Espejos planos y curvos. Los colores.

Ya mañana termina el proyecto, así que una de mis últimas entradas va a ser sobre los espejos, de lo que subí un vídeo de Youtube hace un par de semanas puesto que era bastante interesante.

LOS ESPEJOS PLANOS.

En esta foto vemos que la imagen de la chica se ve al otro lado del espejo a la misma distancia, pero aparece invertida lateralmente.

Los rayos de luz que proceden del objeto llegan al ojo como si procediesen del interior del espejo, pero esto no es así. El motivo es que el cerebro sitúa las imágenes en la prolongación (real o figurada) de los rayos que llegan al ojo.

Los espejos planos producen imágenes denominadas virtuales porque están formadas por la prolongación figurada de los rayos. Estas imágenes no se pueden proyectar sobre pantallas ni pueden impresionar directamente placas fotográficas y presentan las siguientes características:

- Tienen el mismo tamaño que el objeto.

- Se encuentran a la misma distancia del espejo que el objeto.

En el caso de que la superficie del espejo sea rugosa, no existe una sola normal a la misma y los rayos que inciden , paralelos entre sí, se reflejan en múltiples direcciones sin formar imágenes nítidas. Se produce el fenómeno de la reflexión difusa. Debido a este tipo de reflexión podemos ver los objetos que no tienen luz propia y apreciar si textura y color.

LOS ESPEJOS CURVOS.

Si observamos nuestra imagen en una cuchara bien pulimentada por su parte interior, podemos comprobar que se forma una imagen pequeña e invertida. Al acercar la cuchara a nuestros ojos, la imagen aparece ahora derecha y ampliada. Si nos miramos en su parte exterior la imagen es siempre pequeña y derecha. La cuchara se comporta aproximadamente como un sector esférico. Si la parte pulimentada es la interna se llama espejo cóncavo y si es la externa, espejo convexo, Estos espejos cumplen las misma leyes de la reflexión que los espejos planos.

Los espejos cóncavos juntan en el foco (F) los rayos que inciden paralelos al eje del espejo. El centro de curvatura (C) es el centro de la esfera imaginaria de la que forma parte el espejo. El eje corta el espejo en O. Se cumple: OC=2·OF

Las imágenes en espejos cóncavos pueden ser reales o virtuales, derechas o invertidas y mayores o menores que el objeto. Sus características se determinan gráficamente mediante el modelo de rayos:

- Los rayos paralelos al eje se reflejan pasando por el foco (F).

- Los rayos que pasan por el centro de curvatura C cumplen que î = ^r= 0º y que se reflejan en la misma dirección pasando de nueva por C.

Los espejos convexos separan los rayos. Son las prolongaciones imaginarias de los rayos, que llegan paralelos al eje del espejo, las que se unen en un foco virtual (F´).

Las imágenes en espejos convexos son siempre virtuales, derechas y menores que los objetos. Las características de las imágenes se determinan de forma gráfica utilizando determinados rayos:

-Las prolongaciones de los rayos paralelos al eje pasan por el foco virtual F´.

- Los rayos que inciden en dirección radial (sus prolongaciones pasan por C) se reflejan sin desviarse. 

LOS COLORES:

Así como el oído aprecia la variación de frecuencia de un sonido como una variación del tono, el ojo aprecia la variación de frecuencia de la luz como una variación del color. El ojo humano sólo es impresionado por unos valores determinados de frecuencias de luz.

Del mismo modo que hay sustancias opacas y transparentes, los mecanismos de observación del color pueden ser también de dos tipos: por reflexión (materiales opacos) y por transmisión (materiales transparentes).

Hemos explicado ya que el fenómeno de absorción se produce si hay coincidencia entre la frecuencia de la radiación y las frecuencias naturales de oscilación de los electrones atómicos. Cuando un material iluminado con luz blanca presenta un determinado color, es porque ha absorbido todas las demás radiaciones, salvo la correspondiente a ese color, que, o bien es reflejada, si el material es opaco, o es transmitida por el material hasta emerger por el lado opuesto, si es transparente. A este proceso se le denomina absorción selectiva.

De esto se deduce que, si un material refleja prácticamente todas las radiaciones del espectro visible, será percibido como blanco, mientras que, si absorbe casi todas, se verá negro.

El mecanismo del color de las cosas no es, sin embargo, tan simple. Para entender no solo los colores, sino también los matices de color, debemos tener presente la sensación que produce lo que recibe el nombre de mezcla aditiva de los colores de la luz.

Podemos decir que la luz blanca surge, básicamente, al combinar la luz roja con la luz y la verde, es decir:

Blanco=rojo + azul + verde

Puedes comprobar  este hecho utilizando linternas con filtros de esos colores. Las proporciones de las intensidades en que se mezclan dan lugar a los matices de color.

Del fenómeno de la mezcla aditiva se deriva que un material que solo absorba, por ejemplo, la luz azul reflejará básicamente el rojo y el verde. Pero como la mezcla auditiva de rojo y verde produce el amarillo, el color del material será amarillo. Puedes comprobar fácilmente este hecho. Coge un papel celofán amarillo; al ser amarillo, absorberá el azul, pero dejará pasar el rojo y el verde. Observa luego a su a través un objeto de color azul; lo verás negro. La razón de esto es que el objeto absorbe todos los colores, menos el azul, que es reflejado, mientras que el celofán solo absorbe precisamente este último color.

Absorción selectiva y esparcimiento de la luz.

Esta semana hemos estado de exámenes de evaluación por lo que no he podido dedicar el tiempo que habría querido a proyecto integrado. Hoy voy a seguir con el tema que empecé los otros días, es decir, los aspectos relativos a la interacción de la luz-materia.

Absorción selectiva. El color.

La interacción entre la luz y la materia es realmente compleja. Para entender ciertas cosas, como el hecho de que los materiales sean transparentes u opacos, y además, puedan presentar coloración, debemos tener en cuenta ciertos aspectos de esa interacción. Para simplificar, recurrimos a símiles mecánicos y a aspectos elementales de las ondas. Consideramos que los electrones de los átomos se comportan como osciladores mecánicos y haremos uso del concepto de resonancia, por el que las oscilaciones se amplifican si la frecuencia de una perturbación coincide en fase con la del oscilador. En este sentido, podemos poner el famoso ejemplo del columpio. 

ESPARCIMIENTO DE LA LUZ. 

Cielos azules, amaneceres y atardeceres.

Muchas veces nos hemos preguntado cosas como el porqué del cielo azul, o el porqué de las tonalidades rojizas en los amaneceres y atardeceres. Pues bien. la explicación se basa en un fenómeno llamado esparcimiento de la luz.

Cuando existen partículas en suspensión en el aire se producen reflexiones difusas de la luz que llega a estas partículas y se hacen visibles lateralmente. Este es el conocido efecto Tyndall que se produce cuando los faros del coche iluminan la niebla o entra un rayo de Sol a través de una rendija en una habitación

Si las partículas son mucho menores que la longitud de onda de la luz, al recibir la radiación solar captan parte de su energía y la emiten a su entorno en cualquier dirección. Este fenómenos es conocido como difusión de Rayleigh, segúb el cual:

La intensidad de luz esparcida es proporcional a la frecuencia elevada a la cuarta potencia.

Esto significa que la intensidad difundida correspondiente al azul y al violeta es considerablemente mayor que la del rojo. Por este motivo vemos el cielo azul (la sensibilidad de nuestros ojos al violeta es mucho menos que al azul) excepto en el haz directo en el que vemos al Sol amarillo-rojizo (falta el azul). En los amaneceres y atardeceres la luz solar atraviesa un mayor tramo de atmósfera, la luz azul se ha esparcido mucho, mientras que la luz roja no ha sufrido tanta difusión y es capaz de atravesar más distancia atmosférica. Por esta razón, la componente azul de la luz que nos llega del Sol en los crepúsculos ha sido eliminada por la difusión de la luz y la luz es claramente rojiza.

Cuando el tamaño de las partículas es igual o mayor que la longitud de onda de la luz, la difusión crece y todos los colores sufren parecida difusión, lo que da lugar al blanco. Por este motivo las nubes son blancas. Este fenómeno se observa también cuando el cielo está nublado (el gris es, en realidad, blanco atenuado) o cuando hay mucho polvo en suspensión ( color azul-blanquecino del cielo de los núcleos urbanos contaminados). Ocurre lo mismo con el humo de las chimeneas (blanco-grisáceo) debido al tamaño de las partículas en suspensión que salen de las chimeneas

Un fenómeno asociado con lo que acabamos de explicar es el de la coloración rojiza que adquiere la Luna en sus eclipses. Esto se debe a que sólo la componente rojiza de la luz solar es capaz de atravesar la atmósfera terrestre y es así, la única componente que se proyecta sobre nuestro planeta.

En la Luna, donde no hay atmósfera apreciable, no se produce este fenómeno  por lo que su cielo, aun de día, es profundamente negro.

En Marte, que posee una tenue atmósfera de dióxido de carbono, el polvo formado por granos muy finos da lugar a una coloración rosa salmón. 

Aspectos relativos a la interacción luz-materia.

ASPECTOS RELATIVOS A LA INTERACCIÓN LUZ-MATERIA.

Vamos a ver algunos fenómenos relacionados con la intersección de la luz con la materia.
Primero vamos a ver un fenómenos estudiado por Newton. la dispersión de la luz al atravesar un medio material. Es el conocido proceso por el que la luz blanca se descompone en sus colores constituyentes al atravesar un medio transparente, llamado dispersor.
Posteriormente, analizaremos el proceso de absorción selectiva de la luz, que permite entender el porqué de los colores de los objetos. Finalmente, centraremos nuestra atención en el fenómeno que recibe la denominación de esparcimiento o difusión de la luz, y que es responsable, por ejemplo, de la coloración azul del cielo.

Dispersión de la luz. Prismas.

Un haz luminoso cualquiera es una mezcla de ondas de frecuencia muy variables. En el vacío, la velocidad de propagación de la luz es la misma, independientemente de la frecuencia. Sin embargo, en determinados medios materiales, la velocidad de propagación sí es función de la frecuencia.
El íncide de refracción aumenta ligeramente a medida que la longitud de onda disminuye, es decia, el índice de refraccion aumenta ligeramente con la frecuencia.
Cuando un medio tiene esta dependencia entre el índice de refracción y la frecuencia , se dice que presenta dispersión.
Este fenómeno fue el que observó Newton al hacer que los colores de la luz blanca se dispersaran al atravesar un prisma. Cuando la luz blanca incide en dirección oblicua sobre una de las caras del prisma, sufres refracción al entrar en él. Sin  embargo, como el índice de refracción depende de la frecuencia, cada color sufrirá su refracción es mayor para el violeta y el azul y menor para el rojo, los colores que más se desvian son los primeros. De esa manera, al salir del prisma y sufrir una segunda refracción, los colores aparecen claramente divididos.
La imagen que se recoge en la pantalla, donde aparecen los colores claramente diferenciados, se denomina espectro continuo de la luz blanca. El poder separador de un prisma depende del material transparente utilizado. La desviación del ángulo de desviación de la luz amarilla, que aparece equidistante del rojo y del violeta. Por otra parte, el ángulo que abarca el abanico de los colores dispersados nos da la medida de la dispersión del prisma. La desviación y la dispersión están directamente relacionadas, de modo que cuanto mayor es la primera, mayor es también la segunda.
Este fue el procedimiento por el que Newton logró demostrar que, en contra de la creencia popular en aquel entonces, los colores no provenían del interior de la sustancia, sino que se debían a la descomposición de la luz blanca.

Aquí os dejo una animación sobre la dispersión de la luz.