7

T.5. A luz. Ciencias da Natureza. 2º ESO.

Apuntamentos de Xacobo de Toro. Revisión de Luisa Corredoira

Nome e Apelidos: Nº

T. 5. A luz

1. Que é a luz?Todas as radiacións en xeral, entre elas a luz, propáganse en forma de ondas. As ondas que se

poden propagar no baleiro chámanse electromagnéticas posto que asociado ao campo eléctrico existe outro de natureza magnética. No tema “Calor e a temperatura” xa vimos que unha radiación é unha forma de transmisión da enerxía consistente na emisión de enerxía desde un corpo, sen que haxa un medio material de propagación (é dicir, polo baleiro).

Chámaselle luz (do latín lux, lucis) á radiación electromagnética que pode ser percibida polo ollo humano. En física, o termo luz úsase nun sentido máis amplo e inclúe o rango enteiro de radiación coñecido como o espectro electromagnético, mentres que a expresión luz visible denota a radiación no espectro visible.

A luz tarda 8,4 segundos en chegar á Terra desde o Sol e, como xa sabes, entre o Sol e a Terra non hai aire nin outro medio polo que se poida propagar a luz, porén dicimos que viaxa polo baleiro. A luz e a calor do Sol poden viaxar deste xeito ata chegar a nós percorrendo unha distancia de 150 millóns de Km a unha velocidade de 300,000 Km/s.

O espectro electromagnético é á distribución enerxética do conxunto das ondas electromagnéticas e a enerxía transportada polas ondas é directamente proporcional á súa frecuencia. Referido a un obxecto, denomínase espectro electromagnético ou simplemente espectro á radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) ou absorbe (espectro de absorción) unha substancia. O espectro electromagnético esténdese desde a radiación de menor lonxitude de onda, como os raios gamma e os raios X, pasando pola luz ultravioleta, a luz visible e os raios infravermellos, ata as ondas electromagnéticas de maior lonxitude de onda, como son as ondas de radio (crese que o límite para a lonxitude de onda posible máis pequena é a lonxitude de Planck mentres que o límite máximo sería o tamaño do Universo).

Só unha pequena parte da enerxía radiante (a que vemos cos nosos ollos) é o que chamamos “luz”.

Escribe na marxe as palabras clave

7

1.1. Características das ondas electromagnéticas.Ao igual que outras ondas, como as do son, as ondas electromagnéticas tamén se caracterizan

pola súa velocidade de propagación e a frecuencia (oscilacións do campo electromagnético por segundo).

A velocidade da luz é tan elevada que ata o século XVII supúñase que se propagaba con velocidade infinita, é dicir instantaneamente. Hoxe sábese que todas as ondas electromagnéticas se propagan polo baleiro á velocidade de 300.000 km/s, que se coñece como “velocidade da luz no baleiro” e simbolízase coa letra c (c=300.000 km/s). Esta velocidade é para o baleiro pois cando atravesa algún medio vai algo máis amodo. Porén, ao igual que acontece coa velocidade do son, a velocidade da luz depende do medio de propagación ( por ex: na auga a 224900 km/s e nun diamante a 124018 Km/s).

Albert Einstein (o autor da Teoría da Relatividade) dicía, entre outras cousas, que nada pode viaxar máis rápido que a luz

A lonxitude de onda é outra característica das ondas. Canto maior é a lonxitude de onda, menor é a frecuencia. Dado que a lonxitude de onda é unha distancia, mídese en unidades de lonxitude (m). Canto maior é a frecuencia de onda, maior é a súa enerxía.

A luz é a radiación visible do espectro electromagnético que podemos captar cos nosos ollos e, tal e como explicamos antes, non representa toda a gama do espectro electromagnético. As ondas electromagnéticas clasifícanse segundo a súa frecuencia tal e como se amosa no diagrama de enriba, e coñécese co nome de espectro electromagnético.

Os nosos ollos funcionan como antenas receptoras das ondas electromagnéticas comprendidas entre as frecuencias de 4.1014 Hz (vermello) e uns 8.1014 Hz (violeta), polo tanto as frecuencias por enriba e por embaixo destes límites non as podemos ver.

2. Propiedades da luz A luz presenta tres propiedades características: propágase en liña recta, pódese reflectir se

incide sobre unha superficie reflectinte e pódese refractar (cambiar de dirección cando pasa dun medio a outro) .

Se pensamos nunha igrexa de estilo románico de muros grosos e poucas fiestras, a zona do altar está bañada pola luz da primeira hora da mañá que entra pola fiestra central da ábsida. Esta luz concentrada en feixes lumínicos, vaise movendo ao tempo que tamén o fai o sol no exterior. O paso dos fregueses desde a entrada cara ao altar era o símbolo do paso das tebras á luz. As imaxes que ves nas diapositivas amosan un feito polo tanto, que xa era coñecido desde a antigüidade, que a luz se propaga en liña recta.

A propagación rectilínea da luz permitiranos empregar unha idea gráfica moi útil para estudar certos fenómenos: o raio de luz; que é a liña recta que representa a dirección e sentido da propagación da luz.

Será o mesmo “feixe” que “raio”?, a resposta é “non”. Un raio é unha representación gráfica: una liña que non ten grosor. En cambio, na realidade, un feixe si que ten grosor como vemos nas imaxes das diapositivas.

7

Un feito que demostra a propagación rectilínea da luz é a formación das sombras. Cando un obxecto, por exemplo unha chave, se interpón entre a luz e unha superficie, a luz interceptada polo obxecto non chega ata a superficie; créase así unha silueta escura coa forma do obxecto que se chama sombra. A forma e o tamaño da sombra pódense determinar trazando unhas liñas rectas que parten do foco de luz e pasan pola contorna do obxecto

2.1. Sombras, penumbras e eclipses. Se o foco de luz é grande e está preto, fórmase sombra (S) onde non poden chegar os raios

procedentes do foco luminoso e fórmase unha penumbra (P) naquelas zonas onde non chegan os raios procedentes dun dos extremos extremo do foco, pero si chegan os que proveñen do outro extremo. (se non ollas a diapo, non o entendes).

A palabra eclipse significa “ocultación”. Na eclipse de lúa, a lúa queda oculta porque a Terra interponse entre o Sol e a Lúa; as eclipses poden chegar a durar ata 3 horas, xa que a penumbra e as sombras proxectadas pola Terra son máis grandes que o diámetro luar. A Lúa podémola ver arroibar cando está na zona de penumbra. É o chamado “rubor” da Lúa. A Terra ensombrece a Lúa porque ponse entre ela e o Sol.

Na eclipse solar, o Sol queda oculto porque a Lúa interponse entre o Sol e a Terra. Dura uns poucos minutos. (Déixoche un pouco de espazo para que expliques o porqué).

A eclipse anular de Sol acontece porque ás veces a Lúa está un pouco máis afastada (debido á natureza da órbita elíptica) e as persoas situadas no punto A da diapositiva ven unha eclipse anular.

2.2. A luz reflíctese.Se un feixe de luz láser se reflicte nun espello, o

raio que chega ao espello é o raio incidente e o que sae “rebotado” formando outro raio é o raio reflectido. A reflexión da luz é o cambio de dirección que experimenta un raio luminoso ao chocar contra a superficie dos corpos. A luz reflectida segue propagándose polo mesmo medio que a incidente.

Cando acontece a reflexión dos raios de luz nunha superficie perfectamente plana como a dun espello, acontece que o raio incidente, o reflectido e a normal están nun mesmo plano perpendicular á superficie. O ángulo de incidencia é igual ao ángulo de reflexión respecto á normal (recta perpendicular á superficie de reflexión).

7

Podes comprobar todo isto mirándote nun espello. Para ver todo o teu corpo, os raios que proveñen dos teus pés deben chegar aos teus ollos tras se reflectir no espello. Isto só é posible se a altura do espello é, como mínimo, a metade da túa altura.

Se os nosos ollos non están exactamente na dirección da luz reflectida, non poderemos ver a imaxe no espello. (Exemplo do espello e a flor)

¿Por qué vemos os obxectos?

Porque a luz que se reflicte neles chega ata os nosos ollos.

Hai dous tipos de reflexión: a reflexión especular e a reflexión difusa. Na reflexión especular os raios reflectidos saen nunha mesma dirección grazas a unha superficie lisa, mentres que na reflexión difusa os raios reflectidos saen en todas as direccións debido a superficies rugosas.

Grazas á reflexión difusa, podes ler as páxinas destes apuntamentos desde calquera ángulo. Os raios reflectidos saen en todas as direccións debido a que a superficie das páxinas é rugosa. Podemos percibir os obxectos e as formas grazas á reflexión difusa da luz na súa superficie.

Imaxes nun corpo plano

Observa con detemento na diapositiva o que acontece cando miramos algo nun espello plano. O obxecto parece estar “detrás do espello”. A esa imaxe chamámoslle “imaxe virtual” ou imaxe especular.

Para debuxar unha imaxe reflectida nun espello plano debemos trazar rectas perpendiculares ao espello desde cada punto que se prolongan exactamente á mesma distancia por detrás deste. Unindo todos os puntos, obtense a imaxe.

Imaxes en corpos curvos.

Os espellos poden ser cóncavos ou convexos. Sobre estes espellos a imaxe formada será diferente en función á distancia no que se atope o obxecto reflectido.

Todos os raios que chegan paralelos a un espello cóncavo reflíctense converxendo nun mesmo punto denominado foco (F) do espello.

Nun espello convexo, o Foco (F) está situado detrás do mesmo. C = Centro de curvatura

2.3. A refracción da luz. Cando a luz pasa dun medio a outro, por exemplo, do aire á auga, desvíase (cambia de

dirección), é dicir, refráctase. A velocidade de propagación tamén é distinta nos distintos medios. Ademais de cambiar a dirección, cambia a velocidade. Tamén hai refracción outra vez cando o raio pasa da auga ao aire.

A refracción da luz é o cambio de dirección que experimentan o raio luminoso ao pasar dun medio a outro e no cal se propagan con distinta velocidade.

7

Isto explica por que parece que se dobra un pau ao introducilo na auga. Este é un dos efectos ópticos máis curiosos da refracción. Ao introducir un obxecto alongado na auga, parece que se dobrou cando se contempla dende a superficie, porque os raios que proveñen do extremo mergullado do obxecto sofren unha refracción (ao pasar da auga ao aire), que os afasta da normal e os dirixe aos nosos ollos. Desde a nosa posición, eses raios parecen proceder do punto A, onde vemos realmente a imaxe do pau. Por esta razón temos a sensación de que o obxecto "se dobrou" ao entrar na auga.

As leis fundamentais da refracción son: 1) o raio refractado, o incidente e a normal atópanse nun mesmo plano. 2) O raio refractado achégase á normal cando pasa dun medio no que se propaga a maior velocidade a outro no que se propaga a menor velocidade. Pola contra, afástase da normal ao pasar a un medio no que se propaga a maior velocidade.

A relación entre a velocidade da luz no baleiro e nun medio no que se poida propagar denomínase índice de refracción (n) de ese medio. n=V/C

C (velocidade da luz no baleiro)= 300.000 Km/s

V = velocidade da luz no medio (substancia)

Como C é sempre maior ca v, o índice de refracción de calquera medio será sempre maior ou igual a 1.

A dispersión da luz.A luz branca é unha mestura de cores e isto podémolo apreciar cando facemos pasar un feixe

de luz branca por un prisma ou medio dispersador. Como cada cor ten o seu propio índice de refracción, desvíase máis ou menos. O resultado é que la luz descomponse nas “cores do arco da vella". O vermello desvíase menos e o violeta máis. Ás veces as nubes ou as pingas de auga dispersan a luz solar formando “arcos da vella”.

As lentes

Úsanse para diversos fins. Podemos atopalas en lupas ou en aparatos como telescopios, microscopios, cámaras, lentes… O seu funcionamento baséase na refracción da luz cando atravesa o vidro. Hainas de dous tipo: diverxentes e converxentes.

As lentes converxentes son máis grosas polo centro que polos extremos. Os raios refractados por estas lentes converxen (dirixirse cara a un mesmo lugar) nun punto chamado foco (F). As lupas son lentes converxentes, por iso se pode facer un lume cos raios do Sol se orientamos axeitadamente unha lupa e poñendo follas secas en F, onde o raio está máis concentrado.

As lentes diverxentes. Son máis grosas polos extremos que polo centro. Os raios refractados non converxen nun punto, senón que se separan (diverxen).

O aparato máis sinxelo construído cunha lente é a lupa. Empregándoa axeitadamente, podemos ver aumentada a imaxe. Tamén pode formar una imaxe máis pequena e invertida dos obxectos afastados. Se o obxecto está preto da lupa a imaxe fórmase dereita e aumentada.

3. A luz e a materia. As cores das cousas.En función do comportamento fronte á luz, os corpos clasifícanse en transparentes, opacos e

translúcidos. Son transparentes se a luz pode atravesalos e podemos ver a través deles (aire, vidro, auga...); opacos se a luz non pode atravesalos e non podemos ver a través de eles (madeira, metal, cerámica...) e translúcidos se a luz pode atravesalos en parte e podemos ver a través deles, pero borroso (folios ou papel cebola).

7

Porén, as cousas poden ser transparentes, opacas ou translúcidas. Pero, a que se debe o feito de que moitos corpos presenten ademais, cores?

Como vimos, a luz branca descomponse nunha banda de cores cando atravesa un prisma. Isto quere dicir que a luz branca componse das diferentes cores do arco da vella: violeta, azul, verde, amarela, laranxa e vermella. Pero realmente, existen tres cores: vermella, verde e azul, denominadas cores primarias, xa que ao mesturarse en diferentes proporcións dan lugar a todas as demais. Se se mesturan nas mesmas cantidades producen luz branca (demóstrase cun peón de Newton).

3. 1. A cor dos corpos transparente

A cor por transmisión dáse en corpos transparentes e translúcidos, que absorben todas as cores menos unha. O aceite é amarelo-verde porque absorbe todas as cores menos o verde, que o atravesa.

3.2. A cor dos corpos opacos

A cor por reflexión dáse en corpos opacos que absorben todas as cores menos unha, que é reflectida. Vemos a bombona de butano de cor laranxa porque esa é a cor que reflexa.

3.3.Os pigmentos

Son substancias que absorben certas cores e reflicten outras. Para obter calquera cor só se precisan tres pigmentos puros: o maxenta, o amarelo e o cián. Se mesturamos as tres cores obtense o negro. O maxenta é unha mestura das cores primarias vermella e azul. O cian, de verde e azul. O amarelo, de cores vermella e verde. A pintura cián reflicte o verde e o azul e absorbe o vermello. A pintura amarela absorbe o azul e reflicte o vermello e o verde. Como exemplo pensa que con tres cartuchos de impresora dos citados pigmentos chegan para imprimir calquera fotografía ou debuxo na túa impresora da casa.

4. O ollo e a vista O ollo humano é un instrumento óptico complexo co cal podemos observar diferentes fenómenos asociados á luz e que desenvolvemos neste tema.

O ollo está formado polo globo ocular que é unha esfera xelatinosa protexida por unha capa resistente chamada esclerótica. A luz entra pola parte frontal e transparente da esclerótica, que recibe o nome de córnea. O iris regula a cantidade de luz que pasa a través da meniña.

No interior do globo ocular, a luz é focalizada por unha lente converxente, o cristalino. A parte receptora é a retina, que posúe células fotosensibles chamadas conos e bastóns.

Os bastóns son sensibles á pouca luz, pero non distinguen as cores. Son os que nos permiten a visión nocturna.

Os conos funcionan en condición de máis luz e hainos de tres tipos. Ademais captan as cores básicas: azul, vermella e verde.

O cristalino é unha lente converxente biconvexa que nos permite enfocar na visión. Na retina fórmase unha imaxe invertida e máis pequena do obxecto real que estamos vendo.

Algunhas enfermidades da vista son a miopía (os miopes ven borrosos os obxectos afastados, pero ben os próximos) a hipermetropía (o ollo hipermétrope ve mal de preto, pero ben de lonxe) e o astigmatismo (impide ter unha visión nítida)

7

Actividades:DEBES TER TODO O TEMA SULIÑADO COS PUNTOS IMPORTAMTES E AS PALABRAS CLAVE Á DEREITA DO TEXTO. LEMBRA QUE É OBRIGATORIO FACER UN CADRO CONCEPTUAL FINAL.

1. Debuxa a imaxe virtual da túa man dereita.2. Que é a luz?, a que velocidade se propaga?3. Sabes que radiacións percibimos como sensación térmica de calor?4. Busca cal é a radiación de maior enerxía e procura información sobre os posibles procesos nos

que se produce esa radiación.5. Consegue a folla formativa dun teléfono móbil. Busca cal é a frecuencia empregada por estes

dispositivos. A que rexión do espectro electromagnético corresponde?6. Poden existir corpos que non formen sombras?7. Que teñen en común a sombra e a penumbra. En que se diferencian?8. Que eclipse poderá contemplar un maior número de habitantes da Terra, unha eclipse total de

sol ou unha eclipse total de lúa?9. Como explicarías o motivo de que as eclipses de lúa adoitan durar moito máis que as eclipses

de sol.10. Explica o mecanismo do funcionamento dun periscopio cun pequeno esquema.11. Que tipo de asfalto resulta máis conveniente para facilitar a condución en noites chuviosas, un

asfalto liso ou un asfalto rugoso?12. Pregúntalle a alguén da túa familia se ten un espello de aumento no cuarto de baño. Fíxate

como é a forma da lente.13. Busca información sobre como poderías prender un misto cunha lente. Describe de que xeito,

con que tipo de lente e onde se debería colocar o misto para acendela.14. Que tipo de lente é a que se emprega nos asexadoiros (miriñas) das casas?15. Se miro 2 obxectos, un amarelo e outro vermello, a través duns lentes con filtro vermello, cal

será o máis visible?16. Que cores resultarán de mesturar os pigmentos maxenta e amarelo?17. Fai unha busca de información de que defectos teñen os ollos hipermétropes, miopes e con

astigmatismo e o xeito de corrixilos.