor grosor por los bordes y dispersan los fotones. Son las lentes que necesitan los miopes. 5
PREGUNTAS. 1.- Qué se entiende por onda? 2.- Qué es la frecuencia de una onda? cuál es la unidad? 3.- Qué se entiende por longitud de onda? En qué unidades se mide? 4.- Qué se entiende por frecuencia? Cuál es su unidad? 5.- qué puede sucederle a un fotón cuando incide sobre un cuerpo? 6.- Explica que le sucede a los fotones que inciden sobre el cristal de la ventana. 7.- Cómo funciona un espejo? 8.- Por qué se calienta más un jersey negro que uno blanco? 9.- a qué velocidad viaja la luz en el espacio? 10.- Cuánto tarda la luz en llegar a Júpiter desde el Sol si están a 1.500.000.000 km 11.- qué longitud de onda tiene la luz verde (aproximadamente)? 12.- y cual la luz ultravioleta? 13.- Si tienes dos linternas (luz blanca) como harías para iluminar con luz magenta un escenario. 14.- Qué sucede si mezclas pintura amarilla y cian? 15.- qué pasa con tu iris cuando hay poca luz? 16.- qué les pasa a los miopes? Y a los hipermétropes? 17.- Qué células captan los colores y donde se localizan? 18.- por qué tenemos un punto ciego en el ojo? cómo se localiza? 19.- Por qué crees que te ves estupenda en algunos probadores de ropa? 20.- qué tipo de lente lleva un miope y un hipermétrope? 6