A
FENÓMENOS ONDULATORIOS
Cada día al abrir los ojos vemos lo que nos rodea, cine, televisión…, pero también oímos hablar a la gente o escuchamos música y hasta somos capaces de emitir sonidos. La naturaleza se nos muestra gracias a la luz, responsable de que seamos capaces de ver los objetos, pero también gracias a ella percibimos los colores. La misma luz está formada por esos colores, como nos muestra el arco iris. Nuestros sentidos son los responsables de que veamos y oigamos. Pero, para llegar hasta ellos, la luz y el sonido deben viajar desde el lugar en el que se forman y transmitirse mediante lo que conocemos como ondas. La propagación de las ondas es el mecanismo que utilizan la luz y el sonido para desplazarse. La luz se desplaza a través del vacío; el sonido lo hace a través de medios materiales.
Te proponemos un reto En esta unidad vas a aprender cómo se comportan las ondas, cómo transportan la luz y el sonido, y cómo son los fenómenos asociados a ellos. Pero para empezar vamos a comprobar cómo las ondas que transportan el sonido necesitan un medio material para realizarlo. Prepara el siguiente experimento: coge dos latas que tengan forma cilíndrica y que sean más altas que anchas y un hilo fuerte de 3 a 8 metros de largo. Perfora las bases de las latas para que entre el hilo y haz un nudo en cada extremo para evitar que el hilo se salga.
A continuación, cada persona toma una lata agarrándola por la parte de atrás y se aleja en línea recta, procurando que el hilo quede bien tenso. Seguidamente, una de las personas habla hacia el interior de la lata y la otra pone la oreja en la boca de la segunda lata. Indica lo que sucede.
Sumario 1
2 3 4 5
Introducción a las ondas: luz y sonido Fenómenos ondulatorios Eco y reverberación Las ondas también contaminan El instrumento óptico
Ahora prueba sin tensar el hilo: ¿qué sucede esta vez? Prueba después con otro tipo de hilo: de coser, de hilvanar, un sedal o una cuerda: ¿qué diferencia observas? ¿Qué sucede? Si quitas la segunda de las latas y escuchas sobre el hilo, ¿qué sucederá? Por último, haz un nuevo cambio: quita las latas y realiza el mismo experimento con vasos de plástico: ¿qué sucede esta vez?
1 Introducción a las ondas:
la luz y el sonido
Lanzar una piedra al agua, hablar con un amigo o encender una bombilla son fenómenos cotidianos: ¿sabías que todos ellos están relacionados? En todos estamos generando el mismo fenómeno físico: una onda.
EXPERIMENTA
Resonancia con copas
1. Vamos a generar música gracias al efecto que puede provocar el sonido como onda. En este experimento necesitamos material sencillo y fácil de conseguir: copas de cristal, agua y nuestra propia paciencia y sentido del arte. a) Llena cuatro copas de cristal con distintas cantidades de agua. b) Mójate los dedos con agua y deslízalos por el borde de la copa con menos cantidad de agua. Realiza movimientos periódicos y escucha el sonido emitido. c) Efectúa el mismo movimiento en el resto de copas. d) Prueba a realizar distintas combinaciones con las cuatro copas, así crearás tu propia música. e) Fíjate en el agua mientras realizas el movimiento con tus dedos. ¿Qué es lo que le está pasando? ¿Los sonidos emitidos por las cuatro copas son idénticos? CIENCIA 2.0 En estas direcciones web encontrarás más información sobre las ondas: tipos, simulaciones, ejemplos, etc. goo.gl/daWRXn goo.gl/dWwhgY goo.gl/G2zvWZ
1.1. ¿Qué son las ondas? Como ya hemos comentado, la luz y el sonido están relacionados entre sí, pues son manifestaciones de un fenómeno físico: la onda. Pero ¿qué es una onda? Una onda se define como una perturbación en la que se propaga energía pero no materia. De acuerdo con ello, podemos clasificar las ondas en mecánicas y electromagnéticas, según necesiten o no un medio de propagación, respectivamente. Así, el sonido es un ejemplo de onda mecánica, y la luz, un ejemplo de onda electromagnética, como veremos más adelante.
ACTIVIDADES 1. Indica tres ejemplos en los cuales se ponga de manifiesto la existencia de ondas, como, por ejemplo, lanzar una piedra al agua. 2. En 1940 se produjo el triste derrumbamiento del puente colgante de Tacoma Narrows en el estrecho de Puget Sound (goo.gl/4LLkg3) debido al efecto de la resonancia. Investiga sobre lo sucedido y sobre cómo podría haberse evitado.
188
ANEXO
1.2. La luz Todo lo que podemos ver se lo debemos a la luz que nos llega del Sol, pero ¿te has preguntado alguna vez qué es la luz? La luz es una onda electromagnética que se propaga en línea recta. Como onda electromagnética, la luz no necesita un medio de propagación; de esta forma la luz del Sol es capaz de viajar por el espacio hasta llegar a nosotros. Su velocidad en el vacío es de 300 000 km/s, su valor es una constante universal y se representa por la letra c.
EXPERIMENTA
Atardeceres caseros
2. Para realizar este experimento necesitamos un vaso grande de cristal, una pared blanca, agua, una linterna y una cucharada de leche: • Llena tres cuartas partes del vaso de cristal con agua y colócalo frente a una pared blanca. Toma la linterna y dirige el foco de luz hacia el vaso, ¿de qué color se ve la luz que llega a la pared?
CIENCIA 2.0 Vamos a jugar con el sonido. Para ello vamos a hacer uso de la aplicación para Android gratuita Spectrum Analyzer. Consiste en un analizador de espectro de audio para el micrófono que puedes descargar en el siguiente enlace: goo.gl/ve8D2m
• Agrega la cucharada de leche al vaso de agua. Mezcla y vuelve a dirigir la luz de la linterna hacia el vaso, ¿de qué color se ve la luz que llega a la pared? Es recomendable realizar esta parte a oscuras para observar mejor el resultado.
1.3. El sonido Una soprano es capaz de romper vasos de cristal con su voz: el sonido de una explosión es capaz de producir grandes destrozos. ¿Cómo es eso posible? El sonido es una onda mecánica que se propaga en todas las direcciones del espacio. Para que exista un sonido son necesarios una fuente (como nuestra voz) y un medio en el que pueda propagarse la vibración. Cuanto más juntas estén las partículas en el medio, más fácil será la transmisión de la vibración en él. Por ello, la velocidad de transmisión es mayor en sólidos que en líquidos, y en estos, mayor que en gases.
EXPERIMENTA
¿Cómo viaja el sonido?
3. Necesitamos una cuerda de 50 cm aproximadamente y cinta adhesiva. a) Pega un extremo de la cuerda a la mesa y sostenla tirando del extremo con los dedos. Estírala y escucha con la cuerda alejada del cuerpo. b) Enrolla la punta de la cuerda en tu dedo índice e introdúcelo dentro de la oreja. Pega un pequeño golpe a la cuerda y escucha. ¿Los dos sonidos son iguales? Explica qué es lo que ha pasado.
ANEXO
189
2 Fenómenos ondulatorios CIENCIA 2.0 Simulación que te permite formar ondas mecánicas: goo.gl/hw3NMU Esta otra simulación te permite ver los efectos ondulatorios de diferentes tipos de ondas: goo.gl/bTdcSX Y la siguiente te permite trabajar la reflexión y la refracción en diferentes medios materiales: goo.gl/fD6pPr
Ya sabemos que las ondas se mueven desplazándose de manera que hay una propagación de energía sin transporte de materia. Las propiedades de las ondas se manifiestan a través de una serie de fenómenos que constituyen el comportamiento ondulatorio. Veremos que las ondas pueden rebotar ante una barrera o cambiar de dirección cuando pasan de un medio físico a otro.
2.1. Reflexión Podemos ver los objetos gracias a la reflexión de la luz. Como la luz se desplaza en línea recta, al chocar oblicuamente con un objeto pulido, cambia su dirección y alcanza nuestros ojos si miramos en la dirección del rayo reflejado. Lo mismo ocurre con el sonido, como verás más adelante.
EL LABORATORIO EN EL AULA Curvando la luz 1. Apunta con cierto ángulo un puntero láser hacia un cristalizador con agua y espolvorea desde arriba un poco de polvo de tiza sobre el cristalizador. • Describe lo que observas dentro y fuera del agua. • ¿Qué ocurre cuando aumentas el ángulo de incidencia del láser en el espejo? Podemos definir la reflexión y sus leyes de la siguiente forma: La reflexión es el cambio de dirección que experimenta una onda cuando choca contra un objeto y rebota. Rayo de luz reflectado
Normal
IMPORTANTE Los espejos que empleamos para observar nuestro reflejo son planos. Pero también los hay de superficies curvas: cóncavos y convexos. En ellos las imágenes reflejadas aparecen distorsionadas, más grandes o más pequeñas que el objeto reflejado.
190
ANEXO
Rayo de luz indicente i
r
En la reflexión se cumplen dos leyes: Rayo indicente, normal y reflejado están en un mismo plano.
Ángulo de incidencia (i) y Ángulo de reflexión (r) son iguales.
2.2. Refracción Las ondas, en su desplazamiento, pueden encontrar superficies que no las reflejen, sino que permitan su paso a través de ellas, lo que provoca alteraciones en las imágenes que vemos y en los sonidos que escuchamos.
EXPERIMENTA
Magia visual
4. Coloca una moneda en el fondo de un vaso vacío. Al incidir la luz sobre la moneda se refleja y se transmite en línea recta incidiendo en el ojo y permitiendo su visión. • ¿Qué ocurre cuando bajas un poco la posición del ojo? • Llena el vaso con agua, ¿qué observas ahora? Habrás observado que, cuando una pajita se introduce en agua, parece que se curva. Este fenómeno es debido a la refracción. La refracción es el cambio de dirección que se observa cuando la onda atraviesa la separación (interfase) entre dos medios transparentes.
A. El arco iris
La luz blanca se descompone al pasar por un prisma
Si construimos un objeto llamado prisma óptico a partir de un material transparente, limitado por dos caras planas que forman entre sí un ángulo, y hacemos pasar la luz a través de él, observaremos que sale descompuesta en varios colores. Este fenómeno ocurre porque se produce una refracción diferente para cada onda de color que la compone.
nca
la Luz b
Prisma de cristal
Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta
PIENSA Y RAZONA Después de la lluvia, en muchas ocasiones habrás visto el arco iris, una banda de colores que atraviesa el horizonte. Es un fenómeno que solo sucede cuando hay luz solar. a ) ¿De dónde proviene ese conjunto de colores? b ) ¿Qué fenómeno se debe producir para que aparezca?
EXPERIMENTA
Construye tu propio arco iris
5. Toma un viejo CD y retírale, con ayuda de cinta adhesiva, la película superior grabada para que quede el disco transparente. Tapa el agujero central con un trozo de cartón, y prueba a acercarlo y alejarlo de diferentes focos de luz: una vela, una linterna, una bombilla... Describe lo que ves en cada caso.
Arco iris a través de un CD
ANEXO
191
3 Eco y reverberación ¿SABÍAS QUE...? No todos los animales están interesados en producir sonido o eco. Las lechuzas son rapaces nocturnas capaces de volar sin emitir casi ningún sonido (goo.gl/qK9SJu). En cambio otros animales, como el murciélago o el delfín, utilizan el eco para construir un mapa mental de su entorno. A este fenómeno se le denomina ecolocalización.
0,1 s
Hemos comprobado que el sonido es capaz de sufrir reflexión al encontrarse con un obstáculo. Al volver este sonido a nosotros produce dos efectos parecidos pero distintos: eco y reverberación. Vamos a conocerlos.
3.1. Eco Seguro que habrás escuchado el eco de tu propia voz más de una vez. En algunos lugares eres capaz de oírlo, pero, en otros, no, ¿a qué es debido? ¿Qué condiciones debe haber para que exista eco? El eco es un fenómeno de reflexión acústica gracias al cual somos capaces de diferenciar un sonido de su reflejo.
EJEMPLO RESUELTO 1. Para que exista eco es necesario que nuestro oído sea capaz de distinguir los dos sonidos: el emitido y el reflejado. ¿Puede estar a cualquier distancia el obstáculo que provoca la reflexión? Solución Para que el oído humano pueda distinguir dos sonidos deben transcurrir como mínimo 0,1 segundos entre la llegada de uno y otro. Por lo tanto, el obstáculo no puede estar a cualquier distancia. Para determinar el valor de la distancia mínima a la cual debe estar el obstáculo, necesitamos como dato la velocidad a la que viaja el sonido en el aire, cuyo valor es de 340 m/s. e m v= e = v · t = 340 · 0,1 s = 34 m t s Durante los 0,1 segundos necesarios, el sonido ha recorrido 34 metros. Recordemos que, durante un eco, el sonido llega al obstáculo y rebota volviendo al foco emisor, recorriendo en ambos viajes la misma distancia, por lo que la separación entre ambos debe ser la mitad, es decir, en este caso, 17 metros.
3.2. Reverberación Si la distancia entre el foco emisor y el obstáculo es inferior a 17 metros, ¿el sonido llegará igualmente a nuestros oídos? ¿Cómo será ese sonido reflejado? La reverberación es un fenómeno de reflexión acústica que se produce cuando el oído no es capaz de distinguir entre un sonido y su reflejo. En este caso ambos sonidos llegarán igualmente a nuestros oídos, pero, al no ser capaces de distinguirlos, se produce una mezcla de sonidos que suele ser desagradable. 192
ANEXO
ACTIVIDADES 3. Describe el fenómeno que se produce cuando una onda rebota con un objeto y cuando lo atraviesa.
formato a tu elección en la que expliques el fundamento y la conclusión de tu experimento.
4. Indica cuáles de los siguientes cuerpos emiten luz propia: el Sol, una bombilla, un planeta, un espejo, la Luna, un monitor, un rotulador fluorescente.
15. Cuando escuchamos nuestra voz en una grabación nos resulta distinta a cuando hablamos. Investiga por qué sucede este hecho.
5. Indica tres propiedades características de la luz y otras tres del sonido.
16. La intensidad, el tono y el timbre son características del sonido. Indica el significado de cada una de ellas.
6. Explica por qué en una habitación a oscuras no somos capaces de ver los objetos. 7. Empareja cada material con la forma que tiene de comportarse frente a la luz: Papel cebolla
Transparente
Cartón
Translúcido
Vidrio
Opaco
17. Determina si habrá eco en el mar cuando la separación entre el foco emisor y el receptor sea de 900 metros. La velocidad del sonido en el mar es de 1 520 m/s. 18. Durante una tormenta se produce un rayo a 20 km de distancia. Determina el tiempo que tarda en llegarnos la luz del relámpago y el sonido del trueno.
8. Explica cómo debe escribirse la palabra AMBULANCIA para que al reflejarse en el espejo retrovisor de un coche se lea correctamente. 9. Indica algún ejemplo en la vida real de un espejo cóncavo y de otro convexo. Busca la información en Internet. ¿Cómo es una cuchara por cada lado? 10. Investiga qué le sucede a la velocidad de la luz cuando viaja por diferentes medios. 11. Indica el fenómeno que explica la visión que tienes al introducir un lápiz en un vaso de agua. ¿Cómo es la imagen que se observa? 12. ¿Qué dos fenómenos consecutivos crees que se producen cuando la luz atraviesa un prisma óptico?
19. ¿Por qué la luz se propaga en el vacío y el sonido, sin embargo, no es capaz de hacerlo? 20. Utilizando la teoría cinética de la materia, razona por qué la velocidad de transmisión del sonido es superior en un sólido que en un líquido.
13. ¿Cómo crees que podrías conseguir el color blanco sobre un disco de papel que esté pintado con todos los colores del arco iris?
21. La radiación electromagnética puede clasificarse en varios tipos según su intervalo de frecuencias. El ser humano es capaz de percibir la luz visible, una de ellas. Realiza un resumen de los tipos de radiaciones electromagnéticas en el que muestres una aplicación de cada una de ellas.
14. Tal y como hemos visto, en una onda se propaga energía pero no materia. ¿Cómo podríamos demostrarlo? Diseña un experimento sencillo para comprobarlo. Realiza una presentación con
22. Estás en el gimnasio donde el profesor va a dar la clase de Educación Física. Comienza a hablar y no se le entiende, ¿qué está ocurriendo? Investiga cómo se puede evitar.
ANEXO
193
4 Las ondas también contaminan Cuando hablamos de contaminación, siempre pensamos en sustancias sólidas, líquidas o gaseosas con efectos nocivos para la salud o el medio ambiente. Pero existen varias formas de contaminación no ligadas a la materia sino a la energía de las ondas. Las más importantes son la contaminación acústica y la lumínica.
¿SABÍAS QUE...? Para cuantificar la magnitud de un sonido se utiliza el decibelio (dB). Pero en contaminación acústica se utiliza el decibelio ponderado (dBA), que elimina las frecuencias muy bajas o muy altas y valora únicamente las más dañinas.
4.1. La contaminación acústica Se define contaminación acústica como el exceso de sonido que produce efectos negativos sobre la salud auditiva, física y mental de los seres vivos. Vamos a analizar el caso de la ciudad de Sevilla para comprender las causas y las consecuencias de esta contaminación. La gráfica corresponde al estudio efectuado en 2012 sobre el ruido en la ciudad de Sevilla. El mapa de ruido inferior representa un sector del distrito sevillano de Nervión.
Exposición al ruido (Lden)
2000
1547
1500
Centenares de personas 1518 1227
1000 500
613 335 117
0 < 55
55 -59 60 - 64 65 - 69 70 - 74 Índice de ruido Lden (dBA) BA)
> 75
La OMS (Organización Mundial de la Salud) y la legislación española consideran perjudicial la exposición a ruidos por encima de 65 dBA. Por tanto casi 200 000 sevillanos están expuestos a un ruido perjudicial para su salud. La exposición a un ruido promedio superior a 65 dBA causa alteraciones del sueño, depresión, irritabilidad, depresión del sistema inmunológico (bajada de defensas), aumento de la presión arterial y del ritmo cardiaco, gastritis, dolor de cabeza y problemas en la relación con los demás y en el rendimiento laboral.
Las causas generales del ruido en las ciudades coinciden con las detectadas en el estudio de Sevilla: 1. El tráfico rodado es la principal causa de ruido de las ciudades. Las grandes avenidas concentran los mayores niveles de ruido. 2. Infraestructuras como aeropuertos, líneas férreas, puertos y polígonos industriales absorbidos por la ciudad. 3. Concentración de locales de ocio. Por ejemplo, el mapa corresponde al distrito de Nervión, en Sevilla, donde existen este tipo de locales.
ACTIVIDADES 23. Elabora un póster en el que muestres la intensidad del sonido en diferentes situaciones cotidianas, como una conversación, el trino de los pájaros, el tráfico o el interior de una discoteca. Marca el nivel de 65 dB y reflexiona acerca de tu grado de exposición a ruidos perjudiciales. Puedes utilizar la aplicación goo.gl/AgQ7LX.
194
ANEXO
4.2. La contaminación lumínica Se denomina contaminación lumínica a la emisión de luz por parte de fuentes artificiales nocturnas con intensidades o direcciones inadecuadas para la realización de las actividades previstas en la zona alumbrada. A partir del siguiente mapa de la intensidad lumínica en Andalucía en 2009 podemos comprender las consecuencias de la contaminación lumínica: La contaminación lumínica supone un derroche energético que produce consecuencias económicas y ambientales, por ejemplo, es una causa más del problema del cambio climático.
Las grandes ciudades y el litoral están sometidos a una gran intensidad luminosa que produce intrusión lumínica en la propiedad privada, lo que provoca fatiga visual, ansiedad, alteraciones del sueño y dificulta la observación del cielo nocturno.
EXPERIMENTA
La contaminación lumínica afecta a los ecosistemas y por este motivo en zonas protegidas, como el Parque Natural Sierras de Cazorla, Segura y Las Villas, la legislación limita la emisión de luz.
Andalucía posee dos importantes observatorios astronómicos: Calar Alto y Sierra Nevada. Para su funcionamiento óptimo es imprescindible que la contaminación lumínica en estas zonas sea mínima.
¿Es oscura tu noche?
6. ¿Sufres en tu vivienda la contaminación lumínica? Imprime el «intrusímetro» del margen en un tamaño tres veces mayor. Cuando tengas la iluminación adecuada, coge la figura con tu mano, estira el brazo y comprueba que lees todas las letras. Si no las lees todas, haz la figura más grande. Repite este procedimiento en tu casa de noche, con todas las luces apagadas, las cortinas retiradas y las persianas subidas. Si no sufres contaminación lumínica, no deberías ver ninguna letra, y, cuantas más veas, mayor es la intrusión de la luz artificial en tu casa. Compara los resultados con tus compañeros y comentad las causas de los diferentes valores obtenidos por cada uno.
ACHL FJYM POEV RTGW QSUK NBCX ÑRHI DGKA LNQM
1 2 3 4 5 6 7 8 9
ACTIVIDADES 24. Asómate a tu ventana de noche y anota cuántas estrellas puedes ver. Pregunta a tus abuelos cuántas estrellas veían ellos de noche cuando tenían tu edad y si les resultaba agradable esa visión. ¿Qué ha pasado entre la infancia de tus abuelos y la tuya para que ahora se observen menos estrellas? ¿Cuánta importancia concedes al hecho de que la mayoría de la población no pueda ver estrellas por la noche desde su casa?
ANEXO
195
5 El instrumento óptico
El instrumento óptico es cualquier artilugio capaz de aprovechar las propiedades de la luz para mejorar la visualización de una imagen. Para ello puede utilizar la reflexión, usando espejos y prismas, o la refracción, empleando lentes. De esta forma podemos acercar objetos lejanos o aumentar objetos muy pequeños.
A. El dibujo de los rayos de luz Para poder visualizar mejor el resultado de un sistema óptico es conveniente poder dibujar la trayectoria de los rayos de luz. Estas trayectorias permiten localizar dónde aparecen las imágenes y de qué tipo son, ya que hay dos posibilidades: • Imagen real: la que se produce donde convergen los rayos de luz. No se puede ver directamente pero sí proyectar en una pantalla como la de los cines. • Imagen virtual: la que se produce donde convergen las proyecciones de los rayos de luz. Se puede ver directamente, pero no proyectar, como la de los espejos. Imágenes con espejos
1. Se traza un rayo paralelo al eje que pase por el foco real. 2. Se traza un rayo que pase por el centro y vuelva. 3. Donde coincidan se forma la imagen. Imagen
Espejo
F = foco C = centro
1
1 2
2 C
3 C
F F
Foco real: punto donde convergen los rayos paralelos al eje.
x x
3
Objeto Espejo plano: la imagen se forma detrás del espejo. Imágenes con lentes
Foco
Foco
freal fimagen
196
fimagen freal
Lentes convergentes: más gruesas en el centro.
Lentes divergentes: más gruesas en los bordes.
El foco real aparece detrás de la lente, por lo que los rayos se unen (convergen). Genera imágenes reales invertidas y mayores que no podemos ver si no son proyectadas.
El foco real aparece delante de la lente, por lo que los rayos se separan (divergen). Genera imágenes virtuales derechas y menores que podemos ver pero no proyectar.
ANEXO
5.1. Instrumentos con espejos Los espejos no poseen buenas cualidades de aumento, por lo que los instrumentos más importantes fabricados con espejos se utilizan únicamente para ver objetos lejanos.
A. Periscopio
B. Telescopio reflector o de Newton
Sirve para dirigir la luz mediante espejos planos y observar objetos no visibles desde la posición del observador por estar ocultos tras un obstáculo.
Sirve para dirigir la luz mediante espejos y no posee problemas de aberración cromática.
EXPERIMENTA 7. Hazte con una caja de cartón o un tubo de plástico bastante largo y dos espejos planos (puedes encontrarlos en útiles de maquillaje). Corta la caja o el tubo como se indica y une con adhesivo los espejos a 45º. Ya tienes tu periscopio.
45°
45°
45°
45° Espejo de frente
Espejo de espaldas
C. Espejo convexo. Tráfico Sirve para ver campo ancho, como los espejos laterales de los vehículos o los que se colocan en los cruces con visibilidad reducida.
D. Espejo cóncavo. Colector solar Permite concentrar los rayos solares en un punto mediante un espejo parabólico, con lo que se puede suministrar energía calorífica a un sistema. Es el que utilizan las centrales termosolares y los colectores solares.
8,30
13,02
18,34
24,36
31,16
38,79
47,29
h (cm)
1,07
2,14
3,22
4,29
4,36
6,43
7,50
8,57
segundo Vd
4,03
primer Vd
Vd (cm)
primera h
2. Para la construcción del colector parabólico necesitarás varias cajas grandes de cartón con las que prepararás 12 secciones con la forma que se indica (¡ojo, no son enteramente triángulos!). Después, pega papel de aluminio a una de las caras y une todas las secciones. Si colocas un cazo metálico con agua o alimento a 8 cm del vértice, observarás cómo se calienta rápidamente. (¡Precaución! Una vez montado, no lo mires directamente).
segunda h
EL LABORATORIO EN EL AULA Calentando con el Sol
ANEXO
197
5.2. Instrumentos con lentes Las lentes son una doble interfase que obliga a la luz a refractar. Combinando varios tipos se puede conseguir mejorar la visión de objetos cercanos o lejanos.
Para ver objetos lejanos Telescopio refractor: instrumento mono- • Telescopio de Galileo: produce una imagen derecha, pero cansa la vista un poco. cular que utiliza dos lentes, diseñado para Telescopio ver objetos del infinito cuya luz nos llega en Longitud del telescopio de Galileo Objetivo rayos paralelos. Cuando está ajustado para Ocular objetos más próximos recibe el nombre de catalejo. Existen dos conformaciones básicas: los telescopios de Galileo y de Kepler. fB
fB’
fA
El foco real del objetivo coincide con el foco imagen del ocular
Gafas para miopes: la miopía es la alteraImagen virtual derecha ción del ojo en la que la imagen de objetos de mayor tamaño (máx. 30 aumentos) lejanos se forma antes de llegar a la retina, lo • Telescopio de Kepler: produce una imagen invertida pero que provoca que no se vean. Se corrige con no cansa la vista. lentes divergentes, que alejan la imagen. Telescopio de Kepler
Longitud del telescopio Objetivo Ocular
fB’ Imagen virtual invertida de mucho mayor tamaño
fB
fA El foco real del objetivo coincide con el foco imagen del ocular
Para ver objetos cercanos Lupa: consiste en una lente convergente que permite agran- Microscopio: conjunto de dos lentes converdar la imagen del objeto si lo colocamos más cerca del foco gentes. El objetivo produce una imagen real y aumentada, y el ocular actúa como una lupa. de la lente. Imagen virtual Lupa Objetivo
F’ Objeto
F
Gafas para hipermétropes: la hipermetropía es la alteración del ojo en la que la imagen de los objetos cercanos se forma detrás de la retina, lo que provoca que estos objetos no se vean bien. Se corrige con lentes convergentes, que acercan la imagen.
198
ANEXO
Ocular
F1 F’2 F’1
F2
5.3. Instrumentos mixtos En muchas ocasiones es conveniente aprovechar las ventajas de lentes y espejos o prismas, obtenemos así lo que denominamos instrumentos mixtos. Prismáticos: sirven para acortar el catalejo a una distancia más manejable y permiten una visión estereoscópica al ser binoculares. Utilizan para ello un prisma que permite que la luz se refleje dentro de ellos y alargue así su camino.
Proyector: utiliza la luz proveniente de un foco potente y reflejada por un espejo parabólico para, tras atravesar un condensador, iluminar una imagen que después es aumentada y proyectada sobre una pantalla. Fuente
Anillo de corrección dióptrica
Imagen invertida
Ocular Prisma Porro
Espejo parabólico
Objetivo
Condensador
Lente
Imagen derecha
Rueda de enfoque
Cámara oscura: es uno de los precursores de la cámara fotográfica o el cine y consiste en hacer que la luz atraviese un orificio muy pequeño que actúa como lente convergente. Se puede utilizar para dibujar un paisaje o ver una escena.
EXPERIMENTA
Tu propia cámara oscura
8. Toma una caja de cartón y pinta de negro su interior. Pega una cartulina blanca en uno de los laterales cortos y realiza un orificio con un clavo en el centro de la cara opuesta. Recorta un orificio por debajo en el que te quepa la cabeza hasta los ojos, y cubre todo con una tela para que no entre luz salvo por el orificio pequeño. Existe una alternativa más sencilla y portátil pero con una imagen menos clara en el siguiente enlace: goo.gl/L1Qgsq.
60 - 80 cm
Orificio Pantalla blanca
ACTIVIDADES 25. Es el momento de realizar un proyecto que te permita reunir todos tus conocimientos sobre instrumentos ópticos. Te proponemos dos posibilidades, por lo que deberás escoger una de ellas de acuerdo con las indicaciones de tu profesor. a ) Realiza una presentación, que expondrás en clase, sobre todos los instrumentos que has estudiado y algunos que no aparecen aquí.
Para cada uno de ellos deberás identificar cómo son las imágenes en cada caso (reales o virtuales) y determinar si sirven para ampliar o acercar. b ) Busca información en medios digitales y construye un telescopio refractor a partir de lentes como las de las gafas. Crea un vídeo donde muestres todo el proceso que has seguido.
ANEXO
199