Tema 4. Luz y sonido
2.- La luz
Naturaleza de la luz
La luz es: - una onda transversal: la dirección de oscilación es perpendicular a la dirección de propagación de la onda - una onda electromagnética: no necesita ninguna partícula para propagarse, por lo que puede transmitirse en el vacío. La velocidad de propagación de la luz, depende del medio; en el vacío la luz se propaga a 300.000 km/s y corresponde a su valor máximo. En otros medios la velocidad de propagación de la luz es menor. Según su comportamiento con respecto a la luz los cuerpos serán: - luminosos: emiten luz - iluminados: reciben la luz. Éstos a su vez serán: - transparentes: dejan pasar la luz y se pueden distinguir imágenes a través de ellos - translúcidos: dejan pasar parte de la luz y los objetos visibles a través de ellos se perciben de forma borrosa. - opacos: no dejan pasar la luz |
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La propagación de la luz
La luz es una onda que se propaga en línea recta, en todas las direcciones, y cuando los objetos son iluminados, éstos proyectan sombras y penumbras. Por ello, al iluminar un objeto con un foco grande y observar la imagen en una pantalla se distingue: - Zona de sombra que no recibe ningún rayo. - Zona de penumbra que recibe sólo parte de los rayos. - Zona iluminada, que recibe todos los rayos que proceden del foco de luz. De esta forma se pueden explicar los eclipses de Sol y Luna. |
La dispersión de la luz
Conocemos como luz blanca a la que proviene del Sol. En algunas ocasiones esa luz se descompone en varias franjas de colores que forma el llamado arco iris o arcoíris. La dispersión de la luz consiste en la separación de la luz en sus colores componentes por efecto de la refracción. Así pues, si un rayo de luz blanca incide sobre un prisma óptico, cada radiación simple se refracta con un ángulo diferente apareciendo una sucesión continua de colores que denominamos espectro de la luz blanca. |
Prisma de Newton
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El color y la intensidad
EL COLOR: Dentro del espectro electromagnético que procede del Sol, la luz blanca (o luz visible) es una radiación electromagnética que se descompone en varias franjas de colores: Rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta.
A cada color le corresponde una longitud de onda distinta y por lo tanto una frecuencia distinta.
Así pues, a los tonos rojos le corresponde menores frecuencias y transportan menos energía, mientras que a los tonos violetas le corresponden mayores frecuencias y transportan más energía.
- Por encima de los violetas entraríamos en las longitudes de onda propias de la radiación ultravioleta
- Por debajo de los rojos entraríamos en las longitudes de onda propias de la radiación infrarroja.
LA INTENSIDAD: por otra parte cuanto mayor sea la amplitud de una onda luminosa, mayor será la intensidad de la luz.
Pincha en este enlace y observa cómo influyen la longitud de onda y la amplitud en el color y la intensidad de la luz respectivamente.
¿Qué podrías decir de las ondas representadas en las siguientes imágenes?
EL COLOR: Dentro del espectro electromagnético que procede del Sol, la luz blanca (o luz visible) es una radiación electromagnética que se descompone en varias franjas de colores: Rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta.
A cada color le corresponde una longitud de onda distinta y por lo tanto una frecuencia distinta.
Así pues, a los tonos rojos le corresponde menores frecuencias y transportan menos energía, mientras que a los tonos violetas le corresponden mayores frecuencias y transportan más energía.
- Por encima de los violetas entraríamos en las longitudes de onda propias de la radiación ultravioleta
- Por debajo de los rojos entraríamos en las longitudes de onda propias de la radiación infrarroja.
LA INTENSIDAD: por otra parte cuanto mayor sea la amplitud de una onda luminosa, mayor será la intensidad de la luz.
Pincha en este enlace y observa cómo influyen la longitud de onda y la amplitud en el color y la intensidad de la luz respectivamente.
¿Qué podrías decir de las ondas representadas en las siguientes imágenes?
Cómo percibimos el color
¿Por qué las plantas son verdes y el cielo es azul? Las plantas son verdes porque absorben todas las frecuencias, excepto la que corresponde al verde, que es reflejada. Esta frecuencia llega a nuestro ojo, y nuestro cerebro la interpreta como verde. Algo similar ocurre con el azul del cielo. Si un objeto absorbe todas las frecuencias, nuestro cerebro lo interpreta como negro. Si refleja todas las frecuencias nuestro cerebro lo interpreta como blanco. |
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2.1.- El comportamiento de la luz
Cuando la luz incide sobre una superficie de un medio no opaco, ocurren dos fenómenos simultáneos:
- reflexión: una parte retorna hacia el medio del que procedía
- refracción: otra parte es absorbida por el medio en el que incide
- reflexión: una parte retorna hacia el medio del que procedía
- refracción: otra parte es absorbida por el medio en el que incide
La reflexión de la luz
Es el cambio de dirección que experimenta la luz cuando incide en una superficie sin atravesarla. En este fenómeno distinguimos: - rayo incidente: el rayo que incide sobre la superficie - rayo reflejado: el que vuelve al medio de procedencia - normal: recta perpendicular al punto de incidencia - ángulo de incidencia (i): ángulo que forma el rayo incidente con la normal - ángulo de reflexión (r): ángulo que forma el rayo reflejado con la normal. - se cumple que i = r Distinguiremos dos tipos de reflexión: - reflexión especular: cuando la luz incide sobre una superficie lisa los rayos incidentes son paralelos entre sí y los rayos reflejados también serán paralelos entre sí. Devuelven una imagen nítida y clara. - reflexión difusa: cuando la luz incide sobre una superficie rugosa los rayos incidentes son paralelos entre sí pero los rayos reflejados salen rebotados en todas direcciones. Devuelven una imagen borrosa. |
La refracción de la luz
Es el cambio de dirección que experimenta la luz al cambiar de medio. La diferencia de la refracción con respecto a la reflexión es que en la refracción el ángulo de incidencia de diferente al ángulo de refracción: - cuando la luz pasa a un medio en el que la velocidad de propagación es menor que la velocidad que tiene en el medio inicial, el ángulo de refracción se acerca a la normal. - cuando la luz para a un medio en el que la velocidad de propagación es mayor que la velocidad que tiene en el medio inicial, el ángulo de refracción se aleja de la normal. > Ángulo límite: es el ángulo incidente que produce la refracción rasante. > Refracción rasante: se da cuando el ángulo de refracción es de 90º > Reflexión total de la luz: fenómeno que se da cuando los rayos que inciden en el medio lo hacen con un ángulo mayor al ángulo límite. |
2.2. Espejos
Los espejos son superficies pulidas en las que la luz se refleja de forma especular, por lo que devuelven imágenes claras y nítidas.
Existen diferentes tipos de espejos: - Planos: - El objeto reflejado y la imagen tienen las mismas dimensiones. - La distancia entre el objeto reflejado y el espejo es la misma que entre la imagen y el espejo. - La imagen está lateralmente invertida con respecto al objeto reflejado. A este fenómeno es conocido como reflexión especular. - Cóncavos: - El recubrimiento metálico es exterior. - Muestra una imagen mayor al objeto real. - Convexos: - El recubrimiento metálico es interior. - Muestra una imagen menor al objeto real. |
2.3. Lentes
Las lentes son objetos transparentes que refractan la luz que pasa a través de ellos. Presentan dos caras, que pueden ser una plana y otra curva o ambas curvas; en este segundo caso hablamos de lentes esféricas.
Existen diferentes tipos de lentes esféricas: - Lentes convergentes o convexas: - Imagen real: - La distancia del objeto a la lente es mayor a la distancia focal. - La imagen está invertida y al otro lado de la lente. - La imagen aumenta de tamaño cuando se acerca la lente. - Imagen virtual: - La distancia del objeto a la lente es menor a la distancia focal. - La imagen está al derecho y en el lado de la lente. - La imagen aumenta de tamaño cuando se aleja la lente. - Lentes divergentes o cóncavas: - La distancia del objeto a la lente es mayor a la distancia focal. - La imagen está al derecho y en el lado de la lente. |
2.4. El ojo humano
El ojo es el órgano encargado de la visión; está formado por el globo ocular y las estructuras anexas:
- Estructuras anexas:
- Párpados: piel que protege el globo ocular del exceso de luz o de posibles lesiones.
- Pestañas: pelos situadas en los bordes de los párpados para evitar la entrada de sustancias extrañas.
- Glándula lacrimal: secreta líquido para mantener el ojo hidratado y limpiarlo de partículas de polvo.
- Estructuras anexas:
- Párpados: piel que protege el globo ocular del exceso de luz o de posibles lesiones.
- Pestañas: pelos situadas en los bordes de los párpados para evitar la entrada de sustancias extrañas.
- Glándula lacrimal: secreta líquido para mantener el ojo hidratado y limpiarlo de partículas de polvo.
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- Globo ocular:
- La esclerótica: parte externa que rodea al ojo; es una capa dura y resistente que da soporte al globo ocular y termina en la córnea. - La córnea: membrana transparente situada en la parte anterior del ojo, delante del iris. Permite la formación de la imagen en la retina, actuando como una lente convergente y desviando la luz hacia el cristalino. - El iris: es la parte coloreada del ojo. Tiene forma anular dejando en el centro un hueco llamado pupila por donde entra luz al ojo. - La pupila: el iris se abre y cierra modificando el tamaño de la pupila y controlando la cantidad de luz. - El cristalino: es una lente biconvexa transparente encargado de enfocar las imágenes. - El humor acuoso: líquido transparente que está entre la córnea y el cristalino. - El humor vítreo: líquido viscoso entre la retina y el cristalino que da consistencia al globo ocular. - La retina: es la capa más interna del ojo y la que recibe la luz. En ella hay neuronas que reciben el impulso nervioso y lo transportan al cerebro. Existen dos tipos de receptores para la luz: - Los conos: detectan los colores - Los bastones: detectan la intensidad lumínica |
Funcionamiento del ojo
La luz atraviesa la córnea y entra en el ojo por la pupila, que cambia de tamaño por la apertura y cierre del iris: - cuando la luz llega con mucha intensidad, el iris se contrae y se cierra, reduciendo la pupila y reduciendo la cantidad de luz que penetra en el ojo; con ello se evitan posibles daños en la retina por sobreexposición. - cuando llega poca luz, el iris se dilata y se abre para aumentar la cantidad de luz que alcanza el ojo; con ello se consigue aprovechar al máximo la luz disponible. Una vez atravesada la pupila, la luz alcanza el cristalino, el cual forma una imagen sobre la retina desde la cual las neuronas la transmiten al cerebro. Según la distancia a la que se encuentre el objeto observado, la imagen se forma en un determinado punto del globo ocular y el cristalino cambia su curvatura. Esta deformación hace que la imagen se ajusta en la retina: es un proceso conocido como acomodación. La imagen formada en la retina, es más pequeña e invertida que la real y llega al nervio óptico y de éste al cerebro. |
Defectos de la visión
- Miopía: incapacidad de enfocar objetos lejanos porque el cristalino está demasiado abombado y no se puede estirar para enfocar. - Hipermetropía: incapacidad de enfocar objetos próximos porque, al revés que en la miopía, el cristalino está demasiado estirado y no se puede abombar. - Presbicia o vista cansada: pérdida de agudeza visual. Impide ver objetos cercanos porque el cristalino se endurece y tampoco se puede estirar. - Astigmatismo: se ven deformadas las líneas verticales porque el cristalino se abomba de forma desigual por su superficie. - Cataratas: el cristalino se hace opaco y no deja pasar la luz. - Daltonismo: se confunden ciertos colores como el verde y el rojo. Es la única enfermedad que no tiene que ver con el cristalino, sino con los conos. Es hereditaria. |
Fuente: Instituto de Tecnologías Educativas del Ministerio de Educación