Dispersión
31 mar, 2013
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PDFArco iris
PRESENTACIÓN: El índice de refracción de un medio disminuye cuando aumenta la longitud de onda. Así en el espectro visible las longitudes de onda más largas (rojo) se desvían menos que las cortas (azul) produciendo un fenómeno de dispersión cuya manifestación cotidiana más conocida es el arco iris que se produce cuando la luz se dispersa al atravesar las gotas de agua en la atmósfera.
- RAINBOW, Paul Hewitt, Phys. Teach. 44, 268 (2006)
- Why is white light dispersed by a prism?, Frank S. Crawford, Phys. Teach. 17, 583 (1979)
INTRODUCCIÓN: El arco iris es un fenómeno óptico que produce la aparición de un espectro de frecuencias de luz continuo cuando los rayos de luz atraviesan gotas de agua. Existen muchas maneras de observar este hecho. Algunas de ellas son: desparramar agua en un día soleado, colocar en una bandeja llena de agua un espejo y delante de este una hoja de papel en blanco, o el propio fenómeno meteorológico.
OBJETIVO: Demostrar que la luz, cuando se refleja y refracta en un frasco de vidrio lleno de agua, produce la separación de la luz que de la lugar al arco iris.
MATERIALES: frasco de vidrio cilíndrico, linterna enfocable, hoja de papel blanco, agua.
MONTAJE: Llenamos el frasco de vidrio cilíndrico de agua y lo colocamos en una habitación oscura. Bajo él colocamos una hoja de papel blanco para obtener mejores resultados. Con la linterna hacemos incidir un rayo sobre la superficie hasta encontrar el ángulo en el que la luz se separe formando el espectro de frecuencias.
EXPLICACIÓN: Cuando el rayo incide sobre el agua del frasco la luz amarilla se desvía 138º respeto al ángulo de entrada. Otros colores lo hacen en un ángulo menor (rojo) y otras en un mayor (violeta). Primero, el rayo entra en el agua refractándose ligeramente para después reflejarse en la cara interna de la misma. Finalmente, vuelve la refractarse saliendo del líquido en forma de luz dispersa, pues el ángulo de refracción es distinto para cada longitud de onda.
CONCEPTOS: reflexión, refracción, frecuencia, luz.
MÁS INFORMACIÓN:
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- EXPLORATORIUM
- WEBDEFÍSICA
- PHYSLET
- UNIVERSITY OF TEXAS
- NORTHWESTERN UNIVERSITY
- DUKE UNIVERSITY
TEXTOS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
ALUMNADO 2011-2012: Carlos Coroas, María Cotón, Alejandro Vidal, Luís Rodríguez
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ALUMNADO 2011-2012: Pablo Pallas, Alejandro Paz, Raquel Pérez
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11 responses to "Dispersión"
El prisma de Newton era un sencillo mecanismo mediante el que el físico inglés demostró la complejidad de la luz visible, compuesta por diferentes colores que precisamente coinciden con los colores del arcoiris. Así, Newton logró descomponer la luz solar, pero siguió sin saber el porqué.
El disco giratorio coloreado de Isaac Newton demostró que la luz blanca está formada por los colores del arco iris. Newton observó que al hacer atravesar un haz luminoso por una lente, siempre existen variaciones de color alrededor de la imagen transmitida. A esta coloración, generada por los diferentes focos luminosos a los que se ve expuesta la lente, se la denomina dispersión de la luz.
Asimismo, comprobó que si hacía pasar un haz luminoso por un prisma, la luz blanca se descomponía en una serie de colores brillantes (arco iris) que denominó espectro solar. De esta experiencia dedujo que si la luz blanca se podía descomponer en los colores del arco iris, combinando éstos se podría volver al color blanco.
El disco giratorio de color fue una de las diversas experiencias de las que se sirvió para demostrar su teoría. Se trata de un disco dividido en sectores pintados con los colores del espectro visible. Al hacerlo girar a gran velocidad se puede observar como estos colores desaparecen, tomando una tonalidad blanca, más brillante cuanto mejor se haya hecho la proporción de colores.
Aquí dejo un enlace donde se puede observar este fenómeno.
Añadir en cuanto al disco de Newton que de esa experiencia se dedujo que si la luz blanca se descompone en los siete colores del arco iris, mezclando estos colores se podría obtener la luz blanca. La luz blanca lleva dentro todos los colores que podemos ver, menos el negro. Debido a que éste es la ausencia de color, por eso cuando no hay nada de luz, que todo está oscuro, las cosas siempre las vemos negras.
Nosotros vemos el color de cada cosa porque le llega a ese objeto luz blanca, y el objeto guarda todos los colores menos el suyo. Un tomate reflejará el rojo y se guardará los demás, una hoja blanca refleja toda la luz que le llega y un trozo de carbón absorberá toda la luz.
Pero para que nosotros sepamos de qué color es un cuerpo, su luz tiene que llegar a nuestros ojos y éstos mandarán la información al cerebro. Algo curioso de los ojos es que siempre guardan lo que ven por una décima de segundo, que aunque es un tiempo muy corto puede ayudarnos en muchas cosas. Por ejemplo, si esto no pasara no podríamos ver bien las películas ya que estas son una serie de fotos inmóviles, que se ven en movimiento gracias a que el ojo une varias imágenes con diferentes posiciones.
El mismo caso sucede cuando los colores pasan muy rápido frente a nuestros ojos, que se unen todos los colores primarios y nuestro cerebro sólo distingue el color blanco.
O arco da vella segue a ser un misterio para gran parte da humanidade que pode ser explicado de forma sinxela cos videos propostos previamente. Descartes simplificou o estudo do arco da vella reducindo o caso ao estudo da traxectoria dun raio de luz dentro dunha gota de auga esférica suspendida na atmosfera.
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A dispersión da luz refíerese á práctica de separar un raio de luz branca nas cores individuais que o compoñen. Para demostrar este fenómeno pódese empregar un prisma como propuxo Newton, co cal probou que os prismas dispersan a luz en distintas bandas de colores.
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La dispersión de la luz además de ayudarnos a explicar el arco iris también nos puede servir para explicar porque el cielo es azul.
El secreto del color azul del cielo está relacionado con la composición de la luz solar y con la humedad de la atmósfera. El sol hace que parte del agua de la superficie terrestre se evapore en corrientes invisibles pero incesantes hacia el cielo, cuando un haz de luz pasa a través de esta humedad este se dispersa, siendo el rayo violeta el que se separa más de la dirección del rayo blanco lo que provoca la coloración del azul del cielo. La desviación es máxima para los rayos de longitud de onda corta (violeta y azul), y mínima para los de longitud de onda larga (amarillos y rojos), que casi no son desviados. Los rayos violetas y azules, una vez desviados, chocan con otras partículas de aire y nuevamente varían su trayectoria, y así sucesivamente. Cuando llegan a nuestros ojos, no parecen venir directamente del Sol, sino que nos llegan de todas las regiones del cielo. De ahí que el cielo nos parezca azul, mientras el Sol aparece de color amarillo, pues los rayos amarillos y rojos se desvían poco.
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Como se demuestra en el experimento del Arco Iris, la «dispersión de la luz» explica múltiples fenómenos que se observan en la naturaleza. Uno de ellos podría ser el preguntarnos ¿Por qué la nieve es blanca? o ¿Por qué los osos polares son blancos, cuya piel es negra y su pelo transparente?; estas preguntas se pueden explicar mediante la dispersión de la luz y un medio formado por burbujas de aire.
La nieve, está formada por cristales de hielo en forma hexagonal. Entre estos pequeños cristales que forman la nieve pasa el aire y con este la luz. Los pequeños cristales hexagonales dejan que la luz se difunda y así la nieve se vea blanca. Si no existieran las burbujas de aire, la nieve se vería traslúcida.
En el caso de los osos polares, pasa el mismo efecto, la luz se refleja sobre el pelaje generando una «falsa sensación de blancura». Esto es debido a que entre la superficie de la piel y su pelaje, existen infinidad de diminutas burbujas de aire (cuya función es del aislamiento térmico del animal), estas burbujas de aire actúan como si fuesen partículas en suspensión, dispersando la luz incidente y haciendo que la apariencia sea blanca.
Cando a luz solar incide sobre gotas de choiva xenérase un fenómeno óptico, aparecendo un espectro de frecuencias de luz continuo no ceo, coñecido como arco da vella.
Polo xeral, o arco da vella obsérvase na dirección oposta do sol. A forma de arco que observamos é parte do cono de luz que está cortado polo horizonte. Pódese realizar un experimento caseiro para reproducir o arco da vellacon tan só tres materiais que todos temos na casa: auga, un espello e un recipiente. Enchemos o recipiente de auga e introducimos parte do espello nela, de maneira que a luz solar refráctase e refléxase. Se orientamos o espello por exemplo hacia unha parede poderemos ver o arco da vella nela. Este fenómeno tamén se pode reproducir simplemente pulverizando auga de costas ó sol, como se pode observar neste vídeo. Como curiosidade poderíaselle enseñar este pequeno vídeo ós/ás alumnos/as, no que aparece un camión cisterna creando un arcoíris xigante a partir de difusión de auga no ambiente nun día soleado.
En general todos los fenómenos vinculados a la luz permiten la realización de actividades muy interesantes para el alumnado. La primera persona en explicar este fenómeno de dispersión fue Newton, con el conocido Prisma de Newton. Gracias a esto, pudo demostrar en contra de la creencia de su época que los colores de las sustancias no se debían a si mismas, sino a la descomposición de la luz blanca. Otro experimento interesante es emplear un CD o DVD como una red de difracción que permite también descomponer los colores de la luz. La espectroscopia está muy relacionada con este fenómeno. Con las gafas de la mini-investigación que se nos facilitó en clase se podrían observar espectros de emisión de distintas sustancias.
En ocasiones no se ve un único arco iris, sino dos, uno por encima del otro y con los colores invertidos. Este segundo arco iris se produce cuando el rayo solar penetra por la parte de abajo de la gota, y llega hasta nosotros tras rebotar dos veces dentro dicha gota. Al haber dos rebotes, los rayos se cruzan y salen de esta en orden inverso. Este segundo arco iris suele ser más tenue porque en cada rebote se pierde algo de energía. Además este se observa más arriba ya que el ángulo de salida es mayor, debido a que al realizar dos rebotes los rayos de luz cubren más distancia.
Fantástico fenómeno y genial la explicación de Laura. Hace poco tuve el placer de disfrutar de un arco iris doble con muy buena visibilidad. No conocía el fenómeno y fue fascinante. Adjunto una imagen para completar tu comentario.
Como complemento del experimento propuesto que es un clásico de los experimentos de luz desde que Newton desarrollo el experimento de la descomposición de la luz con un prisma planteamos usarlo como base para explicar el experimento complementario es decir la recombinación de la luz que previamente ha sido descompuesta. Esta idea está muy bien desarrollada en la siguiente dirección.