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reflexión y refracción de la luz

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¿Qué es la luz?

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Te explicamos qué es la luz, la historia, velocidad y propagación de este fenómeno. Además, sus características generales, teorías y más.

¿Qué es la Luz?

Existen diversas formas de radiación electromagnética propagándose en el universo y transportando energía de un lugar a otro. Los rayos X y los rayos gamma, son un ejemplo de ello, como también lo es esa parte del espectro electromagnético que puede ser percibida por el ojo humano, y que comúnmente recibe el nombre de luz.

La luz, como todas las formas de radiación, está compuesta por partículas elementales, pero las suyas carecen de masa y se denominan fotones. Dichos fotones y su comportamiento dual como ondas y como partículas, son los responsables de las propiedades físicas de la luz.

Los físicos, no obstante, encargados del estudio de este tipo de fenómenos, nos han enseñado que existen tipos de luz no visible, es decir, que la perceptible es apenas un área del enorme espectro de radiaciones electromagnéticas que se nos escapan. La rama de la ciencia encargada de estudiar los fenómenos de la luz se denomina óptica.

Ver además: Contaminación electromagnética.

Historia de la luz

La luz ha sido objeto de curiosidad y veneración humana desde tiempos remotos. Los antiguos griegos la consideraban fuente de vida y de verdad, y fue ampliamente estudiada por Empédocles y Euclides. Ya en ese entonces se conocían algunas de sus propiedades físicas, si bien sería a partir del Renacimiento que su estudio y aplicación a la vida humana tomaría un impulso verdadero.

La invención de la electricidad y la posibilidad de iluminar a voluntad fue otro de los grandes motores de su estudio, si bien éste estuvo siempre atenido a la discusión de si la luz contenía partículas o si era una onda de energía.

Ya en el siglo XX, la ingeniería óptica se hizo cargo del desarrollo, junto con la electrónica, de numerosas aplicaciones modernas para la luz, pudiendo comprender mucho mejor su funcionamiento gracias a las teorías cuánticas y al gigantesco avance de la física y la química que tuvo lugar después de la mitad de la centuria.

A esta evolución debemos tecnologías como el láser, los hologramas, el cine, la fotografía, el fotocopiado o los paneles fotovoltaicos.

Puede servirte: Electricidad.

Velocidad de la luz

La primera medición exitosa de la velocidad de la luz, fue hecha por Ole Roemer, un astrólogo danés, en 1676. La física contemporánea, no obstante, ha afinado los mecanismos de percepción de la luz hasta poder dar con la medición actualmente aceptada, que es de 299.792.4458 metros por segundo.

Habría que decir que dicha velocidad refiere a la luz propagándose en el vacío, ya que al hacerlo a través de la materia pierde una considerable velocidad, dependiendo de la naturaleza de la materia atravesada, claro está.

Propagación de la luz

Una de las primeras características apuntadas de la luz, es su forma específica de propagarse: en línea recta. De hecho, el origen de las sombras tiene que ver con esto, ya que al estrellarse contra un objeto opaco, la luz proyecta su silueta: se ilumina el fondo alrededor excepto la porción bloqueada por el cuerpo.

Dicha sombra se compondrá de dos etapas: la penumbra, más luminosa, y la umbra, más oscura.

Los juegos de sombras, que dependen de la posición y el ángulo del origen de la luz, demuestran que es posible prever el desplazamiento rectilíneo de las ondas lumínicas. De hecho, a ello se dedica la óptica geométrica.

Refracción de la luz

Uno de los principales fenómenos físicos observables de la luz, la refracción ocurre cuando la luz cambia de medio de propagación, y se evidencia en un cambio brusco de su dirección, lo cual puede dar una impresión falsa de lo observado. Es el efecto que se produce al introducir una cucharilla en un vaso con agua, por ejemplo, en el que aparenta haberse quebrado la cucharilla.

A mayor cambio de velocidades (entre el medio inicial y el secundario), mayor será el cambio de dirección y más pronunciado el efecto visual.

Difracción de la luz

Aunque sabemos que la luz se propaga en línea recta, es posible someterla a condiciones específicas que curven su trayectoria. Tal es el fenómeno de la difracción, en que un haz de luz que atraviesa una abertura estrecha, por ejemplo, desvía su curso en una nueva dirección, empleando la abertura como un nuevo emisor de ondas.

Este es un principio altamente utilizado en la fotografía y en el diseño telescópico.

Reflexión de la luz

La materia, al ser impactada por la luz, retiene por unos instantes la energía y luego la libera de nuevo, en todas las direcciones. A dicho fenómeno se le conoce como reflexión. De allí que se afirme a menudo que los objetos no tienen realmente un color, sino que una vez impactados con la luz, la reflejan vibrando en una misma frecuencia, que es lo que para nosotros deviene un color específico.

Las superficies ópticas lisas, sin embargo, pierden la mayor parte de la radiación que reflejan, excepto la que se propaga en el mismo ángulo de incidencia. He allí como funcionan los espejos, por ejemplo.

Dispersión de la luz

La dispersión, en cambio, es un fenómeno que implica que la luz, al ingresar a un cuerpo transparente de caras no paralelas, como un prisma o una gota de agua, se descompone en su totalidad de colores ya que, como hemos visto, varía su velocidad y frecuencia de onda, permitiéndonos ver todo el espectro cromático que contiene la luz blanca: eso que denominamos arcoíris.

Polarización de la luz

Se llama polarización a la capacidad de ciertos cristales translúcidos, una vez superpuestos y girados en un ángulo específico, de mitigar el paso de la luz y evitar ciertos ángulos de reflexión. Es así como operan las gafas de sol, por ejemplo, o ciertos filtros para las cámaras fotográficas, que modulan a través de este sistema de cristales la cantidad de luz que puede ingresar al aparato o al ojo humano.

Teorías sobre la naturaleza de la luz

A lo largo del tiempo han existido numerosas aproximaciones teóricas a la naturaleza de la luz, fenómeno que se ha mostrado elusivo en la mayoría de los casos. Podemos estudiar cada teoría por separado, basándonos en su aproximación específica a la supuesta naturaleza de la luz, a saber:

Teoría ondulatoria. Se aproxima a la luz considerándola una onda electromagnética, es decir, un campo eléctrico que genera uno magnético (y viceversa) autopropagada indefinidamente por el espacio. Esta perspectiva es útil para describir numerosos comportamientos de la luz, pero no es tan efectiva para decir qué es exactamente la luz, qué cosas la componen.

Teoría corpuscular. Por su parte, esa perspectiva considera la luz como un torrente de partículas carentes de carga y de masa, llamadas fotones. Así, es posible estudiar la interacción de la luz con la materia, a partir de las consideraciones físicas entre electrones y fotones.

Teorías cuánticas. Surgen debido a la necesidad de reconciliar las dos perspectivas anteriores, pero aún no logran reconciliar sus posturas. Grandes avances en ese sentido fueron las teorías de Einstein respecto a la relatividad y al efecto de la gravedad en el comportamiento de la luz, así como las recientes aproximaciones a una teoría del campo unificado, a partir del trabajo con partículas elementales.

Espectro electromagnético

Se llama espectro electromagnéticos al rango de todos los posibles niveles de energía de la luz. Se organiza en base a la longitud de onda de las emisiones correspondientes a cada nivel, de las cuales el espectro visible es apenas una porción delimitada.

Las longitudes de onda perceptibles por el ser humano van de los 380 nanómetros (donde inicia el espectro ultravioleta) hasta los 780, donde inicia el infrarrojo. Los colores cálidos registran longitudes de onda más altas, mientras que los fríos longitudes más bajas.

¿Cómo citar?

"Luz". Autor: Julia Máxima Uriarte. Para: Caracteristicas.co. Última edición: 11 de agosto de 2019. Disponible en: https://www.caracteristicas.co/luz/. Consultado: 02 de noviembre de 2020.

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Te explicamos qué es la luz, la historia, velocidad y propagación de este fenómeno. Además, sus características generales, teorías y más. Existen diversas formas de radiación electromagnética propagándose en el universo y transportando energía de un lugar a otro.

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Melina Furman - ¿Cómo hacer experimentos en la clase de ciencias naturales?

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Visualización de las vibraciones sonoras:

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Visualización de las vibraciones sonoras:

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Bloque: El mundo físico.
Año: Quinto año.
Contenido: La vibración de los objetos como fuente de sonido.

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Objetivo:
-Relacionar la producción de sonidos con la vibración de objetos.
Materiales:
-Un tubo de cartón sin tapa ni fondo
-Papel film o nylon
-Banditas elásticas
-Un poquito de arroz, polenta o azúcar
-Un parlante (radio, celular)
Procedimiento:
1) Tomar el papel film o nylon y colocarlo lo más estirado (tenso) posible, sobre una de las bocas del tubo de cartón, y sujetarlo con una bandita elástica.
2) Colocar sobre el papel film o el nylon unos pocos granos de arroz, o polenta.
3) Colocar el dispositivo sobre un parlante.
4) Ir subiendo el volumen del parlante y observar qué sucede con los granos de arroz o polenta.
Conclusiones:
Si se comienza con el volumen de la radio en el mínimo y éste se va
aumentando gradualmente, se ve que los granos de arroz o polenta van a comenzar a moverse. Se
observará que cuanto mayor sea el volumen de la radio, más notorio será el movimiento de los granos.
Sabemos que podemos percibir los sonidos con nuestros oídos y que los sonidos se producen en el
objeto que vibra. Esto quiere decir que el sonido viaja desde una fuente hasta nuestros oídos. El
sonido es una vibración que se transmite de un lugar a otro.

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Para trabajar el sonido en primer ciclo, la propuesta consiste en realizar una actividad en conjunto con el área de música para primer año de la escolaridad primaria.
Los alumnos deberán estar sentados en el suelo, formando una ronda, en el centro habrá un parlante y en él se reproducirán diferentes sonidos y de manera grupal se clasificarán en sonidos graves y agudos. Los sonidos serán:
-canto de un pajarito.
-sonido de tambor
-timbre de hogar
-sonido de violín
-rugido de un león
-silbato de un árbitro
-golpe de las olas contra las rocas
-sonido de truenos
-sirena de ambulancia

Una vez clasificados todos los sonidos, se trabajará sobre las características que reúnen los sonidos graves y los sonidos agudos.

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Año: Segundo año

Bloque: Materiales

Eje: Los materiales y la luz

Propósitos:

Reconocer materiales opacos, translúcidos y transparentes.

Objetivos:

Explorar el comportamiento de los materiales y la exploración de sombras.

Materiales:

Hoja blanca

Lápiz

Muñecos

Acetato

Fibras de colores

Procedimiento:

Para esta actividad, los alumnos y alumnas traen un juguete que apoyarán sobre la hoja blanca, en algún sitio, donde se proyecte la luz. Dibujarán el contorno de la sombra de estos objetos/ muñecos.

Luego utilizarán un pedazo de acetato que pintarán del color que deseen y harán el mismo procedimiento

Conclusiones:

Con esta experiencia, los alumnos y alumnas observan que los objetos opacos generan sombra porque no dejan pasar la luz.  Mientras que en los translúcidos, como el acetato, la luz sigue reflejando.

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Año: Sexto año

Bloque: Mundo físico - La luz

Recorte de contenido: La propagación de la luz

Propósitos:

Acercar a los alumnos a ciertos fenómenos físicos, como la propagación de la luz, realizando diferentes actividades experimentales, analizando los resultados y accediendo a nuevos conceptos y modelos explicativos.

Objetivos:

Diseñar y realizar exploraciones para comprobar que la luz se propaga en línea recta.

Cámara Estenopeica Casera

Materiales:

Caja de cartón

Pegamento

Cinta negra

Tijeras

Trincheta (pedile ayuda a un/a adulto/a responsable)

Cartulina negra o témpera negra y pincel

Regla

Cinta de papel o Scotch

Lapicera o lápiz

Alfiler

Papel aluminio

Papel manteca o papel seda

Procedimiento:

Cortá dos cuadrados en los lados enfrentados de tu caja uno será más pequeño que el otro. Asegurate de que por dentro la caja sea oscura, de no ser así, podés pegarle cartulina negra o pintarla con témpera negra.

En el cuadrado más grande vas a pegar un cuadrado de papel manteca o papel seda. Sobre el cuadrado pequeño, pegas un pedazo de aluminio y en el medio le realizás un agujero, pinchando con el alfiler (trata de que sea lo más chiquito posible).

Una vez pegados el aluminio y el papel seda, te aseguras de unir las aberturas de la caja y sellarlas con cinta negra.

¡Ya está lista la cámara para ser usada!

Conclusiones:

Una cámara estenopeica es una cámara de fotos sin lente, que está formada por una caja a prueba de luz con un agujero muy pequeño por donde entra la misma.

La cámara funciona por la propiedad que tienen los rayos de luz para extenderse en línea recta. En la cara opuesta al agujero se crea una imagen invertida de la imagen de fuera. Los rayos entrarán  como un pequeño rayo de luz y el resto estará totalmente oscuro.

La cámara oscura es un sistema fácil, es un cajón con un agujero muy pequeño por el que entra luz, un rayo por cada punto del objeto.

Una cámara estenopeica tiene tres partes, una caja negra en la que no entra luz, una placa de aluminio con un agujero muy pequeño que se llama estenopo, se llama así porque viene de una palabra griega que significa “agujero”,  y un material sensible a la luz. Para construirla se puede hacer de una manera fácil o más difícil y, para hacer una cámara estenopeica simple solo hace falta una caja por la que no entre la luz con un agujero y papel fotográfico en la pared que está enfrente del agujero.

*Queremos aclarar, que comprobamos cómo se refleja la luz sobre el papel manteca, pero la cámara con la que se cuenta, no puede captar la imagen que se proyectaba.

Adjuntamos imágenes de cómo se ve, extraídas de internet.

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Sexto año

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Cómo hacer un microscopio fácil. Paso a paso

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 Foto real. 
Imagen superior: reflejo del paisaje en cámara estenopeica.
Imagen inferior: Paisaje real.

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 Foto real. 
Imagen superior: reflejo del paisaje en cámara estenopeica.
Imagen inferior: Paisaje real.

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Ciclo: Segundo ciclo.

Año: Sexto año

Bloque: Materiales

Contenido: Las transformaciones de los materiales.

Nombre del experimento: La oxidación de la manzana.

Materiales que necesitamos

1 manzana verde

Leche

Agua

Limón

Bicarbonato

Vinagre

6 cuencos

Desarrollo del experimento

Lo primero que vamos a realizar, es cortar la manzana en rodajas. Recuerda que esta tarea, siempre debe llevarla a cabo el adulto.

A continuación preparamos 6 recipientes  y en cada recipiente echamos algunas rodajas de manzanas. Aquí en esta parte puedes mezclar diferentes tipos de manzana para ver si la oxidación ocurre igualmente.

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Ciclo: Primer ciclo.

Año: Tercero

Bloque: Materiales

Contenido: Las transformaciones de los materiales.

Nombre del experimento: El ciclo del agua y los cambios de la materia.

Materiales

Una botella de plástico transparente

Agua

Colorante alimentario azul

Rotuladores permanentes

Preparación

1. Dibuja el sol y unas nubes en la parte superior de la botella, y la tierra en el la parte inferior.

2. Mezcla medio vaso de agua con el colorante azul y viértelo en la botella y tápala.

3. Por último colócalo junto a la ventana, o en algún sitio donde le dé el sol, y observa.

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Un recipiente irá con leche, otro con agua, agua y bicarbonato diluido, vinagre, limón y en el último solo agua.

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Pueden escribir en una hoja; ¿Qué creen que sucederá en esas mezclas que se han preparado? ¿Qué solución oxidará a la manzana o cuál no?, ¿Por qué?

Dejamos reposar las manzanas y volvemos a mirarlas pasadas unas horas. Puedes ir observándolas cada dos o cuatro horas. ¿Acertaron en sus predicciones?

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¿Por qué se oxida la manzana cuando se pela o corta? A este proceso se le llama oxidación. Ocurre cuando se expone al aire una vez cortada o pelada. Una enzima es liberada al reaccionar con el oxígeno y hace que la manzana se vuelva marrón.

En el experimento se observa que algunos ácidos, como el ácido cítrico del limón sirven como antioxidante. También se puede observar en la leche que es otro ácido. Los ácidos retrasan el proceso de oxidación debido al bajo pH. El oxígeno primero reacciona con el ácido y cuando agota el ácido reaccionará con las enzimas de la manzana. De ahí el proceso de oxidación es más lento cuando tiene limón o vinagre.

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Explicación

¿Cómo funciona el ciclo del agua? El sol calienta el agua de océanos, ríos y lagos, que sube a la atmósfera en forma de vapor de agua (evaporación) y forma nubes que almacenan el agua en forma de vapor. Cuando estas nubes se encuentran con una corriente de aire frío, el vapor se condensa (condensación) y se precipita en forma de lluvia (precipitación). Si la temperatura baja aún más, la precipitación puede producirse en forma de nieve o granizo.

Con este experimento no podremos ver el proceso completo, pero aun así es un experimento muy visual y útil para acompañar la explicación del ciclo del agua. En la botella podemos observar como el agua que está en el fondo al calentarse con el sol, se evapora, sube en forma de gotas de agua que se adhieren a las paredes de la parte superior de la botella.

En conclusión podemos ver que en la naturaleza podemos encontrar a la materia en tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso, y que estos estados pueden ser afectados por factores como la temperatura y presión ocasionando cambios de estado de la materia en donde se afecta la interacción entre las moléculas.