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ALGUNOS PORQUÉS DE LA CIENCIA En esta páginas iremos incluyendo algunos porqués de la ciencia. Sin prisas, pero sin pausas, en otras páginas pensamos incluir una biografía de los principales científicos. No recibimos casi correos vuestros y los echamos de menos, no los pensamos utilizar para enviaros correos no solicitados, sólo para conocer vuestras sugerencias. Se puede acceder
directamente a los diferentes temas con los menús laterales (entrando por
Inicio) y o bien pulsando
los botones avanzar Ahora hemos parado en los PORQUÉS y estamos preparando las ilustraciones para hacer menos dura su lectura.
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FENÓMENOS
CURIOSOS RELACIONADOS CON LA LUZ La
luz que nos llega del Sol es blanca, pero sin embargo el cielo lo vemos
azul. El
fenómeno físico por el cual el color del cielo aparece azul es debido a
la difusión de la luz en las partículas de la atmósfera. Cuando la luz
choca con una partícula, la luz se esparce en todas direcciones (este fenómeno
se comprueba cuando un rayo de luz atraviesa un ambiente con humo), y es
semejante a lo que ocurre cuando la luz atraviesa un prisma (son muchos
pequeños prismas). En
el caso del cielo, las partículas difusoras son las moléculas de aire,
nitrógeno, oxígeno, vapor de agua. En ellas la
difusión es mucho menos eficaz por la parte del rojo que por la del
azul-violeta (la intensidad de la luz azul es cuatro veces superior que la
luz roja, debido a su menor longitud de onda y, por lo tanto, a su mayor
frecuencia y energía), y como consecuencia toda la bóveda del cielo nos parece
azul, excepto la parte ocupada por el Sol.
Si
no hubiera partículas en la atmósfera, o no hubiera atmósfera, al no
haber difusión, este aparecería negro, excepto el Sol, naturalmente, que
seguiría viéndose blanco. Esto es lo que les ocurre a los astronautas en
órbita en el exterior de la atmósfera. Esto mismo ocurre cuando hay niebla, en los valles con gran vegetación, o en paisajes nevados, que presentan una marcada tonalidad azulada.
¿Por
qué el
Sol, a veces, al alba o en el ocaso, nos parece rojo? El
efecto es debido también a la difusión. Al tener la luz que atravesar un
largo trayecto a través de la atmósfera por encontrarse el Sol en el
horizonte, se produce un gran número de procesos de difusión en las
moléculas de nitrógeno, oxígeno y otros gases,
disminuyendo las componentes azul-violeta de la luz directa del Sol,
predominando por lo tanto las componentes de la luz amarilla-roja que nos
llegan a nosotros.
Si
nos fijamos en la zona central del cielo sobre nuestra vertical, lo
veremos de un azul más profundo que el resto del cielo, debido a las
componentes azul-violeta de la luz del Sol. Un
experimento para comprobando se obtiene mirando el Sol a través de un
vaso de agua, o mejor una pecera, en la que se ha echado unas gotas de
leche. Al difundirse la luz en las partículas de grasa de la leche, que
se encuentran en suspensión en el agua, en la luz que nos llega
predominan las componentes amarillo-rojizas.
¿Por
qué las
nubes son blancas, grises e incluso casi negras? Cuando
las partículas difusoras de la luz son bastante más grandes que la
longitud de onda de la luz (gotitas de agua), la difusión mantiene la
coloración (blanca) y lo que se produce es una reflexión, de tal manera
que si la nube no es muy densa llega mucha luz a su base, pareciéndonos
blanca; si es más densa, llega menos luz a su base, pareciéndonos gris y
si es muy densa (de tormenta) la base de las nubes reciben muy poca luz,
pareciéndonos casi negra.
El
arco iris se explica por fenómenos de refracción, dispersión y reflexión
de la luz en el interior de cada gota de agua suspendida en la atmósfera
(Teodorico de Freiberg, hace más de seis siglos lo comprobó utilizando
una redoma de vidrio llena de agua y Descartes, tres siglos después lo
esquematizó como se indica)
¿Por
qué si existen tantas estrellas y galaxias en el universo (billones de
billones de fuentes luminosas), que sumadas nos indican que debería haber
una iluminación incluso superior a la luz del Sol, sin embargo vemos el
cielo negro en la noche? Parece
ser que, por el efecto Doppler, la emisión luminosa de las estrellas,
sobre todo de las estrellas más lejanas que son las que más influyen por
ser más numerosas, al estar en fuga vertiginosa hacia las zonas más
externas del universo, hacen que la luz que nos llega corresponda al
infrarrojo, que es invisible para nuestros ojos.
¿Por qué las
alas de los insectos son iridiscentes?
Las alas de ciertos insectos, y sobre todo de las mariposas, tienen una gran variedad de colores, según la inclinación desde donde se les mire.
Las alas de estos están constituidas por una fina membrana transparente, donde se produce un fenómeno de interferencia similar al que se observa en las manchas de gasolina sobre agua o en las paredes de una burbuja de jabón. Según el espesor de la membrana de las alas se refuerza un color del espectro en detrimento de otros, produciéndonos esos colores tan agradables.
¿Y qué es la luz?
La
luz es una onda electromagnética, del mismo tipo que las ondas de la
radio, pero de mayor frecuencia (sobre 5 x 1014
vibraciones/segundo (hercios Hz), que se propaga también en el vacío. La
ondas electromagnéticas se genera por las oscilaciones de la carga eléctrica
– iones y electrones- producidas en las transformaciones físicas y químicas
de la materia. La
luz tiene simultáneamente naturaleza ondulatoria y corpuscular, de tal
modo que la energía óptica se manifiesta sólo en pequeñas cantidades
finitas o cuantos de luz (fotones). Al
llegar a la retina, induce reacciones fotoquímicas, que generan impulsos
o señales nerviosas que se dirigen al cerebro, produciéndonos la sensación
de colores.
¿Cómo funciona una célula
fotovoltaica?
Las células
fotovoltaicas o células solares son dispositivos basados en el diodo
semiconductor, en el que la energía luminosa libera electrones. El
rendimiento de las células solares más comunes (de silicio mono o
policristalino) está en torno al 15 %.
¿Por qué la arena mojada
se ve más oscura que la seca? La arena está
formada por sílice y otros minerales. Por su aspereza, la luz solar se
difunde apareciendo blancuzca. Cuando se moja su superficie es menos
irregular al nivelar el agua las asperezas, por lo que la difusión
disminuye, y con ella la luminosidad, llegándonos mejor el carácter cromático
propio del mineral (gris ocre, rojo, negro, etc.) Otro ejemplo es
la observación de un mosaico antiguo o mármol, que toman una coloración
más intensa.
¿Por qué un pez que mira
hacia la superficie ve la luz en un círculo y fuera de él los objetos de
su alrededor?
Si se está
bajo el agua y se mira sobre la propia cabeza, el espacio exterior se ve
dentro de un cono estrecho, delimitado por el ángulo límite
(aproximadamente 49º). Para
inclinaciones mayores a 49º se produce la reflexión interna total,
observándose los objetos que están dentro del agua.
¿Qué es la fibra óptica?
La luz, y otras
radiaciones electromagnéticas, se pueden transmitir a través de un hilo
de vidrio, cuarzo o plástico transparente, debido la reflexión interna
total de la que hemos hablado en la pregunta anterior. La luz, al incidir
casi rasante sobre la pared interna del hilo, se refleja enteramente y así
se propaga de un extremo a otro del hilo sin pérdida apreciable. De aquí su
utilidad en medicina y cirugía, en telecomunicaciones, etc.
¿Por que la superficie del
agua, a veces, se ve como un espejo?
Aunque aquí
estamos hablando de aire-agua y no vidrio-aire, la reflexión total se
produce cuando el ángulo de incidencia es muy grande (se empieza a notar
mucho para ángulos superiores a 60º y es prácticamente total para
incidencia rasante, cerca de 90º).
En este límite,
el agua es un espejo y su color es imperceptible.
¿A qué se deben los espejismos? En el desierto vemos un oasis al que no llegamos, en la carretera un charco que se desvanece cuando nos acercamos, un castillo en medio del óceano. Y no sólo eso, podemos fotografiarlo. Todos ellos son espejismos. El aire es el causante de todos los espejismos. Las moléculas de aire desvían la luz y lo hacen dependiendo de su densidad (que depende de su temperatura). Así, en el primer caso, en el del charco, el calor que desprende el asfalto calentado por el Sol calienta el aire que está sobre la carretera y la luz solar pasa desde una capa de aire más frío y más denso hasta la más caliente y menos densa situada sobre la carretera, produciéndose una desviación que hace ver el cielo donde debería haber asfalto, reluciendo y pareciendo agua. Al acercarse la imágen se aleja y no la alcanzamos. En el caso del óceano cuando vemos un castillo o una montaña, el aire cercano al agua esta menos caliente que en la parte superior y el rebote es contrario y vemos objetos que se encuentran más allá del horizonte.
¿Por qué las lentes
polaroid eliminan los reflejos de la luz cuando el suelo está mojado? Al incidir la
luz en el suelo mojado y reflejarse, sufre parcialmente un efecto de
polarización, con el campo eléctrico oscilante paralelo a la superficie.
Si ahora situamos una lente polarizada perpendicularmente a ese plano, se
produce una reducción de la intensidad de la luz que llega a ojo,
eliminando en parte los reflejos de la superficie mojada.
El fenómeno se
debe a la difracción de la luz. Cuando una onda plana atraviesa el
agujero, a partir del mismo se produce una onda esférica que se propaga
en todas las direcciones, incluso tangente a la cartulina como la
cartulina suele ser rugosa, la luz se difunde y aparece unos círculos
iluminados que se van extinguiendo según aumenta el radio.
Los
fotorreceptores de la visión nocturna son capaces de detectar una
intensidad luminosa correspondiente a unos pocos fotones por segundo, es
decir que, en buenas condiciones, podríamos llegar a ver una bombilla
situada a 1.000 kilómetros de distancia. El cálculo está
hecho para 30 fotones/segundo y para el color amarillo, pero de todas
formas la distancia a la que podríamos ver una luz en una noche oscura y
con el aire limpio es en cualquier caso considerable.
¿Por que un láser produce un
haz de intensidad luminosa muy superior a la de una lámpara eléctrica?
Los fotones
emitidos por un láser son totalmente coherentes, mientras que los
emitidos por otras fuentes de luz no lo son (poseen distintas
frecuencias). Esto hace que mientras en un láser la contribución de
todos los fotones es aditiva (por tener la misma frecuencia), en el caso
de la luz de una lámpara eléctrica la contribución al campo electromagnético
se combina al azar, pudiendo sumarse o restarse, resultando una intensidad
muchísimo más débil (la intensidad luminosa crece con el cuadrado del
campo electromagnético).
¿Por qué un palo tendido nos
parecen más largo que cuando está vertical al suelo?
Por que nuestra
vista está más habituada a objetos horizontales que a verticales.
Nuestra vista no es como la de las aves, que utilizan más la visión
vertical.
¿Por qué en los templos
griegos las columnas se estrechan gradualmente?
Los
constructores griegos, construían las columnas estrechándolas
gradualmente para que parecieran más largas. Por lo que se ve la razón
de la pregunta anterior ya era conocida por los griegos.
Por qué sucede lo que sucede. Andrea Frova. Alianza Editorial, S.A. Madrid.1999. El porqué de las cosas. Kathy Wollard. Ediciones Oniro, S.A. Barcelona.2001.
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de la barra superior. Hay 9 apartados más además de los relacionados con
la Luz, como son: Color, Rozamiento,...,con las partículas, y otros que
iremos añadiendo en lo sucesivo.
