ALGUNOS PORQUÉS DE LA CIENCIA

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ALGUNOS PORQUÉS DE LA CIENCIA
En esta páginas iremos incluyendo algunos porqués de la ciencia.
Sin prisas, pero sin pausas, en otras páginas pensamos incluir una
biografía de los principales científicos.
No recibimos casi correos vuestros y los echamos de menos, no los
pensamos utilizar para enviaros correos no solicitados, sólo para conocer
vuestras sugerencias.
Se puede acceder directamente a los diferentes temas con los menús
laterales (entrando por Inicio) y o bien pulsando los botones avanzar
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de la barra superior. Hay 9 apartados más además de los
relacionados con la Luz, como son: Color, Rozamiento,...,con las
partículas, y otros que iremos añadiendo en lo sucesivo.
y
Ahora hemos parado en los PORQUÉS y estamos preparando las
ilustraciones para hacer menos dura su lectura.
FENÓMENOS CURIOSOS RELACIONADOS CON LA LUZ
Índice
El cielo es azul
En el ocaso rojo
Las nubes:
blancas, grises o
negras
¿Qué es el arco
iris?
La noche negra
Las alas de los
insectos
iridiscentes
¿Y qué es la luz?
¿Qué son las
células solares?
La arena mojada
es más oscura
¿Qué ven los
peces?
¿A qué se deben
los espejismos?
Las lentes polaroid
Un agujero
iluminado
Laser y luz
eléctrica
Palo horizontal y
palo vertical
Las columnas
griegas
¿Por qué la
¿Qué pasa con las
superficie del agua
fibras ópticas?
es un espejo?
¿A qué distancia
vemos una
bombilla?
Bibliografía
¿El cielo es azul?
La luz que nos llega del Sol es blanca, pero sin embargo el cielo lo vemos
azul.
El fenómeno físico por el cual el color del cielo aparece azul es debido a la
difusión de la luz en las partículas de la atmósfera. Cuando la luz choca
con una partícula, la luz se esparce en todas direcciones (este fenómeno
se comprueba cuando un rayo de luz atraviesa un ambiente con
humo), y es semejante a lo que ocurre cuando la luz atraviesa un
prisma (son muchos pequeños prismas).
En el caso del cielo, las partículas difusoras son las moléculas de aire,
nitrógeno, oxígeno, vapor de agua. En ellas la difusión es mucho menos
eficaz por la parte del rojo que por la del azul-violeta (la intensidad de la
luz azul es cuatro veces superior que la luz roja, debido a su menor
longitud de onda y, por lo tanto, a su mayor frecuencia y energía), y
como consecuencia toda la bóveda del cielo nos parece azul, excepto la
parte ocupada por el Sol.
Si no hubiera partículas en la atmósfera, o no hubiera atmósfera, al no
haber difusión, este aparecería negro, excepto el Sol, naturalmente, que
seguiría viéndose blanco. Esto es lo que les ocurre a los astronautas en
órbita en el exterior de la atmósfera.
Esto mismo ocurre cuando hay niebla, en los valles con gran vegetación,
o en paisajes nevados, que presentan una marcada tonalidad azulada.
¿Por qué el Sol, a veces, al alba o en el ocaso, nos parece
rojo?
El efecto es debido también a la difusión. Al tener la luz que atravesar un
largo trayecto a través de la atmósfera por encontrarse el Sol en el
horizonte, se produce un gran número de procesos de difusión en las
moléculas de nitrógeno, oxígeno y otros gases, disminuyendo las
componentes azul-violeta de la luz directa del Sol, predominando por lo
tanto las componentes de la luz amarilla-roja que nos llegan a nosotros.
Si nos fijamos en la zona central del cielo sobre nuestra vertical, lo
veremos de un azul más profundo que el resto del cielo, debido a las
componentes azul-violeta de la luz del Sol.
Un experimento para comprobando se obtiene mirando el Sol a través de
un vaso de agua, o mejor una pecera, en la que se ha echado unas gotas
de leche. Al difundirse la luz en las partículas de grasa de la leche, que se
encuentran en suspensión en el agua, en la luz que nos llega predominan
las componentes amarillo-rojizas.
¿Por qué las nubes son blancas, grises e incluso casi
negras?
Cuando las partículas difusoras de la luz son bastante más grandes que la
longitud de onda de la luz (gotitas de agua), la difusión mantiene la
coloración (blanca) y lo que se produce es una reflexión, de tal manera
que si la nube no es muy densa llega mucha luz a su base, pareciéndonos
blanca; si es más densa, llega menos luz a su base, pareciéndonos gris y
si es muy densa (de tormenta) la base de las nubes reciben muy poca
luz, pareciéndonos casi negra.
¿Qué es el Arco iris?
El arco iris se explica por fenómenos de refracción, dispersión y reflexión
de la luz en el interior de cada gota de agua suspendida en la atmósfera
(Teodorico de Freiberg, hace más de seis siglos lo comprobó utilizando
una redoma de vidrio llena de agua y Descartes, tres siglos después lo
esquematizó como se indica)
¿Por qué la noche es negra?
¿Por qué si existen tantas estrellas y galaxias en el universo (billones de
billones de fuentes luminosas), que sumadas nos indican que debería
haber una iluminación incluso superior a la luz del Sol, sin embargo
vemos el cielo negro en la noche?
Parece ser que, por el efecto Doppler, la emisión luminosa de las
estrellas, sobre todo de las estrellas más lejanas que son las que más
influyen por ser más numerosas, al estar en fuga vertiginosa hacia las
zonas más externas del universo, hacen que la luz que nos llega
corresponda al infrarrojo, que es invisible para nuestros ojos.
¿Por qué las alas de los insectos son iridiscentes?
Las alas de ciertos insectos, y sobre todo de las mariposas, tienen una
gran variedad de colores, según la inclinación desde donde se les mire.
Las alas de estos están constituidas por una fina membrana transparente,
donde se produce un fenómeno de interferencia similar al que se observa
en las manchas de gasolina sobre agua o en las paredes de una burbuja
de jabón. Según el espesor de la membrana de las alas se refuerza un
color del espectro en detrimento de otros, produciéndonos esos colores
tan agradables.
¿Y qué es la luz?
La luz es una onda electromagnética, del mismo tipo que las ondas de la
radio, pero de mayor frecuencia (sobre 5 x 1014 vibraciones/segundo
(hercios Hz), que se propaga también en el vacío.
La ondas electromagnéticas se genera por las oscilaciones de la carga
eléctrica – iones y electrones- producidas en las transformaciones físicas
y químicas de la materia.
La luz tiene simultáneamente naturaleza ondulatoria y corpuscular, de tal
modo que la energía óptica se manifiesta sólo en pequeñas cantidades
finitas o cuantos de luz (fotones).
Al llegar a la retina, induce reacciones fotoquímicas, que generan
impulsos o señales nerviosas que se dirigen al cerebro, produciéndonos la
sensación de colores.
¿Cómo funciona una célula fotovoltaica?
Las células fotovoltaicas o células solares son dispositivos basados en el
diodo semiconductor, en el que la energía luminosa libera electrones. El
rendimiento de las células solares más comunes (de silicio mono o
policristalino) está en torno al 15 %.
¿Por qué la arena mojada se ve más oscura que la
seca?
La arena está formada por sílice y otros minerales. Por su aspereza, la luz
solar se difunde apareciendo blancuzca. Cuando se moja su superficie es
menos irregular al nivelar el agua las asperezas, por lo que la difusión
disminuye, y con ella la luminosidad, llegándonos mejor el carácter
cromático propio del mineral (gris ocre, rojo, negro, etc.)
Otro ejemplo es la observación de un mosaico antiguo o mármol, que
toman una coloración más intensa.
¿Por qué un pez que mira hacia la superficie ve la luz
en un círculo y fuera de él los objetos de su alrededor?
Si se está bajo el agua y se mira sobre la propia cabeza, el espacio
exterior se ve dentro de un cono estrecho, delimitado por el ángulo límite
(aproximadamente 49º).
Para inclinaciones mayores a 49º se produce la reflexión interna total,
observándose los objetos que están dentro del agua.
¿Qué es la fibra óptica?
La luz, y otras radiaciones electromagnéticas, se pueden transmitir a
través de un hilo de vidrio, cuarzo o plástico transparente, debido la
reflexión interna total de la que hemos hablado en la pregunta anterior.
La luz, al incidir casi rasante sobre la pared interna del hilo, se refleja
enteramente y así se propaga de un extremo a otro del hilo sin pérdida
apreciable.
De aquí su utilidad en medicina y cirugía, en telecomunicaciones, etc.
¿Por que la superficie del agua, a veces, se ve como un
espejo?
Aunque aquí estamos hablando de aire-agua y no vidrio-aire, la reflexión
total se produce cuando el ángulo de incidencia es muy grande (se
empieza a notar mucho para ángulos superiores a 60º y es prácticamente
total para incidencia rasante, cerca de 90º).
En este límite, el agua es un espejo y su color es imperceptible.
¿A qué se deben los espejismos?
En el desierto vemos un oasis al que no llegamos, en la carretera un
charco que se desvanece cuando nos acercamos, un castillo en medio del
óceano. Y no sólo eso, podemos fotografiarlo.
Todos ellos son espejismos. El aire es el causante de todos los
espejismos. Las moléculas de aire desvían la luz y lo hacen dependiendo
de su densidad (que depende de su temperatura).
Así, en el primer caso, en el del charco, el calor que desprende el asfalto
calentado por el Sol calienta el aire que está sobre la carretera y la luz
solar pasa desde una capa de aire más frío y más denso hasta la más
caliente y menos densa situada sobre la carretera, produciéndose una
desviación que hace ver el cielo donde debería haber asfalto, reluciendo y
pareciendo agua. Al acercarse la imágen se aleja y no la alcanzamos.
En el caso del óceano cuando vemos un castillo o una montaña, el aire
cercano al agua esta menos caliente que en la parte superior y el rebote
es contrario y vemos objetos que se encuentran más allá del horizonte.
¿Por qué las lentes polaroid eliminan los reflejos de la luz cuando
el suelo está mojado?
Al incidir la luz en el suelo mojado y reflejarse, sufre parcialmente un
efecto de polarización, con el campo eléctrico oscilante paralelo a la
superficie. Si ahora situamos una lente polarizada perpendicularmente a
ese plano, se produce una reducción de la intensidad de la luz que llega a
ojo, eliminando en parte los reflejos de la superficie mojada.
¿Por qué si se ilumina un pequeño agujero de un cartón negro,
éste aparece débilmente iluminado en su parte posterior?
El fenómeno se debe a la difracción de la luz. Cuando una onda plana
atraviesa el agujero, a partir del mismo se produce una onda esférica que
se propaga en todas las direcciones, incluso tangente a la cartulina como
la cartulina suele ser rugosa, la luz se difunde y aparece unos círculos
iluminados que se van extinguiendo según aumenta el radio.
En una noche oscura, cuando el aire está muy limpio, ¿a qué
distancia podemos ver la luz de una bombilla?
Los fotorreceptores de la visión nocturna son capaces de detectar una
intensidad luminosa correspondiente a unos pocos fotones por segundo,
es decir que, en buenas condiciones, podríamos llegar a ver una bombilla
situada a 1.000 kilómetros de distancia.
El cálculo está hecho para 30 fotones/segundo y para el color amarillo,
pero de todas formas la distancia a la que podríamos ver una luz en una
noche oscura y con el aire limpio es en cualquier caso considerable.
¿Por que un láser produce un haz de intensidad luminosa muy
superior a la de una lámpara eléctrica?
Los fotones emitidos por un láser son totalmente coherentes, mientras
que los emitidos por otras fuentes de luz no lo son (poseen distintas
frecuencias). Esto hace que mientras en un láser la contribución de todos
los fotones es aditiva (por tener la misma frecuencia), en el caso de la luz
de una lámpara eléctrica la contribución al campo electromagnético se
combina al azar, pudiendo sumarse o restarse, resultando una intensidad
muchísimo más débil (la intensidad luminosa crece con el cuadrado del
campo electromagnético).
¿Por qué un palo tendido nos parecen más largo que cuando está
vertical al suelo?
Por que nuestra vista está más habituada a objetos horizontales que a
verticales. Nuestra vista no es como la de las aves, que utilizan más la
visión vertical.
¿Por qué en los templos griegos las columnas se estrechan
gradualmente?
Los constructores griegos, construían las columnas estrechándolas
gradualmente para que parecieran más largas. Por lo que se ve la razón
de la pregunta anterior ya era conocida por los griegos.
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