Libro De Fisica Parte 3ra

7) ACÚSTICA TEORÍA 7.1) ACÚSTICA La acústica es la rama de la física que estudia al sonido. El sonido es una forma de energía producida por un cuerpo en vibración. Así, las cuerdas de un violín al hacerlas vibrar generan sonido.

7.2) PROPAGACIÓN Y VELOCIDAD DEL SONIDO El sonido se propaga en forma de ondas en un medio elástico (gaseoso, sólido o líquido). En el vacío no se propaga. Así, en el espacio no hay sonidos.

La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s; en el agua, de 1.500 m/s y en el hierro, de 5.100 m/s. Como se ve, cuanto más denso es el medio por donde se propaga mayor es su velocidad. La velocidad que supera a la del sonido en el aire se denomina supersónica. Así, la velocidad del avión supersónico.

7.3) ONDAS Dijimos que el sonido se propaga en forma de ondas, veamos este fenómeno más de cerca.

Una onda es un fenómeno físico portador de energía pero no de materia Las ondas pueden ser: a) Longitudinales: Acá el movimiento de cualquier partícula alcanzada por la onda y el movimiento de la onda tienen direcciones iguales. Ej: la onda sonora. b) Transversales: Acá el movimiento de cualquier partícula alcanzada por la onda y el movimiento de la onda tienen direcciones perpendiculares. Ej: la onda luminosa. Otra clasificación de las ondas es: a) Mecánicas: Son las que se transmiten en un medio material. Ej: la onda sonora. b) Electromagnéticas: Son las que se transmiten en un medio material y también en el vacío. Ej: la onda luminosa. Los principales elementos de una onda son: a) La cima y el valle de la onda, o posición máxima y mínima alcanzada por la onda. a) La longitud de onda (simbolizada con la letra griega lambda: λ), o distancia entre dos puntos iguales de ondas consecutivas. Su unidad simeliana es el metro (m). b) El período, o tiempo de una onda (también, tiempo de una longitud de onda). Su unidad simeliana es el segundo (s). c) La frecuencia, o número de ondas por segundo. Su unidad simeliana es el hertz (Hz). d) La velocidad o espacio recorrido en un segundo. Su unidad simeliana es el metro sobre segundo (m/s). e) La amplitud, o distancia entre la posición de equilibrio y la cima o el valle. Su unidad simeliana es el metro (m). f) La elongación, o distancia entre la posición de equilibrio y cualquier otra posición de la onda. Su unidad simeliana es el metro (m). La máxima elongación es la amplitud. De las relaciones entre estos elementos resultan las fórmulas de la onda:

Velocidad de Onda = Longitud de Onda / período VO = λ / P Velocidad de Onda = Longitud de Onda . Frecuencia VO = λ . F Período = 1 / Frecuencia P=1/F

7.4) CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO Las características que diferencian un sonido de otro son intensidad, altura y timbre. • La intensidad, sonoridad o volumen permite distinguir un sonido “fuerte” (más intenso) de uno “débil” (menos intenso): Un grito es más intenso que un susurro. Esta característica depende de la amplitud de la onda sonora (a mayor amplitud más fuerte). La unidad de intensidad es el decibel o decibelio (dB) y se mide con el decibelímetro. El ser humano puede escuchar sonidos desde 10 dB hasta 100 dB. Por encima de este valor el sonido es tan fuerte que produce dolor. Por otra parte, la exposición prolongada del hombre a sonidos intensos causa hipoacusia (pérdidas en la audición). • La altura o tono permite diferenciar un sonido agudo (más alto) de uno grave (menos alto): la voz femenina es más alta que la masculina. Esta característica depende la frecuencia de la onda sonora (a mayor frecuencia mayor agudez). • El timbre permite distinguir un sonido de otro cuando las dos características anteriores son iguales: un do de guitarra tiene un timbre distinto que un do de piano. Esta característica depende de los sonidos secundarios (forma de la onda sonora) que acompañan al sonido fundamental.

7.5) REFLEXIÓN SONORA La reflexión sonora es el fenómeno por el cual el sonido al incidir sobre una superficie acústicamente dura “rebota”. Este fenómeno es semejante al de la reflexión de la luz en un espejo, y esto es así porque luz y sonido son energías en ondas. Un caso muy particular de la reflexión sonora es el eco. Para que se produzca la superficie reflectora debe de estar a 17 metros, por los menos, de la fuente sonora. Los barcos y los submarinos usan el fenómeno del eco para saber qué hay debajo del agua. Tienen un dispositivo llamado sonar que emite un sonido ultrasónico que, al chocar con cuerpos sólidos, se refleja siendo captado en el barco. De esta manera se pueden detectar barcos, submarinos, bancos de peces, etc. Otro caso particular de reflexión es la reverberación.

7.6) REVERBERACIÓN SONORA La reverberación es la reflexión del sonido que se produce cuando la superficie reflectora está a menos de 17 metros de la fuente sonora. Un ejemplo de ella se produce cuando se canta en un baño.

7.7) ABSORCIÓN SONORA La absorción sonora es el fenómeno por el cual el sonido al incidir sobre una superficie blanda y rugosa (alfombra, cortinado, etc.) es reducido o anulado. El manejo adecuado de la reflexión y la absorción sonoras es importante en la acústica de determinados lugares, tales como salas de teatro, de conciertos, de cines, de conferencias, etc.

7.8) REFRACCIÓN SONORA La refracción sonora es el fenómeno por el cual el sonido al pasar de un medio a otro diferente varía su velocidad. Este fenómeno es, como el anterior, semejante al de la refracción luminosa.

7.9) INFRASONIDOS Y ULTRASONIDOS El oído humano capta sólo las ondas sonoras cuyas frecuencias (número de ondas por segundo medidas en hertz) están comprendidas entre los 20 hertz y 20.000 hertz, aproximadamente. Estas ondas sonoras se conocen como sonidos.

Los sonidos de frecuencias inferiores a los 20 hertz se denominan infrasonidos y los de frecuencias superiores a los 20.000 hertz se llaman ultrasonidos. Infrasonidos y ultrasonidos son captados por algunos animales como perros, murciélagos, delfines, ballenas y arañas. En la ecografía se emplean ultrasonidos. Con los ecógrafos, por ejemplo, se puede observar en el vientre de la madre el cuerpo del feto.

7.10) RESONANCIA La resonancia es el fenómeno acústico que se produce en un cuerpo cuando se le aplica un sonido cuya frecuencia coincide con la frecuencia propia del cuerpo. Un ejemplo de resonancia ocurre cuando un cantor, al emitir ciertas notas, logra hacer vibrar una copa de cristal.

Otro ejemplo notable de resonancia fue la destrucción en 1940 del puente norteamericano de Tacoma debido al sonido del viento.

7.11) EFECTO DOPPLER La modificación de la frecuencia que sufre un sonido percibido por un observador cuando la fuente sonora está en movimiento con respecto a él constituye el efecto doppler. Un ejemplo de este fenómeno se da cuando al acercarse una ambulancia o el camión de los bomberos escuchamos su silbato más agudo que cuando se aleja.1

7.12) OÍDO HUMANO El oído humano es físicamente un transductor2 de energía sonora. Biológicamente, es el órgano de la audición. Consta de: • El oído externo, en donde las ondas sonoras hacen vibrar al tímpano. • El oído interno, en donde la vibración anterior es transmitida por los llamados huesecillos (martillo, yunque y estribo) al oído interno. • El oído interno, en donde el caracol transforma las vibraciones en señales eléctricas y el nervio acústico las envía al cerebro en donde se procesan.

7.13) VOZ HUMANA La voz humana es el resultado de expeler el aire de los pulmones a través de las cuerdas vocales en la garganta, haciéndolas vibrar y con ello generar sonidos. Al hablar y cantar modificamos la tensión de las cuerdas, la forma de la boca y la velocidad del aire expelido, controlando así las tres características del sonido.

PREGUNTAS 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18)

¿Sobre qué trata la acústica? ¿Qué es el sonido? ¿Cómo se propaga el sonido? Definir onda ¿Cómo se pueden clasificar las ondas? Enunciar y explicar los elementos principales de una onda. ¿Cuáles son las fórmulas de la onda? Graficar una onda. ¿Cuál es la velocidad del sonido en distintos medios? Nombrar las características del sonido. ¿Qué determinan en un sonido el tono y la intensidad? ¿A qué se denomina timbre? ¿Qué relación hay entre reflexión sonora, reverberación y eco? ¿Cuándo se produce absorción del sonido? Explicar refracción sonora. ¿Cuándo hablamos de sonido, infrasonido y ultrasonido? Dar un ejemplo de: resonancia y efecto doppler. Describir cómo oímos y cómo hablamos.

⇒ Construir grupalmente un plano teórico de la unidad y reproducirlo en una lámina

PROBLEMAS 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15)

Expresar en km/h la velocidad del sonido en el aire. ¿Cuánto tarda el sonido en el aire en recorrer el Ecuador (aproximadamente, 40.000.000 metros)? ¿Cuántos metros hace el sonido en el aire a lo largo de un día? Un avión viaja a una velocidad de 1.188 km/h, ¿Es un avión supersónico? Un barco dispara un cañonazo. El sonar de otro barco lo percibe por debajo del agua, 4 segundos después del disparo. ¿A qué distancia está un barco de otro? ¿Cuántas veces menor es la velocidad del sonido en el aire que la del sonido en el agua? ¿Cuántos segundos le toma al sonido recorrer 30 km bajo el agua? Expresar en la velocidad del sonido en el hierro en km/h. ¿Cuántas veces más veloz es el sonido en el hierro que en el agua? Determinar la velocidad de una onda sabiendo que su longitud es de 55.000 m y su período es de 11 segundos. ¿Cuál es el período de una onda cuya velocidad es de 34.500 m/s y su longitud 690 m? La velocidad de una onda es de 6.000 m/s y su período de medio minuto. Determinar su longitud. ¿Qué frecuencia posee una onda cuya velocidad vale 12.000 m/s y su longitud 600 metros. Buscar la velocidad de una onda que posee una longitud de un kilómetro y una frecuencia de 45 Hz. ¿Cuál es la longitud de una onda que tiene 600 Hz de frecuencia y 30.000 m/s de velocidad?

Los niños, sin saberlo, repiten el fenómeno en sus juegos al representar el avance de un proyectil hacia la persona “atacada”, con un sonido que va cambiando progresivamente de agudez. 2 Transductor: Dispositivo que transforma una forma de energía en otra. 1

16) 17) 18) 19) 20)

La frecuencia de un fenómeno ondulatorio vale 25 Hz, ¿cuál es su período? Una onda presenta un período de un minuto. Se pide determinar su frecuencia. ¿A qué distancia estoy de una montaña si el eco de un disparo llega después de seis segundos? Un sonido produce 450.000 ondas en 25 segundos. ¿Qué tipo de sonido es?. ¿Lo puede escuchar una persona?. ¿Cuál es la diferencia entre el espacio recorrido por el sonido en el aire y el recorrido por el mismo en el hierro durante un minuto?

EXPERIMENTOS 1)

2) 3)

4)

5)

6)

3

Experimento con el “rugido de toro3”: Materiales: un rectángulo de madera terciada o de cartón compacto tipo “chapadur” de 1/8 de pulgada de espesor y de 3 cm x 10 cm; 1 m de piolín. Desarrollo: Hacer un orificio en el trozo de madera o de cartón cerca del borde de uno de los lados menores, justo en el centro. Pasar el hilo por el agujero y atarlo. Una persona debe tomar el hilo por el otro extremo y girarlo a gran velocidad en un plano horizontal frente a otra persona. ¿Por qué la persona que opera el zumbador escucha siempre el mismo tono mientras que la otra persona no?. ¿Qué fenómeno se ha producido? Experimento con el diapasón: Materiales: un diapasón. Desarrollo: Sostener el instrumento adecuadamente y golpearlo. ¿Cómo es el sonido?. ¿Por qué? Experimento con el tono del sonido: Materiales: Una regla de madera; un libro. Desarrollo: Colocar la regla sobre el banco con la mayor parte de ella fuera del borde (en el aire). Sobre la parte que queda encima del banco poner un libro y sujetarlo fuertemente. Golpear el extremo libre de la regla y escuchar: ¿cómo es el sonido?. Introducir, ahora, un poco más la regla bajo el libro y golpear de nuevo: ¿qué diferencia tiene este sonido con el anterior?. ¿por qué? Experimento con el sonido de un disco: Materiales: un envase de yoghurt vacío, un alfiler, un disco, un tocadisco. Desarrollo: Colocar el alfiler en el centro de la base del envase. Poner luego el disco en el tocadisco y hacerlo funcionar. Sostener el envase sobre el disco de manera que la punta del alfiler toque suavemente los surcos. Acercar el oído al envase, ¿que se oye?. ¿Qué función cumple el envase de yoghurt? Experimento con un estetoscopio: Materiales: 0,70 cm de manguera flexible de poco diámetro y un embudo pequeño cuyo pico entre dentro de la manguera. Desarrollo: Colocar el pico del embudo en la manguera. Pedir a una persona que sostenga el embudo en el centro de su pecho, sobre el corazón. Disponer el otro extremo del dispositivo en el oído. ¿Qué es un estetoscopio?. ¿Qué se escucha en él?. ¿El experimento lo confirma?. Experimento sobre la velocidad del sonido: Materiales: dos cronómetros, una cinta métrica de 5 m o más, dos tapas de cacerolas o un bombo. Desarrollo: Se mide una distancia de 500 m lo mejor posible. En un extremo de esta distancia se ubican dos personas: una con las tapas o el bombo, la otra con un cronómetro. En el otro extremo una tercera persona también con un cronómetro. En un instante, previamente convenido por los tres, la primera persona golpea fuertemente las tapas o el bombo. El último, tan pronto como ve que las tapas se golpean, activa el cronómetro y tan pronto como oiga el golpe lo detiene. Se repite el experimento por lo menos 5 veces con el fin de obtener un promedio más o menos correcto.

“Rugido de toro” es el nombre de un antiguo instrumento sonoro de los aborígenes australianos.

8) ÓPTICA

Al principio Dios creó los cielos y la tierra. La tierra no tenía forma y estaba vacía, y reinaba la oscuridad sobre los mares; y el Espíritu de Dios se movías sobre las aguas. Y dijo Dios: “Hágase la luz” y la luz se hizo... LA BIBLIA

TEORÍA 8.1) ÓPTICA La óptica es la rama de la física que estudia la luz. La luz es una forma de energía que nos permite ver los cuerpos. Las principales divisiones de la óptica son: la óptica geométrica, la óptica física y la fotometría.

8.2) PROPAGACIÓN Y VELOCIDAD DE LA LUZ En un mismo medio la luz se propaga rectilíneamente. Consecuencia de este hecho son las sombras y los eclipses. Los eclipses más importantes son los de Sol y los de Luna.

La velocidad de la luz es de unos 300.000.000 metros sobre segundo. En fórmula es:

c = 3 . 108 m/s

8.3) CLASIFICACIÓN ÓPTICA DE LOS CUERPOS Ópticamente los cuerpos pueden ser luminosos e iluminados y éstos últimos pueden ser a su vez transparentes, translúcidos y opacos. a) b)

Los cuerpos luminosos son los que emiten luz propia: Sol. Los cuerpos iluminados son los que no emiten luz propia: vela apagada. Pueden ser: • Transparentes: Son los que dejan pasar totalmente la luz: vidrio común. • Translúcidos: Son los que dejan pasar parcialmente la luz: vidrio esmerilado. • Opacos: Son los que no dejan pasar la luz: Tierra.

8.4) ÓPTICA GEOMÉTRICA La óptica geométrica estudia los fenómenos ópticos relacionados con la propagación rectilínea de la luz. Los fenómenos centrales de la óptica geométrica son la reflexión y la refracción de la luz.

8.5) REFLEXIÓN LUMINOSA La reflexión es el fenómeno por el cual un rayo luminoso que incide sobre una superficie pulida cambia de dirección volviendo al mismo medio. Este fenómeno cumple dos leyes: 1ra ley: El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en un mismo plano. 2da ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. En fórmula es:

Ángulo de Incidencia = Ángulo de reflexión AI = AR

Sus unidades son:

grado sexagesimal = grado sexagesimal4 º=º

Consecuencia de la 2da ley: Si el rayo incide perpendicularmente a la superficie se refleja sobre sí mismo. 4

En realidad, la unidad simeliana de grado angular es el radián.

Si el rayo de luz incide sobre una superficie rugosa (en lugar de una pulida como vimos) se refleja en distintas direcciones. este fenómeno se denomina difusión. Así, la luz al chocar contra una pared blanca, difunde.

8.6) ESPEJOS Los espejos son superficies pulidas que reflejan la luz. Pueden ser planos o curvos. Entre los espejos curvos más importantes están los esféricos cóncavos (tienen pulida su parte interna) y los esférico convexos (tienen pulida su parte externa). Los elementos de un espejo curvo son: vértice (V), foco (F), centro de curvatura (CC), eje principal (EP) y distancia focal (DF).

8.7) IMÁGENES EN LOS ESPEJOS La figura de un objeto que se forma en un espejo por la reflexión luminosa se denomina imagen de ese objeto. Las imágenes varían de acuerdo con el espejo y la ubicación del objeto. Se construyen geométricamente empleando los denominados “rayos notables”: 1er rayo: Rayo que incide paralelo al eje principal se refleja pasando por el foco. 2do rayo: Rayo que incide pasando por el foco se refleja paralelo al eje principal. 3er rayo: Rayo que incide pasando por el centro de curvatura se refleja sobre sí mismo.

En los espejos planos la imagen es de un solo tipo, en los espejos cóncavos es de cinco tipos y en los convexos es de un solo tipo. En los espejos planos es:

1) virtual5, derecha6, de igual tamaño7 y está a igual distancia8.

En los espejos cóncavos es: 1) invertida9, real10, menor y está entre el CC y el F, si el objeto está más allá del CC. 2) invertida, real, igual y está en el CC, si el objeto está en el CC. 3) invertida, real, mayor y está más allá del CC, si el objeto está entre el CC y el F. 4) nula, si el objeto está en el F. 5) derecha, virtual, mayor y está del otro lado del espejo, si el objeto está entre el F y el V. En los espejos convexos es

2) virtual, derecha, menor y está del otro lado del espejo.

8.8) FÓRMULA DE LOS ESPEJOS Las fórmulas de los espejos son tres: la de los focos conjugados, la de la altura de la imagen y la de la potencia. 1) Fórmula de los focos conjugados o de Descartes:

1 / distancia focal = 1 / distancia objeto-espejo + 1 / distancia imagen-espejo 1/F = 1/DO + 1/DI

Sus unidades son:

1 metro = 1 / metro + 1 / metro 1/m=1/m+1/m

Esta fórmula permite determinar analíticamente las distancia focales, objeto-espejo e imagen-espejo. 2) Fórmula de la altura de la imagen: Altura Imagen / Altura Objeto = Distancia imagen-esp / Distancia objeto-esp AI / AO = DI / DO Sus unidades son: metro / metro = metro / metro m/m=m/m Esta fórmula permite obtener la altura de la imagen, o la del objeto, o la distancia focal. 3) Fórmula de la potencia del espejo: Potencia = 1 / distancia focal P=1/F Sus unidades son: dioptría = 1 / metro dp = 1 / m Esta fórmula permite conocer la potencia del espejo o su distancia focal.

Virtual es la imagen que se forma con la prolongación de los rayos reflejados Derecha es la imagen que está “cabeza arriba” 7 Respecto al tamaño del objeto 8 Del espejo respecto de la distancia objeto-espejo) 9 Invertida es la imagen que está “cabeza abajo” 10 Real es la imagen que se forma con los rayos reflejados mismos. 5 6

8.9) REFRACCIÓN LUMINOSA La refracción luminosa es el fenómeno luminoso que se produce cuando la luz se desvía al atravesar medios de distinta transparencia. Verifica dos leyes: 1ra ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en un mismo plano. 2da ley: El cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante llamada índice de refracción del 2do medio respecto del 1ro. En fórmula es:

seno áng. incidencia / seno áng. refracc. = Índice Refracc. de 2 respecto de 1 sen AI / sen AR = IR 2/1

Acá no hay unidades, son todos números. Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro, también transparente, pero más denso disminuye su velocidad. Y en el pasaje inverso la aumenta. Esta variación en su velocidad provoca el fenómeno de la refracción.

8.10) LENTES Las lentes son medios transparentes limitados por caras curvas o por una curva y otra plana. Las lentes más importantes son: a) las convergentes: son las que hacen que los rayos paralelos de luz al atravesarlas concurran en un punto denominado foco. b) y las divergentes: son las que hacen que los rayos paralelos de luz al atravesarlas se separen. Los elementos más importantes de una lente son: centro óptico (CO), focos objeto (FO) e imagen (FI), centros de curvatura objeto (CCO) e imagen (CCI) y eje principal (EP).

8.11) IMÁGENES EN LAS LENTES En las lentes convergentes se dan cinco tipos diferentes de imágenes. Ellas son: 1) 2) 3) 4) 5)

Si el objeto está más allá del CCO, la imagen está entre el CCI y el FI y es invertida, real y menor; Si el objeto está en el CCO, la imagen está en el CCI y es invertida, real e igual; Si el objeto está entre el CCO y el FO, la imagen está más allá del CCI y es invertida, real y mayor; Si el objeto está en el FO, la imagen no se forma. Si el objeto está entre el FO y el CO, la imagen está del mismo lado que el objeto, es derecha, virtual y mayor.

En las lentes divergentes se da sólo un tipo de imagen. Ella es virtual, derecha, menor y está del mismo lado que el objeto.

8.12) FÓRMULAS DE LAS LENTES Las fórmulas de las lentes son iguales a las fórmulas de los espejos. 8.13) OJO HUMANO El ojo humano es físicamente un transductor11 de energía luminosa. Biológicamente, es el órgano de la visión. Consta de: • Un diafragma que regula la entrada de la luz: la pupila o niña. • Varios medios transparentes por donde pasa la luz que de adelante hacia atrás son: la córnea, el humor acuoso (en la cámara anterior), el cristalino (la lente convergente del ojo) y el humor vítreo (en la cámara posterior). • Un receptor de la luz: la retina, y un transmisor del ojo al cerebro: el nervio óptico. En la retina se forma la imagen que es real, más pequeña que el objeto e invertida, en el cerebro se “derechiza”. La imagen persiste en la retina durante unos 0,1 segundos (esto posibilitó la técnica del cine). Dos defectos muy comunes de la visión son: • La miopía: Acá no se puede ver lejos. Se corrige con lentes divergentes. • La hipermetropía: Acá no se puede ver cerca. Se corrige con lentes convergentes.

11

Transductor: Dispositivo que transforma una forma de energía en otra.

8.14) INSTRUMENTOS DE ÓPTICA Los instrumentos de óptica son productos tecnológicos formados por espejos y/o lentes que permiten ver cuerpos pequeños o cuerpos alejados. Los principales son: La lupa y el microscopio que aumentan el tamaño de los objetos pequeños como bacterias y moléculas. El telescopio que acerca objetos lejanos, como planetas y estrellas. La cámara fotográfica y el proyector de diapositivas que proyectan imágenes reales.

8.15) ÓPTICA FÍSICA La óptica física estudia la naturaleza de la luz. En el siglo 17 se formularon dos hipótesis sobre ella: • La teoría de Newton o teoría corpuscular, que suponía a la luz formada por corpúsculos de gran velocidad (naturaleza material) • La teoría de Huyghens o teoría ondulatoria, que pensaba a la luz constituida por ondas (naturaleza energética). • En el siglo 19, Maxwell expone su teoría electromagnética que considera a la luz como un fenómeno eléctrico y magnético (naturaleza energética). • Actualmente, se considera a la luz como un fenómeno dual: a veces actuando como una onda y otras como un corpúsculo (naturaleza masoenergética). Los fenómenos centrales de la óptica física son la dispersión, la polarización, la interferencia y la difracción.

8.16) DISPERSIÓN LUMINOSA La dispersión de la luz solar blanca es la descomposición de la misma en siete luces “de colores” al atravesar un prisma (medio transparente con forma de prisma). Esas siete luces de colores en orden son: roja, anaranjada, amarilla, verde, azul, índigo y violeta; orden que corresponde al orden de sus frecuencias de menor a mayor. Esta imagen de siete colores (un ejemplo de ella es el arco iris) se llama espectro de la luz blanca. Según lo visto se tiene que la luz solar blanca es una luz compuesta y que las siete luces de colores son luces simples. El proceso inverso, esto es, la obtención de la luz blanca a partir de las siete luces de colores se llama recomposición de la luz y se puede lograr con un prisma invertido respecto del primero que provocó la descomposición.

8.17) COLOR Para analizar el color de un cuerpo tenemos en cuenta si éste es opaco o transparente:

• El color de los cuerpos opacos resulta del conjunto de luces de colores que estos reflejan Se habla acá de “color por reflexión”. Así, por ejemplo, un cuerpo es rojo porque sólo refleja la luz roja y es blanco porque refleja todas las luces de colores.

• El color de los cuerpos transparentes resulta del conjunto de luces de colores que dejan pasar Se habla acá de “color por transparencia”. Así, por ejemplo, un cuerpo transparente es rojo porque sólo deja pasar la luz roja y es blanco porque deja pasar todas las luces.

8.18) DIFRACCIÓN La difracción es el fenómeno por el cual la luz se propaga no rectilíneamente al atravesar pequeños orificios o al bordear obstáculos. Un ejemplo de difracción son las franjas claras y oscuras que se forman entre las yemas de los dedos casi unidos al observar la luz de un foco a través de ellos.

8.19) INTERFERENCIA La interferencia es el fenómeno que se produce cuando se superponen dos o más haces luminosos provenientes de la misma fuente. Puede ser: a) constructiva, cuando la interferencia provoca más luminosidad, b) destructiva, cuando la superposición causa menos luminosidad. Un ejemplo de interferencia es la coloración típica de las pompas de jabón.

8.20) POLARIZACIÓN La polarización es el fenómeno por el cual la luz al atravesar un filtro apropiado (por ejemplo espato de Islandia) vibra en un solo plano (en lugar de infinitos planos, que es como lo hace normalmente). Un ejemplo de polarización es la que se produce cuando la luz atraviesa los vidrios polarizados de un auto. La luz polarizada no se diferencia de la luz natural porque el ojo humano no está capacitado para ello.

8.21) FOTOMETRÍA La fotometría es la parte de la óptica que estudia, entre otras cuestiones, a la intensidad luminosa y a la iluminación. 3) La intensidad luminosa (IL) es la cantidad de luz que emite un cuerpo luminoso. 4) La iluminación de superficies (I) es la cantidad de luz que recibe una superficie. La relación entre ambas magnitudes da lugar a la Ley fundamental de la fotometría: “La iluminación de una superficie es directamente proporcional a la intensidad luminosa emitida por una fuente de luz e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa superficie de fuente”. En fórmula es:

Iluminación = Intensidad Luminosa / Distancia 2 I = IL / D2

Sus unidades son:

lux = candela / metros cuadrados lx = cd / m2

Las intensidades luminosas se miden con el fotómetro y las iluminaciones con el luxómetro.

PREGUNTAS 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20) 21) 22) 23) 24) 25) 26)

¿Sobre qué trata la óptica? ¿Cuáles son las principales divisiones de la óptica? ¿Cuál es la velocidad de la luz? ¿Cómo se propaga la luz en un mismo medio? Dar un ejemplo de cada clase óptica de cuerpos Explicar la reflexión. ¿Qué es un espejo y cómo puede ser? ¿Qué tipo de imagen se forma en un espejo plano y qué tipo en uno convexo? ¿Cómo son las imágenes que generan los espejos cóncavos? ¿Cuáles son las llamadas “fórmulas de los espejos”? ¿A qué se denomina refracción luminosa? Definir lentes y clasificarlas. ¿Qué tipo de imágenes se forman en las lentes convergentes y divergentes? Relacionar las fórmulas de las lentes con las fórmulas de los espejos. Describir el ojo humano. ¿Qué son los instrumentos ópticos? ¿Qué estudia la óptica física? ¿Cuáles son las distintas hipótesis que se dieron sobre la naturaleza de la luz a lo largo de la historia de la ciencia? ¿Qué es la dispersión luminosa y cuál es el proceso contrario? ¿Por qué un cuerpo es de tal o cual color? Definir difracción luminosa. ¿A qué se denomina interferencia óptica? ¿Cuándo la luz está polarizada? ¿Qué temas aborda la óptica fotométrica? Enunciar la ley fundamental de la fotometría. ¿Qué fórmula está asociada con la ley fundamental de la fotometría?

⇒ Construir grupalmente un plano teórico de la unidad y reproducirlo en una lámina

PROBLEMAS 1) 2) 3) 4) 5) 6) 1) 2)

12

¿Qué distancia recorre la luz en un año12? ¿Qué tiempo tardará un rayo de luz en recorrer en línea recta, la distancia que separa las Islas Malvinas de Bahía Blanca, que aproximadamente es de 1.500 km? El ángulo que forma un rayo incidente con el espejo vale 30º 25’, ¿cuánto vale acá el ángulo de reflexión?. El rayo reflejado forma con el rayo incidente un ángulo recto. Se pide determinar el ángulo de incidencia. Determinar gráficamente la imagen de un triángulo equilátero ubicado frente a un espejo plano con un lado paralelo a él. Un objeto, situado frente a un espejo plano, está a 35,2 cm de su imagen, ¿a qué distancia está la imagen del espejo? Determinar gráficamente las imágenes de los puntos A, B, C, D y E en el espejo esférico siguiente: Determinar gráficamente las imágenes de una flecha ubicada perpendicularmente al EP de un espejo cóncavo y situada: A C a) Más allá del CC. D b) En el CC. c) Entre el CC y el F.

Esta distancia se denomina “año-luz” y es una unidad muy usada en astronomía.

B E

3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15)

16) 17) 18) 19) 20) 21)

d) En el F. e) Entre el F y el V. ¿A qué distancia de un espejo cóncavo de 30 cm de distancia focal se forma la imagen de un cuerpo colocado a 0,6 m del espejo? ¿Cuál es la distancia focal de un espejo cóncavo que forma una imagen a 10 cm del vértice, de un objeto situado a 40 cm del mismo? Un objeto de 4 cm de altura y que está a 20 cm de un espejo cóncavo forma una imagen de 8 cm de altura. ¿A qué distancia está la imagen del espejo? Una flecha de 10 cm de altura y que se encuentra a 0,3 m de un espejo cóncavo forma una imagen a 0,1 m del espejo. Se desea conocer la altura de dicha imagen. La distancia focal de un espejo cóncavo vale 3,24 m. ¿A cuántos centímetros está el CC del vértice del espejo y a cuántos del foco?. ¿Cuánto valen el radio y el diámetro de dicho espejo?. El diámetro de un espejo cóncavo tiene 56 dm ¿Cuáles son su distancia focal y su potencia? Determinar gráficamente la imagen de una flecha ubicada perpendicularmente al EP de un espejo convexo. A 60 cm de un espejo convexo de - 20 cm de distancia focal se coloca una vela. ¿A qué distancia de ella se encuentra la imagen?. El radio de curvatura de un espejo convexo mide 0,4 m. ¿Dónde está ubicado un objeto cuya imagen está detrás del espejo a 60 cm?. ¿Cuál es la potencia del espejo? Un rayo de luz que incide sobre la superficie libre de un líquido forma un ángulo de 48º, y al refractarse forma con la normal otro de 26º. ¿Cuál es el índice de refracción del líquido? Un rayo luminoso penetra en el agua, cuyo índice de refracción es de 1,33, con un ángulo de incidencia de 70º. ¿Cuánto mide el ángulo de refracción del rayo refractado? Un rayo de luz penetra en el agua formando un ángulo de refracción de 25º. Sabiendo que el índice de refracción del agua es de 1,33, se desea conocer el ángulo de incidencia. Trazando los tres rayos notables de una lente convergente, obtener la imagen de una flecha, perpendicular al EP y sobre él, ubicada: a) Más allá del CCO b) Sobre el CCO c) Entre el CCO y el FO d) Sobre el FO e) Entre el FO y la lente. ¿Cuál es la distancia focal de una lente convergente con la que se obtiene una imagen real a 0,30 m de la lente de un objeto colocado a 0,90 m de la misma? ¿De qué color se ve una hoja verde si la iluminamos con luz azul? ¿Qué colores absorbe un vidrio amarillo y qué colores deja pasar? ¿Qué lámpara produce más iluminación sobre una misma pantalla: una de 120 cd situada a 6 m de distancia o una lámpara de 30 cd ubicada a tres metros? ¿Cuál es la intensidad de una fuente luminosa que ubicada a 3 m de una pared le produce una iluminación de 80 lx? ¿Qué distancia hay entre una lámpara de 4,5 cd y una hoja, si la iluminación de ésta es de 8 lux ?

EXPERIMENTOS 1)

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Experimento sobre la propagación de la luz: Materiales: una caja de zapato, una trincheta, una regla, un cuadrado de papel negro de unos 10 cm de lado; cinta adhesiva; un alfiler; un hoja de papel vegetal; una camisa oscura; una vela; fósforos. Desarrollo: Hacer en uno de los extremos de la caja un agujero cuadrado de unos 4 cm de lado, cubrirlo con papel negro pegándolo por el interior con la cinta adhesiva. Cortar casi todo el otro extremo y cubrirlo con el papel vegetal pegándolo también con la cinta. Poner la tapa a la caja y pegarla. Hacer, ahora, un agujero con un alfiler en el papel negro y poner la caja cerca de la vela encendida. Mirar en la pantalla de papel vegetal la imagen de la vela tapando la caja y la cabeza con la camisa oscura. ¿Qué se observa? ¿Por qué?. El instrumento óptico armado se denomina cámara oscura o estenoscopio. Experimento sobre la refracción: Materiales: una moneda, una taza, un botella con agua. Desarrollo: Poner una moneda en el fondo de una taza vacía sobre una mesa. Ubicarse de manera tal que el borde de la taza oculte justo la moneda. Quedarse en ese lugar mientras un compañero llena la taza con agua. ¿Qué ocurre y cómo se explica? Experimento sobre la lente: Materiales: una lupa, una linterna con el vidrio tapado con una cartulina negra en cuyo centro hay un pequeño agujero, una hoja de papel, una regla de unos 30 cm; dos broches de ropa. Desarrollo: Colocar delante de la linterna y ayudado con los broches la hoja de papel verticalmente. Entre la linterna y la hoja ubicar la lupa “parada”. Observar la trayectoria de la luz al salir de la lupa, ¿cómo es?. Alejar la linterna de la lupa como para obtener un haz de rayos que pueda aceptarse como aproximadamente paralelo. Desplazar la pantalla hasta lograr sobre la misma el punto luminoso más nítido y pequeño. ¿Qué es dicho punto?. Logrado ese punto marcar sobre el banco la posición de la pantalla, de la lupa y de la linterna. Medir con la regla la distancia pantalla-lupa ¿Qué es esta distancia?. ¿Cuál es la potencia de la lupa? Experimento sobre la recomposición: Materiales: un cuadrado de cartulina de 15 cm de lado, una tijera, un compás, colores, regla y lápiz. Desarrollo: Recortar un círculo de cartulina de unos 8 cm de diámetro. Dividirlo en 6 sectores de igual tamaño y colorearlos con los diferentes colores del espectro luminoso (menos el índigo). Hacer un agujero en el centro y clavar un lápiz con la punta hacia abajo. Hacerlo girar sobre la punta. ¿Qué color se observa al girar deprisa? ¿Por qué sucede esto? Experimento sobre instrumentos ópticos: Materiales: Microscopio del colegio, agua, gotero, almidón, alfiler. Desarrollo: Con el auxilio de cualquier libro de óptica dibujar esquemáticamente el microscopio e indicar sus partes. A continuación y sobre le portaobjeto13 colocar una gota de agua usando el gotero. Con la punta del alfiler tomar una porción de almidón y dejarla caer en la gota de agua. Cubrirla y extenderla con el cubreobjeto14. De este modo se ha obtenido un preparado15. Colocar el preparado sobre la platina de manera que la gota o mancha blanca coincida con el orificio de aquélla. Mover el espejo de modo que el campo esté totalmente iluminado. Acercar, con cuidado, el objetivo al preparado utilizando el tornillo que permite bajar el tubo hasta lograr una visión clara. Si el microscopio tiene dos tornillos, mover delicadamente primero el macrométrico (que es el que permite un desplazamiento rápido del tubo) y luego el micrométrico (que es el que produce un desplazamiento muy lento del tubo). Describir lo observado.

Lámina delgada rectangular de vidrio donde se apoya el preparado. Lámina delgada rectangular de vidrio que cubre al preparado. 15 Nombre con que se designa el objeto a examinar. 13 14

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Experimento con el ojo humano: Materiales: una cartulina, 5 diarios y 5 revistas; regla; tijera; cola vinílica; un metro y reloj con segundero. Desarrollo: a) Reunirse en grupos y buscar, en diarios y revistas, letras de los siguientes tamaños y del mismo color y recortarlas: diez letras de 7 cm; diez letras de 5 cm; diez letras de 3 cm; diez letras de 1 cm. b) Pegar las letras en la cartulina, con una separación de tres centímetros entre cada una. Usar un renglón para cada tamaño de letra. c) Colocar la cartulina en el pizarrón y que un integrante de otro grupo ubicado a tres metros de distancia de la cartulina lea las letras de cada renglón. Evaluar la visión del alumno de acuerdo con la siguiente escala16: Cantidad de renglones Vista Cuatro Excelente Tres Muy buena Dos Buena Uno Deficiente Experimento sobre el aumento de la lupa: Materiales: una lupa y hoja de papel rayado. Desarrollo: Colocar la lupa para observar el rayado del papel. Ubicar la lupa para obtener la observación más nítida. Determinar a cuántos renglones de la parte visible fuera de la lupa corresponde el espacio entre dos renglones vistos a través de la lupa. De este modo se habrá determinado el aumento de la lupa.

PASATIEMPO

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En caso de que alguna persona use anteojos, deberá ser evaluado con anteojos y sin ellos.