TIPOS DE ONDAS Según su dirección: - Ondas transversales: Partículas se trasladan lo hacen de forma perpendicular a la dirección de la oscilación. - Ondas longitudinales: Partículas se trasladan de forma paralela a la dirección de la oscilación. ¿Necesitan un medio material?: - Sí - Ondas mecánicas(sonido) - No - Ondas no mecánicas(luz) Según la magnitud a la que van asociadas: - Si la magnitud tene dirección y sentido----Vectorial - Si la magnitud no tiene dirección y sentido----Escalar Según su forma de propagación: - Ondas unidimensionales: Se transportan en una línea - Ondas bidimensionales: Se traslada en un plano - Ondas tridimensionales: Se transportan en tres direcciones Ondas acústica: Longitudinal, Mecánica, Escalar y Tridimensional Ondas electromagnéticas: Transversal, No Mecánica, Vectorial, Tridimensional DIFRACCIÓN La difracción es un fenómeno observable cuando una onda atraviesa una objeto cuyo tamaño es menor o igual al de su longitud de onda. Existen 2 casos de difracción: El primero, en el que la onda parte de una fuente distante y de observa a un distancia considerable, en cuyo caso se podría hablar de la difracción de Fraunhofer (o de campo lejano), o cuando estas separaciones son menores, en cuyo caso se denomina difracción de Fresnel (o de campo cercano). SUPERPOSICIÓN DE ONDAS Y ONDAS ESTACIONARIAS Al coincidir varias ondas se forma una resultado de la superposición de las demás. Al superponerse se definen 2 velocidades: • De fase, v=λ/T • De grupo, v=∆λ/∆k Onda estacionaria: Fenómeno de interferencia que se produce cuando se superponen dos ondas de la misma dirección, amplitud y frecuencia, pero sentido contrario. En una onda estacionaria los distintos puntos que la conforman oscilan en torno a su posición de equilibrio y a medida que transcurre el tiempo pero el patrón de la onda no se mueve. POLARIZACIÓN Consiste en el paso de una onda con diversos planos de oscilación a una onda con un único plano de oscilación. Se da fundamentalmente en las ondas electromagnéticas (transversales). La onda se hace pasar por una sustancia que normalmente es un isómero óptico. Dependiendo del isómero la luz se desvía hacia la izquierda(L) o a la derecha(D). Esto permite distinguir sustancias con distinta fórmula desarrollada. EFECTO DOPPLER Podemos definir el efecto Doppler como el cambio de frecuencia de una onda (por ej. de sonido) recibida por una persona observadora con respecto a la emitida por un foco o fuente emisora, cuando existe un movimiento relativo entre ambos. f' = frec. observada ; f = frec. emitida; v = veloc. ondas en el medio; v0 = veloc. obs. respecto al medio (+: receptor hacia el emisor); vs = veloc. fuente respecto al medio (+: fuente se aleja de receptor) ENERGÍA, POTENCIA E INTENSIDAD DE UNA ONDA La energía de una onda (E) Ei = (1/2) mi ω2 A2 mi = masa de la partícula, ω = frecuencia angular (2 π f), A = amplitud. La energía de un fotón es E = h·f (h, constante de Planck) --en la Ecuación de Planck-Einstein . La potencia es la energía que transmite una onda por unidad de tiempo P=E/t (J/s) La intensidad es la potencia ejercida por superficie, esta es menor conforme se aleja del foco I=P/S=E/t.S (S, unidad de área). CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS ACÚSTICAS Las ondas acústicas se perciben con el oído o con sonómetros. ·Las ondas de presión son Mecánicas, Longitudinales y Escalares Su velocidad se define por: V = ( E/d)1/2 → E=Módulo de Young, d=densidad Por lo general la velocidad en Sólidos>Líquidos>Gases Por lo general los buenos transmisores de electricidad y de calor son buenos transmisores del sonido. V (AIRE 20ºC) = 343 m/s ·Sonido Intensidad, I = Potencia / Superficie (w/m2) Decibelios, (dB) = 10 log(I / Io) Io = 10-12 w/m2 →Para acústicos El tono es la cualidad que permite distinguir entre un sonido agudo o alto y otro grave o bajo. El timbre de un sonido es el atributo que permite diferenciar dos sonidos con igual sonoridad, altura y duración. Niveles de audición:Se define como el baremo de intensidades que podemos percibir. CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS ACÚSTICAS ATENDIENDO A SU FRECUENCIA INFRASONIDOS: Vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Fuentes artificiales→ Motores,sistemas de ventilación o sistemas de calefacción. Fuentes naturales→ Las tormentas, terremotos, fuertes vientos, volcanes y las mareas. ULTRASONIDOS: Ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 KHz Aplicaciones: medicina (terapia, ecografía, etc.), oceanografía (medición de profundidades, detección de icebergs, funcionamiento del sónar, etc.), industria y teledetección entre otros. FUERZA ELÉCTRICA Y POTENCIAL ELÉCTRICO Fuerza eléctrica: Viene dada por la ley de Coulomb que dice que la fuerza eléctrica entre dos cargas es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Esta fuerza puede ser atractiva si las cargas son de distinto signo o repulsiva si las cargas son de igual signo. Potencial eléctrico: Que genera una carga en un área en la que al colocar otra carga esta se ve afectada por una fuerza de repulsión o atracción proporcional al potencial. Una sustancia en la que la carga se puede desplazar libremente se llama conductor y una sustancia en la que la carga se puede mover sólo ligeramente se llama aislante o dieléctrico. Los metales son todos buenos conductores mientras que el vidrio, la goma, el corcho, etc son todos buenos aislantes. La energía potencial de una carga puntual q1 debida a otra carga puntual q2 viene dada por U=k·(q1·q2/r) y definimos el potencial eléctrico como la energía potencial por unidad de carga: V=U/q1= kq2/r, siendo su unidad J/C que se Se denomina voltio, V. Por lo tanto la energía potencial U= q1V. POTENCIAL DE MEMBRANA, ELECTROLITOS Y POTENCIAL DE ACCIÓN El potencial de membrana es la diferencia de potencial(que va a producir el movimiento de la carga) a ambos lados de una membrana que separa dos soluciones de diferente concentración de iones, como la membrana celular que separa el interior y el exterior de una célula. ELECTROLITOS: Un electrolito es una sustancia que se disocia en iones libres cuando se disuelve o funde, para producir un medio que conduce la electricidad. Los electrolitos están presentes en la sangre como ácidos, bases y sales (como sodio, calcio, potasio, cloro, magnesio, bicarbonato y fosfato) y se pueden medir mediante estudios de laboratorio en suero. Los electrolitos tienen un papel crucial en el funcionamiento celular y en la actividad eléctrica del corazón. POTENCIAL DE ACCIÓN: Es el cambio del potencial de membrana por efecto de un estímulo eléctrico, mecánico, químico o térmico, y tiene lugar en el punto de la membrana en el que ha tenido lugar el estímulo. Al valor del potencial de membrana al cual se genera el potencial de acción se llama umbral. En los sistemas biológicos tiene un valor aproximado de (1/1000) voltios en algunos incluso menos( del orden de micras). El potencial de acción se debe a la sucesión de 2 etapas denominadas despolarización( a menor potencial de acción) y repolarización( a mayor potencial de acción). CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Las ondas electromagnéticas son: No Mecánica – Transversal – Vectorial Su velocidad se define por: V = ( 1/εη)1/2 V (VACÍO) = 3 108 m/s ESPECTRO DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Es el conjunto de ondas electromagnéticas que se encuentran ordenados de acuerdo a su frecuencia (f) y longitud de onda (λ) si bien todas las ondas electromagnéticas son iguales por su naturaleza, los efectos que ocasionan no son siempre iguales, razón por la cual a cada grupo de ondas electromagnéticas que dan lugar a efectos similares se les ha asignado un nombre. La luz es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos. ÍNDICE ULTRAVIOLETA Y CAPA DE OZONO La luz ultravioleta cuenta con un intervalo de longitudes de onda de 10 a 400 nanómetros. La capa de ozono filtra la mayor parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol, especialmente los rayos ultravioleta B, dejando pasar los rayos ultravioleta A, necesarios para la vida en la Tierra. Este tipo de ondas causan cáncer de piel en exposiciones prolongadas y tiene aplicaciones en el campo de la medicina. Hay 3 tipos: Rayos UVA (10 15 Hz) /// Rayos UVB (1016 Hz) /// Rayos UVC (1017 Hz ) RAYOS X Y RAYOS GAMMA Rayos X: La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,1 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible). Rayos gamma: La radiación gamma es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación se produce también en fenómenos astrofísicos de gran violencia. Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar más profundamente en la materia que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. REFLEXIÓN, REFRACCIÓN Y LEYES DE SNELL REFLEXIÓN: Se produce cuando una onda se encuentra con un objeto de tamaño superior a su longitud de onda, produciéndose un cambio de dirección. Las superficies que reflejan totalmente la luz se denominan espejos. “Se denomina reflexión de una onda al cambio de dirección que experimenta ésta cuando choca contra una superficie lisa y pulimentada sin cambiar de medio de propagación“. REFRACCIÓN: Se conoce como el cambio de dirección y de velocidad que experimenta una onda cuando cambia de medio. Si la onda pasa completamente del medio 1 al 2, la superficie se denomina “transparente”. • Índice de refracción: n=c/v (Relación entre la velocidad de la luz en el vacío(c) y en el medio(v)). LEYES DE SNELL: Expresa la relación que hay entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción con el índice de refracción en el medio incidente y el índice de refracción en el medio refractado. Se expresa mediante: n1·senθ1 = n2·senθ2 TIPOS DE LENTES: A. Convergentes (rayos convergen en un punto, el foco): son más gruesas en la parte central que en los extremos. Se representan por una línea con dos flechas apuntando hacia afuera. Pueden ser: ➔ Bi-convexa: tiene dos curvaturas a ambos lados, que no tienen porqué ser iguales.Las hay simétricas (el foco es el mismo) y asimétricas (el foco no coincide). ➔ Plano-convexa: Tiene una cara curva y otra plana ➔ Menisco-convexa: cambian las curvaturas a ambos lados, y por lo tanto los focos. Es más compleja. B. Divergentes (rayos divergen, sus prolongaciones coinciden en el foco): son más gruesas en los extremos que en la parte central. Se representan con una línea , donde en los extremos apuntan flechas al centro. Pueden ser : ➔ Bi-cóncava: dos caras curvas (con misma curvatura = igual focos, o con distintas curvaturas = focos distintos). ➔ Plano-cóncava: una cara plana y otra curva ➔ Menisco-cóncava: dos caras curvas distintas, focos distintos. TIPOS DE IMÁGENES CON LENTES CONVERGENTES Las imágenes pueden ser reales o virtuales, derechas o invertidas y mayores o menores. POTENCIAL DE UNA LENTE Se define con la ecuación: 1 donde 𝑓 es la distancia focal imagen, que se mide en metros (m-1). La potencia se 𝑓' 1 mide en dioptrías ( ). 𝑚 𝑃 = Relacionado con la potencia se obtienen 2 fórmulas: 1 𝑓' = 1 𝑀' − 1 𝑀 ; Aumento 𝑄' 𝑄 = 𝑀' 𝑀 LUPA Está formada por una lente convergente de distancia focal corta que produce una desviación de la luz incidente, de manera que se consigue una imagen aumentada del objeto observado. Situando la lupa delante del ojo con el objeto entre el punto focal y la lupa, la imagen se formará más grande, hacia atrás, y la veremos bajo un ángulo aparente mayor. ABERRACIONES EN SISTEMAS ÓPTICOS Los rayos no pasan todos exactamente por el foco, hay pequeñas desviaciones. La curvatura es imperfecta. Hay 2 tipos: -Monocromáticas: los rayos no pasan todos por el foco debido a la curvatura de la lente. Se produce una distorsión de la imagen.Tiene que ver con la geometría de la lente (a mayor aberración menos se ve). -Cromáticas: debido a que la luz está compuesta de distintas longitudes de onda, estas no coinciden en el mismo punto. Cambia la tonalidad de la imagen, se separan los colores.Hay un comportamiento distinto de las longitudes de onda. Por ejemplo, como el azul y el rojo tienen distintas longitudes de onda, no se cortan en un único punto. BIG BANG Y DEFINICIÓN DE UNIVERSO Se denomina Big Bang, o Gran Explosión, a la teoría cosmológica actual que describe la generación y posterior evolución del universo en el que vivimos. Según ésta, el universo se habría formado hace unos 13.700 millones de años, de un punto singular y posiblemente debido a una fluctuación cuántica del vacío. Así, el universo se habría formado extremadamente pequeño, denso y caliente, y a partir de ese momento se encuentra en expansión hasta hoy. Esta expansión fue probada observacionalmente por Hubble en los años 1930, y se sabe desde hace unos 15 años que la expansión no se está frenando, sino que se está produciendo una expansión acelerada del universo cuya explicación supone un reto para las leyes de la Física. Lo que conocemos como Fondo Cósmico de Microondas (CMB, de sus siglas en inglés) se corresponde con la temperatura reliquia del universo primitivo y es de unos 3 K. Por tanto, el Universo es TODO: materia, energía, espacio, tiempo, fuerzas e interacciones. No obstante, la materia que detectamos y observamos (integrada por átomos y llamada materia bariónica) sólo constituye aproximadamente el 4-5% del universo; el resto, son las llamadas materia oscura y energía oscura. LA BÚSQUEDA DE VIDA FUERA DEL PLANETA TIERRA: LA ASTROBIOLOGÍA COMO DISCIPLINA CIENTÍFICA La Astrobiología es una nueva ciencia que surge de la necesidad de investigar el origen, presencia e influencia de la vida en el Universo. Su punto de partida se puede situar en 1998, cuando la NASA creó el NASA Astrobiology Institute (NAI). La Astrobiología es, desde su mismo origen, interdisciplinar. Relaciona ciencias tales como la Astronomía, la Astrofísica, la Biología, la Química, la Geología, la Informática, la Antropología y la Filosofía, entre otras. La esencia del estudio astrobiológico es la compartición de conocimientos y la cooperación entre saberes que hasta el momento no se interrelacionan. No hay una definición consensuada de Astrobiología, aunque su campo de interés involucra, además de todo lo que tiene que ver con la comprensión del fenómeno de la vida tal y como lo conocemos (su emergencia, condiciones de desarrollo, versatilidad -extremofilia-, etc.), la búsqueda de vida fuera de la Tierra (exobiología) y sus derivaciones, como son la exploración espacial o la planetología. Algunas de las cuestiones que trata de responder la Astrobiología son las siguientes: ¿Qué es la vida? ¿Cómo surgió la vida en la Tierra? ¿Cómo evoluciona y se desarrolla? ¿Hay vida en otros lugares del Universo? ¿Cuál es el futuro de la vida en la Tierra y en otros lugares? CUERPOS DEL SISTEMA SOLAR POTENCIALMENTE HABITABLES En el caso de la vida de “tipo terrestre” (sin tomar en cuenta los seres extremófilos) se considera fundamental para la posible existencia de vida en algún planeta o cuerpo celeste: La presencia de una atmósfera con una cantidad importante de oxígeno y metano. - La presencia de agua líquida, cerca de o en su superficie. Dentro del Sistema Solar, además de la Tierra, se cree que pueda haber vida (pasada o presente) en Marte, el satélite de Júpiter Europa y los satélites de Saturno Titán y Encélado. En Europa y Encélado se cree que hay océanos de agua subsuperficiales, bajo una corteza de hielo en cada caso, y en la superficie de Titán hay lagos de metano líquido con, posiblemente, un ciclo meteorológico de metano (a semejanza del ciclo hidrológico terrestre). Muy recientemente se ha detectado fosfano en Venus, lo cual podría ser indicador de actividad biológica en el planeta. ¿Qué cuerpos del sistema solar podrían albergar o haber albergado vida? ☺⟶VIDA (PRESENTE O PASADA) /// *⟶ HIELO La Tierra ☺☺☺ * * / Marte ☺ * / Europa ☺☺ * * * / Ganímedes ☺ * * * Calisto ☺ * * * / Titán ☺ ¿VIDA EN EL SISTEMA SOLAR EXTERIOR? La vida en mundos helados es posible (la Tierra la conservó durante las épocas glaciales). La Antártida se usa como referencia. Estos mundos tienen océanos helados. Necesitamos estudiar su composición química y sus fuentes de energía. 1- Los satélites galileanos de Júpiter Io: Tiene una superficie relativamente reciente, una corteza dinámica con fuertes mareas e intenso vulcanismo ⟶ IMPROBABLE Europa: Tiene una corteza dinámica, con energía proveniente de fuerzas de marea y del Sol. Posiblemente hielo de agua en superficie ⟶ BASTANTE POSIBLE Ganímedes y Calisto: son mundos helados, pero tienen una corteza cubierta de cráteres, lo que disminuye sus probabilidades ⟶ POSIBLE 2- Titán: el único satélite de Saturno con atmósfera. Las imágenes radar (300m) muestran zonas oscuras, cráteres y cauces ⟶ POSIBLE ¿ENCELADO? Satélite de Saturno: tenue atmósfera / geológicamente activo + océano de agua líquida subsuperficial, con fuentes termales. EXOPLANETA Y ZONA DE HABITABILIDAD: Se entiende por exoplaneta, o planeta extrasolar, un planeta orbitando una estrella distinta del Sol y, por tanto, localizado fuera del Sistema Solar. Los primeros exoplanetas fueron detectados observacionalmente en la década de 1990 y, en concreto, Pegasi 55b, fue en 1995, a una distancia de unos 48 años-luz, el primer exoplaneta descubierto orbitando una estrella similar al Sol. Hoy se conocen más de 4000 candidatos a exoplanetas. En 2016 se descubrió Próxima Centauri b como el exoplaneta de tipo terrestre potencialmente habitable más cercano a nosotros; a unos 4 años-luz de distancia. La existencia de mundos habitados similares al nuestro, orbitando otras estrellas similares al Sol, ya había sido postulada por Giordano Bruno quien fue quemado en la hoguera en Roma en 1600 por defender ideas como ésta, contrarias a la teoría geocentrista del universo vigente en la época. La zona habitable o zona de habitabilidad (ZH) de una estrella es aquella distancia orbital en la que se dan las condiciones adecuadas como para que pudiese haber agua líquida en superficie de los planetas o cuerpos situados en ella. En el centro de la ZH solar está la Tierra, con Venus cerca de su borde caliente, y Marte cerca de su borde frío. La distancia a la que se encuentra la ZH depende del tipo de estrella y sus características, ya que se situará más lejos de estrellas más calientes y brillantes que el Sol, y más cerca para estrellas más frías y menos masivas –por ejemplo, en el caso de la enana roja Próxima Centauri.
