TEMA 14 LA LUZ Y EL SONIDO
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.1. ¿QUÉ ES UNA ONDA? Una onda es una perturbación que se propaga transportando la energía que la originó. Las ondas se propagan a partir de un punto llamado foco, que es el lugar donde se produce la perturbación o cambio brusco de alguna de sus propiedades. Es similar a las olas que se producen en el agua al arrojar una piedra.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS La mayor parte de las ondas tienen su origen en una perturbación periódica (que se repiten en el tiempo). Por ejemplo, nuestras cuerdas vocales vibran en la laringe cuando hablamos. Este movimiento, rápido y repetitivo, envía una y otra vez impulsos que se propagan en el aire en forma de ondas y producen el sonido de la voz. Las características de las ondas son:
Frecuencia. Es el número de impulsos que se envían desde el foco en un segundo. En el sistema internacional de unidades se mide en hercios (Hz). Una frecuencia de 1 Hz indica que se produce una oscilación cada segundo. Longitud de onda. Es la distancia que recorre la onda entre un impulso y el siguiente. En el sistema internacional de unidades se mide en metros (m). Cuanto mayor es la frecuencia más pequeña es la longitud de onda. Intensidad. Está relacionada con la energía que transporta la onda.
VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE UNA ONDA Varía de unas ondas a otras, y depende del medio por el que se propaga. Por ejemplo, el sonido viaja: -
a 340 m/s en el aire a 1480 m/s en el agua a 5100 m/s en el acero
Es decir, el sonido viaja más rápido cuánto más consistente sea el medio, y no puede viajar en el vacío. Sin embargo, la luz viaja más rápido en el vacío que en cualquier otro medio. La velocidad de la luz en el vacío es de 299 792 458 m/s. Es decir, daría siete vueltas y media a la Tierra en un segundo.:
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¿DE QUÉ MANERA SE PROPAGAN? Las ondas se propagan en todas las direcciones. Sin embargo, cuando encuentran obstáculos cambian de dirección mediante:
Reflexión. Si la onda llega a una superficie que no puede atravesar, rebota y da la vuelta por el mismo medio. Por ejemplo, los murciélagos emiten ondas sonoras que, cuando llegan a un obstáculo se reflejan y vuelven a ser captadas por sus grandes orejas, de manera que se enteran de que había un obstáculo.
Refracción. Si la onda llega a otro medio diferente cambia su velocidad aunque lo pueda atravesar. Esto produce, por ejemplo, que cuando colocamos una cucharilla en un vaso con agua la veamos como si estuviera doblada.
CLASES DE ONDAS Según la perturbación que origina las ondas, se dividen en:
Mecánicas: si las origina un cambio brusco de presión en algún punto. Por ejemplo: el sonido, los ondas que se producen en los líquidos,… Electromagnéticas: si las origina una alteración eléctrica o magnética. Por ejemplo: la luz, las ondas de radio, el radar o los rayos X.
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.2. ONDAS SONORAS Todas las ondas sonoras tienen un origen común: están producidas por una vibración muy rápida. ¿POR QUÉ DESAPARECEN LOS SONIDOS? La intensidad del sonido disminuye principalmente por dos cosas: -
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Atenuación. La energía de la onda se va repartiendo por el aire, de manera que cuando nos vamos alejando del foco donde se origina el sonido va disminuyendo. Amortiguación. Se produce cuando el medio va reteniendo la energía de la onda. Por ejemplo, si el sonido se produce en una sala vacía se oye más que en uno lleno de gente y de muebles, puesto que absorberían parte de su energía.
PROPIEDADES DEL SONIDO Intensidad. Está relacionada con la cantidad de energía que lleva la onda sonora. Permite clasificar los sonidos en débiles y fuertes. Tono. Depende de la frecuencia. Es la diferencia entre los sonido graves y agudos. Timbre. Está relacionado con la forma de la onda. Nos permite distinguir la voz de las personas o el sonido de los diferentes instrumentos.
.3. LA LUZ La luz es una onda electromagnética. Está formada por fotones que salen del foco luminoso, se reflejan en la superficie de los objetos y vuelven a nuestros ojos, permitiendo que los veamos. Los focos de luz están a elevadas temperaturas, y emiten fotones que se propagan en todas las direcciones en forma de onda.
EL ESPECTRO DE LUZ Los focos luminosos emiten luces de diferentes frecuencias. El conjunto de todas ellas se llama espectro luminoso. La luz que nosotros podemos ver se llama luz visible. La luz que procede del sol se llama “blanca”, y es el conjunto de todos los colores. Cuando se forma el “arco iris” observamos los colores que la componen. La luz invisible de menor frecuencia que la visible se llama infrarroja (tiene menor frecuencia que la luz roja visible). La luz invisible de mayor frecuencia que la visible se llama ultravioleta (tiene mayor frecuencia que la luz violeta visible). 4
.4. INTERACCIÓN ENTRE LUZ Y MATERIA Los materiales, según como se comporten al ser iluminados, pueden ser:
Opacos. No dejan pasar la luz. La reflejan Transparentes. Permiten el paso de casi toda la luz que reciben y nos permiten ver a través de ellos. Translúcidos. Dejar pasar gran cantidad de luz, aunque la desvían de manera irregular, y por eso no podemos ver a través de ellos.
Opaco
Transparente
Translúcido
PROPAGACIÓN DE LA LUZ La luz se propaga en todas direcciones y sufre, al igual que el sonido:
Atenuación Amortiguación Reflexión. Se produce en las superficies pulimentadas como los espejos. Refracción. Ocurre en la mayor parte de las superficies y no permite ver las imágenes reflejadas. Reflexión
FORMACIÓN DE SOMBRAS Y PENUMBRAS Un efecto de la propagación rectilínea de la luz es la formación de sombras y de penumbras. Si colocamos un cuerpo opaco entre un foco de luz y una pantalla observamos una zona oscura llamada sombra. Se debe a que los rayos de luz no pueden llegar. En los bordes aparece una zona de penumbra, que se forma cuando el foco emisor de la luz tiene un tamaño bastante grande. En los eclipses de Sol también aparece una zona de sombra y otra de penumbra. 5
.5. EL OJO Y EL OÍDO El ojo y el oído son dos órganos especializados en captar distintos tipos de energía. Nuestro sistema nervioso transforma esa energía en información útil.
EL OJO Un foco emite luz, que cuando llega a un objeto se refleja, y llega a nuestros ojos. La luz procedente de ese objeto entra por la pupila (que se abre y se cierra para controlar la entrada de luz), el cristalino actúa como una lente y se enfoca sobre la retina. En la retina existen células nerviosas especializadas que envían impulsos nerviosos al cerebro. El ojo transforma la energía luminosa en señales nerviosas que interpretamos como imágenes.
EL OÍDO La vibración de los objetos se transmite por el aire en todas las direcciones. Las ondas sonoras llegan a una membrana llamada tímpano. Esta membrana vibra, y transmite sus vibraciones a una cadena de pequeños huesos (martillo, yunque y estribo) que amplifican esa vibración y la conducen a la cóclea. En la cóclea están las células nerviosas especializadas que envían la señal nerviosa al cerebro. Las personas podemos percibir los sonidos de frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20 000 Hz. Otros animales son capaces de oír sonidos de frecuencias superiores (ultrasonidos) o de frecuencias más pequeñas (infrasonidos).
.6. CONTAMINACIÓN ACÚSTICA Y LUMÍNICA El crecimiento de las ciudades ha traído como consecuencia: -
Contaminación acústica Contaminación lumínica 6
CONTAMINACIÓN ACÚSTICA Muchas de las actividades realizadas en las ciudades producen ruido. El ruido se define como un sonido no deseado. Pero esta definición es un poco subjetiva, puesto que un sonido puede que a una persona no le moleste y a otra persona sí. Para medir el ruido se utiliza una unidad llamada decibelio (dB). Por encima de 30 dB no se puede dormir y a partir de 140 dB se considera insoportable.
Los ruidos producen efectos muy negativos en la salud: estrés, dificultades de concentración y aprendizaje, daños en los oídos,…
CONTAMINACIÓN LUMÍNICA La Tierra vista desde el espacio nos muestra su iluminación nocturna. Esa luz que se escapa hacia el cielo es energía desaprovechada y causa la contaminación lumínica. Esto nos impide observar las estrellas por la noche. La contaminación lumínica no afecta directamente a nuestra salud.
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