La luz: rayos, reflexión, dispersión y el espectro electromagnético
La luz como onda electromagnética, c = f·λ, la ley de la reflexión, por qué los prismas y las gotas de lluvia forman espectros, el color y la dispersión. Con un experimento sobre la ley de la reflexión.
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La luz es una onda electromagnética. En el vacío viaja a c = 3,00 × 10⁸ m/s (en el aire, solo un poco más despacio) y, como cualquier onda, cumple c = f·λ. La luz visible tiene longitudes de onda de unos 400 nm a 750 nm: el rojo tiene la mayor longitud de onda y la menor frecuencia; el violeta, la menor longitud de onda y la mayor frecuencia.[6]
En la óptica geométrica, la luz se representa como rayos que viajan en línea recta y cambian de dirección en un espejo o en la frontera entre dos materiales. En un espejo, el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, ambos medidos desde la normal. Una superficie lisa en comparación con la longitud de onda da una imagen nítida; una superficie rugosa dispersa la luz en todas direcciones (reflexión difusa).[3][4]
La luz blanca es una mezcla bastante uniforme de todas las longitudes de onda visibles. Como el índice de refracción de un material depende de la longitud de onda, cada color se refracta de forma distinta: esto es la dispersión. En el vidrio y en el agua el índice es mayor para las longitudes de onda más cortas, así que el violeta se desvía más que el rojo. Un arcoíris se forma cuando la luz del Sol se refracta al entrar en una gota de lluvia, se refleja en su parte trasera y se vuelve a refractar al salir.[5]
Cuando la luz encuentra materia, puede transmitirse, reflejarse, absorberse, refractarse o dispersarse. El color de un objeto son las longitudes de onda que refleja, mientras que las demás se absorben.[2]
El cielo es azul porque las moléculas del aire dispersan las longitudes de onda cortas con mucha más fuerza que las largas. Al atardecer, el camino a través de la atmósfera es mucho más largo, así que casi todo el azul se dispersa fuera del haz directo y el Sol se ve rojo o naranja.[1]
La luz del Sol recorre unos 1,5 × 10¹¹ m en unos 500 s: ocho minutos. Ves el Sol como era hace ocho minutos.[7][6]
Pruébalo: Comprueba la ley de la reflexión
Necesitas
- Un espejo plano con soporte (o un bloque para mantenerlo vertical)
- Una caja de rayos con una sola rendija, o una linterna tapada con cartulina negra que deje una rendija estrecha
- Una hoja A4, una regla, un lápiz afilado y un transportador
- Una habitación en penumbra
Seguridad
Las cajas de rayos se calientan: no toques la bombilla. Si se usa un puntero láser, que sea solo un láser escolar de baja potencia bajo la supervisión del profesor o la profesora, y nunca lo apuntes a los ojos ni a superficies brillantes orientadas hacia personas.
Qué hay que hacer
- Traza una línea recta en el papel y pon el espejo de pie sobre ella, con la cara reflectante a lo largo de la línea.
- Traza la normal: una línea a 90° de la línea del espejo, en el centro de la hoja.
- Haz pasar un rayo estrecho por el papel de modo que llegue al espejo justo donde lo corta la normal.
- Marca el rayo incidente y el reflejado con dos puntos de lápiz cada uno; luego quita el espejo y traza los rayos con la regla.
- Mide el ángulo de incidencia i y el ángulo de reflexión r desde la normal.
- Repite con al menos cinco ángulos (por ejemplo 15°, 30°, 45°, 60°, 75°) y representa r frente a i.
¿Qué pasa y por qué?
Los puntos deberían quedar sobre la recta r = i. Las pequeñas diferencias se deben a la anchura del rayo, al grosor del vidrio del espejo (refleja la parte trasera plateada, no la delantera) y a la lectura del transportador. Esta es la ley de la reflexión.[4]
Juega: ¿Visible o no?
Usa c = f·λ (c = 3,00 × 10⁸ m/s). ¿Esta luz es visible (400–750 nm), está más allá del rojo (infrarrojo) o más allá del violeta (ultravioleta)?
Tu mejor puntuación se guarda solo en este dispositivo. No se envía nada.
Cuestionario
Otras edades: 6–7 años · 10–11 años