Título: UN RAYO DE SOL, OH, OH, OH!

Título: UN RAYO DE SOL, OH, OH, OH!
Autores: Javier Alises Fernández, Luis Abalo Rodríguez (15), Henar Pascua Prada (15)
Centro de Enseñanza: Colegio San Gabriel, concertado, Madrid, Madrid, 28025
E-mail: (del profesor responsable del grupo)
ÍNDICE:
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Abstract
Resumen
Desarrollo
Galería de fotos
Referencias
Abstract
Our Project will develop the light spectrum concept, usually known as the visible light rainbow,
where we can find thin black stripes when different light radiations are analyzed. We got some pictures
from a related article and we thought how we could take similar photographs to define their different
light variations. After a long search, we discover an instrument used to unveil those variations, the
spectroscope.
We built a homemade spectroscope using recycled materials (cardboard boxes, CD’s…) and,
amazingly, we could observe the different variations of the spectrum produced by the light. So, we
obtained pictures similar to the original patrons.
As well, we have studied about the history of light investigation and the most relevant persons
that investigated this area. Specially, we searched for information about Fraunhofer, a German physic
that built the first spectroscope and was the first scientific that studied the light spectrum in detail.
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Resumen
Nuestro estudio trata sobre el espectro de luz, que es el arcoíris de la luz visible, donde
encontramos rayitas negras que se producen al analizar los distintos tipos de luz. Teníamos distintas
fotografías que encontramos en una noticia sobre nuestro tema, y pensamos en cómo podríamos
nosotros conseguir fotografiar unas imágenes parecidas que demostraran que cada tipo de luz tiene
su respectivo espectro. Investigando descubrimos que había un instrumento que servía para ver
estos espectros, el espectroscopio. Buscamos varios videos en internet de cómo era este curioso
instrumento y descubrimos que podíamos fabricar nosotros mismos uno, para poder llevar así a cabo
nuestro proyecto.
Fabricamos un espectroscopio casero con materiales reciclables (caja de cartón y CD), y con
él conseguimos observar de forma sorprendente los diferentes espectros que producen cada tipo de
luz, y así conseguir imágenes parecidas a las que nos basamos.
Hemos investigado sobre la historia de la luz y los personajes que a lo largo de la Historia han
investigado sobre ella. En especial hemos buscado información sobre Fraunhofer, que fue un físico
alemán que construyo el primer espectroscopio y fue el primero que estudio de forma detallada los
espectros de la luz.
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Desarrollo
INTRODUCCIÓN
Leyendo las noticias nos percatamos de que existía la posibilidad física de conocer la
composición de las estrellas por la luz que emiten. Empezamos a investigar con mucho detalle este
fenómeno y descubrimos que se debe a la huella que deja en el espectro de la luz que se emite. El
siguiente paso era investigar sobre la luz y este fenómeno, habíamos visto el arcoíris en multitud de
ocasiones, sobre todo este año tan lluvioso, y debíamos conocer cómo investigarlo. Así llegamos a
Fraunhofer y su espectroscopio, instrumento que nos servirá para investigar el fenómeno de la luz.
Nosotros fabricaremos uno casero.
HISTORIA DEL COLOR
La luz y el color han compartido el universo junto al ser humano y este ha intentado desde la
antigüedad conocer todos los detalles, esta es la evolución de los estudios:
El arco iris, tiene todos los colores del espectro solar. Los griegos personificaron este
espectacular fenómeno luminoso en Iris, la mensajera de los dioses, que
descendía entre los hombres agitando sus alas multicolores.
Aristóteles: (384 - 322 a.C.) habiendo discutido junto a Platón y Pitágoras
acerca de la causa del color, finalmente planteó la teoría de que cada color
estaba formado por la mezcla de otros cuatro colores y además otorgó un
papel fundamental a la incidencia de la luz y la sombra sobre los mismos.
Estos cuatro colores eran los del fuego, la tierra, el agua y el cielo y eran
definidos como los colores básicos.
Leonardo Da Vinci: (1452 - 1519) del mismo modo que Aristóteles, también consideró que el color
era una propiedad intrínseca de los objetos. Redactó un tratado, al que llamó
Tratado de Pintura, en el que aclaraba que el blanco era el color principal,
pese a que los filósofos no lo reconocían como un color, ya que nos permitía
percibir todos los demás colores. El negro, del mismo modo, tampoco lo
consideraban porque nos priva de ellos. Como pintor, no podía no
considerarlos, por lo que los añadió junto a los demás en la siguiente
clasificación: “Debemos establecer el blanco para que haya luz, sin la que
ninguno de los colores puede ser observado, amarillo para la tierra, verde para
el agua, azul para el cielo, rojo para el fuego, y negro para la oscuridad”.
También observó que el azul era una mezcla entre el verde y el amarillo, pero
no estableció ningún criterio científico entorno a ello.
Isaac Newton: (1642 - 1727) en el año 1665, descubrió que la luz del Sol
podía ser dividida en distintos colores haciéndola pasar a través de un
prisma. Esto produce un espectro que comprende desde el rojo hasta el
violeta, pasando por el naranja, el amarillo el verde y el azul. Esta base
científica bastó para rechazar la teoría de Aristóteles, vigente hasta la
fecha. Newton atribuyó el fenómeno a pequeñas partículas que flotaban
por el espacio y que interferían en la luz.
El experimento que realizó fue el siguiente: colocó un prisma en
una habitación a oscuras y dejó pasar un único rayo de luz a su través.
Cuando el rayo pasó a través de este, generó un espectro de color. De
este modo demostró que la luz es la fuente de todos los colores.
Posteriormente, re-direccionó el espectro de color hacia un segundo prisma y obtuvo luz blanca. De
esta manera demostró que la luz blanca es un componente de todos los colores del espectro.
Clasificó los 7 colores en un círculo y relacionó a cada uno de ellos con una nota musical: rojo
(Do), naranja (Re), amarillo (Mi), verde (Fa), azul (Sol), índigo (La) y violeta (Si).
La teoría de los tres colores primarios (amarillo, cian y magenta), no se estableció hasta el
siglo XVIII, por el físico francés Jean C. Le Bon.
Albert Einstein: (1879 - 1955) Los estudios realizados dan la conclusión de
que la luz visible está formada por vibraciones electromagnéticas cuyas
longitudes de onda van desde 350 a 750 nanómetros. Einstein sugirió que la
luz viaja en pequeños haces de energía quanta o fotones. De ahí que posea
una cualidad doble: onda-partícula. Su frecuencia y su longitud le otorgan
las características de una onda, pero su masa y su conformación cuántica le
otorgan el comportamiento de una partícula o fotón.
La luz parte desde un foco o fuente de luz que la emite. Esta viaja
en línea recta y se difunde por una superficie cada vez mayor. A medida que
la luz se aleja del foco de partida, la longitud de onda es por lo tanto cada vez mayor, y la frecuencia
disminuye; por cada unidad de superficie que avanza, la frecuencia disminuye el cuadrado de la
distancia. Esto explica que cuando nosotros apuntamos con una linterna a una pared, la luz
proyectada será más intensa cuanto más cerca nos situemos de esta y de menor intensidad cuanto
mayor sea la distancia entre nosotros y la pared (en el primer caso la longitud de onda es menor, por
lo tanto la frecuencia es mayor y en el segundo caso es justamente al contrario. Son inversamente
proporcionales).
JOSEPH VON FRAUNHOFER
(Straubing, 1787 - Múnich, 1826). Fue un astrónomo, óptico
y físico alemán.
Como científico, ingeniero y emprendedor alcanzó logros
como el descubrimiento de las "líneas de Fraunhofer" en el espectro
óptico de la luz del Sol, inventó un nuevo método de manufactura
de lentes e inició un negocio de producción de vidrio para
microscopios y telescopios. Debido a su carácter multifacético, el
Instituto tecnológico Fraunhofer-Gesellschaft lleva su apellido.
Al quedar huérfano a los once años, empezó a trabajar
como aprendiz en el taller de un cristalero llamado Philipp Anton
Weichelsberger.
Fraunhofer empezó a trabajar en el Instituto de Óptica de
la abadía de Benediktbeuern, un monasterio benedictino desconsagrado dedicado a la fabricación de cristal. Aquí descubrió el
modo de crear los mejores cristales ópticos, a la vez que inventó un
método extraordinariamente preciso para medir la dispersión.
En 1818 pasó a dirigir el Instituto. Gracias a los extraordinarios
instrumentos ópticos que había desarrollado, Baviera sustituyó
a Inglaterra como referencia en la industria óptica.
En 1814 Fraunhofer fue el primero que investigó con
Joseph von Fraunhofer
seriedad acerca de las líneas de absorción en el espectro del Sol,
que serían explicadas de modo exhaustivo por Kirchhoff y
Bunsen en 1859, con la invención del espectroscopio. Esas líneas se siguen llamando en nuestros
días líneas de Fraunhofer en honor suyo.
También inventó la retícula de difracción transformando así la espectroscopia de arte a
ciencia, demostrando el modo exacto de medir la longitud de onda de la luz. Fue el primero en darse
cuenta de que los espectros de Sirio y de otras estrellas brillantes eran distintos entre sí y del Sol,
iniciando de ese modo la espectroscopia estelar.
Su ilustre carrera le permitió obtener un doctorado honoris causa en la Universidad de
Erlangen en 1822. En 1824 fue distinguido con la orden del Mérito, fue declarado noble y se le
concedió la ciudadanía honoraria de Múnich. Al igual que otros muchos fabricantes de cristal en su
época, envenenado por los vapores de los metales pesados Fraunhofer murió joven, en 1826, a los
39 años.
EL ESPECTRO DE LUZ
Espectro visible por el ojo humano
La luz se define como la “longitud de onda”, la distancia entre dos puntos con el mismo valor.
El espectro abarca desde las ondas de radio, pasando por las microondas, los rayos infrarrojos, la luz
visible, la radiación ultravioleta, los rayos X y finalmente, los rayos gamma. Todas estas emisiones
son producidas por la misma fuente de luz que nos ilumina cada día. La velocidad máxima conocida
que puede alcanzar en el universo es de 300.000 Km/s en el vacío. Un espectro de luz es la radiación
electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano.
En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de
radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la
radiación en el espectro visible.
Está formada por vibraciones electromagnéticas con longitudes de onda que van
aproximadamente desde los 350 nanómetros a 750 [1 nanómetro (nm=1) es igual a la milmillonésima
parte del metro]. Lo que conocemos como luz blanca es la suma de todas las ondas
comprendidas entre esas longitudes de onda, cuando sus intensidades son semejantes.
Espectro luminoso visible
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LUZ VISIBLE
Está formada por vibraciones electromagnéticas
con longitudes de onda que van aproximadamente
desde los 350 a 750 nanómetros. Lo que conocemos
como luz blanca es la suma de todas las ondas
comprendidas entre esas longitudes de onda, cuando
sus intensidades son semejantes.
La luz se forma por saltos de electrones en los
orbitales de los átomos. Los electrones poseen la
extraña cualidad de moverse en determinados orbitales
sin consumir energía, pero cuando caen a un orbital
inferior de menor energía, significa, que se encuentra
más próximo al núcleo y emiten energía en forma de
radiación. Algunos saltos producen radiación visible que
denominamos luz, radiación que ven nuestros ojos en
su manifestación de color.
Simulación de las longitudes de onda
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LUZ BLANCA
Se produce cuando el conjunto de todas las longitudes de onda del espectro visible están en
proporciones iguales. Cada longitud de onda corresponde a un color diferente, desde el rojo oscuro
hasta la violeta. Algunas enfermedades de la visión, como el daltonismo (defecto que consiste en la
imposibilidad de distinguir los colores) o la acromatopsia (defecto que no permite ver los colores con
precisión) impiden la correcta percepción de los colores.
La naturaleza física de la luz ha representado uno de los problemas más complejos de la
ciencia moderna y solo en épocas recientes a comienzos del siglo XX, se ha resuelto
satisfactoriamente.
Espectro electromagnético
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EL ESPECTRO SOLAR
La distribución de la energía que es irradiada por una fuente luminosa, que viene ordenada
por unos valores de longitud de onda, es particular por la secuencia matizada de la descomposición
de los colores del iris, como resultado de la descomposición de la luz solar que pasa a través de un
prisma refractor. También es llamado colores del arcoíris o espectro luminoso.
Las rayas oscuras del espectro solar fueron observadas por primera vez en el s. XIX. En
Alemania el físico y constructor de instrumentos Joseph Fraunhofer, fabricó un espectroscopio de
precisión y estudió las rayas con detalle, dibujando las posiciones de 574 de ellas, aunque no supo lo
que eran.
Físicos, astrónomos y químicos estuvieron varios años, durante la última centuria, tratando de
responder la cuestión. Hasta que en 1860, Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen, resolvieron el problema
en su laboratorio. Encontraron que el espectro continuo coloreado era precisamente la radiación
coloreada que es emitida por un gas denso o un cuerpo denso. Kirchhoff y Bunsen establecieron que
cada elemento químico tenía su propio espectro de “rayas brillantes”. Las rayas que emite un gas
incandescente son características de dicho gas. De modo que la presencia de ciertas rayas en el
espectro indicara que sustancias químicas están presentes en él.
También establecieron que si tenemos una fuente de calor resplandeciente, como el Sol, que
produce un espectro continuo, y la luz del Sol pasa a través de un gas más frio aparecen rayas
oscuras exactamente en la misma que ocuparían las líneas brillantes de gas, si este estuviera
incandescente. Entonces, las líneas oscuras del espectro solar son debidas a gases que rodean el
Sol, los cuales absorben algo de espectro continuo. Examinando estas líneas podemos decir cuáles
son las sustancias químicas que están presentes en el Sol. Ocurre lo mismo en las estrellas.
EL ESPECTROSCOPIO
Un espectrómetro óptico o espectroscopio, es un instrumento que sirve para medir las
propiedades de la luz en una determinada porción del
espectro electromagnético. La variable que se mide
generalmente es la intensidad luminosa, pero se puede
medir
también
el
estado
de polarización
electromagnética,
por
ejemplo.
La
variable
independiente suele ser la longitud de onda de la luz,
que mantienen una relación inversa con la longitud de
onda. Se utilizan espectrómetros en espectroscopia
para producir líneas espectrales y medir sus longitudes
de onda e intensidades.
En general, es un instrumento concreto que
sólo operará sobre una pequeña porción de este campo
total, debido a las diferentes técnicas necesarias para
medir distintas porciones del espectro.
Por debajo de las frecuencias ópticas
Espectroscopio
(microondas, radiofrecuencia y audio), el analizador
de espectro es un dispositivo electrónico muy parecido.
NUESTRO EXPERIMENTO
Para conseguir construir un sencillo espectroscopio de baja resolución casero con el que
podamos contemplar el espectro de distintas fuentes luminosas, entre ellas el Sol, hemos necesitado:
una caja de galletas, un CD-ROM, tijeras, cúter, grapadora, pegamento, celofán, regla,…
Primero marcamos las líneas de la caja, para construir el prisma del espectroscopio, y lo
cortamos con las tijeras. Con la regla nos ayudamos para hacer las dobleces. Realizamos un agujero
en la parte delantera, usando un bolígrafo, para que no sea muy grande. El procedimiento sería como
sigue: tomamos el CD-ROM y cortamos un sector circular que se convertirá en el reflector de la luz
dentro de nuestro espectroscopio, con mucho cuidado de no hacernos daño y que el CD no se
quiebre.
Con otra parte del cartón recortado hacemos una cuña donde grapamos el tracito de CDROM y lo colocamos en el interior del espectroscopio, creando un ángulo entre el agujerito y la
ventana que hay que hacer para que se convierta en el visor por el que observaremos el reflejo de
luz, nuestro arcoíris.
Plegamos todas las solapas y cerramos el espectroscopio. Comprobamos que la luz no entra
dentro de la caja excepto a través del agujerito. Ya está listo para usarse.
Fabricación casera de un espectroscopio
El funcionamiento: Tomamos el espectroscopio con el agujerito en la parte delantera apuntando a
una fuente luminosa, como una bombilla, la televisión, un tubo fluorescente, etc. Y observamos por la
abertura trasera, dirigiendo la mirada hacia abajo. Se puede observar el espectro luminoso en el CDROM. Cuanto más cerca estemos de la fuente luminosa, mejor se verá el espectro. Aunque hay que
tener la precaución de jamás observar el espectro solar directamente, debido a que el Sol es muy
brillante y podría dañarse irremediablemente la retina y los daños oculares podrían ser graves e
irreversibles. Es mejor mirar una hoja o pared en blanco iluminada por su luz.
Los resultados: Una vez terminada la fabricación del espectroscopio hemos estado observando y
fotografiando espectros luminosos para el análisis de la luz.
Nuestros resultados
Fuente de luz
Sol
Pantalla PC en blanco
Fluorescente
Bombilla incandescente
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Referencias
Libros y enciclopedias:
 Ronan, Colin A., Los amantes de la astronomía. Barcelona, 1982, Editorial Blume.
 Jennings, Terry, El joven investigador: Luz y color. Madrid, 1986, Ediciones S.M.
Webs:
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http://coloryteoria.blogspot.com.es/
http://colordiu.galeon.com/intro.htm
http://s3.accesoperu.com/wp6/includes/htmlarea/mezclador/ayuda/
http://narpier.com/Historia%20Del%20Color.pdf
http://histoptica.com/conceptos/la-luz/espectro-de-la-luz/
http://www.wikipedia.com
http://sudandolagotagorda.blogspot.com.es/2010/03/espectroscopio-simple-casero-i.html
http://www.aserrano.es/tallerdeastronomia/astroutilidades/espectroscopio/
Links de las fotografías:
 http://4.bp.blogspot.com/_TetM2HjheZE/TP7I8VjxLI/AAAAAAAAACc/7yGYM87vf60/s1600/espectro%255B1%255D.jpg
 http://tejedor1967.blogspot.com.es/2012/10/albert-einstein-y-dios.html
 http://www.heurema.com/POFQ-IsaacNewton.htm
 http://innovacionconstruccion.blogs.upv.es/2013/04/15/leonardo-da-vinci/
 http://www.biografiasyvidas.com/biografia/a/aristoteles.htm
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