CAPÍTULO 2 / EJERCICIOS

Los materiales y la luz

Fuentes y propagación de la luz

1. Señala cuatro características de la luz natural y de la luz artificial:

Luz natural Luz artificial
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Define las siguientes características que presenta la luz como onda:

Reflexión:

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Refracción:

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Difracción:

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Reflexión: luz que rebota

1. Explica cómo se produce la reflexión y menciona sus tipos.

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2. Identifica cuáles de los siguientes enunciados son verdaderos (V) y cuáles son falsos (F). Justifica todas las respuestas.

La reflexión difusa se produce cuando los rayos de luz se reflejan en la superficie y tienen una sola dirección de salida. (  )

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La longitud de onda de la luz roja es de 450 nanómetros aproximadamente. (  )

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La longitud de onda representa la altura entre un pico y el siguiente. (  )

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Las superficies ásperas hacen que los haces de luz se reflejen en diferentes ángulos. (  )

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Albedo es la cantidad de radiación electromagnética que refleja una superficie, en comparación con la cantidad que absorbe. (  )

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La absorción se produce cuando una superficie refleja los rayos de luz en una amplia gama de direcciones. (  )

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Refracción: luz que se desvía

1. Describe qué fenómenos causados por la luz se pueden observar en las siguientes imágenes:

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2. Investiga y señala la utilidad que tienen los materiales refractantes para los seres humanos.

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Espectro de luz visible

1. Completa el siguiente cuadro con el tipo de color correspondiente.

Tipo de color Descripción
Colores en su esencia básica; no pueden ser creados al mezclar otros.
Ubicados juntos en una rueda de color.
Ubicados uno frente al otro en una rueda de colores.
Se obtienen mediante la mezcla de dos colores primarios.
Se forman mediante la mezcla de tonos primarios y secundarios.

2. Investiga las longitudes de ondas aproximadas y los intervalos de frecuencia de los siguientes colores:

Color Longitud de onda Frecuencia
Rojo
Amarillo
Verde
Naranja
Azul
Violeta

Instrumentos ópticos

1. Explica para qué se utilizan los siguientes instrumentos ópticos:

  • Fotómetro:

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  • Cámara fotográfica:

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  • Microscopio:

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  • Reflectómetro:

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  • Refractómetro:

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  • Lupa:

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  • Telescopio:

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2. Dibuja y describe las partes de un microscopio y de un telescopio:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La luz y los instrumentos ópticos

Estamos tan acostumbrados a oprimir un botón para obtener luz que nos cuesta imaginar cómo fue la vida de aquellas personas que no contaban con luz eléctrica. La palabra clave es “electricidad” gracias a su descubrimiento se generaron avances en la industria, la comunicación y la salud. A finales del siglo XIX se extendió la iluminación eléctrica en las casas y en las calles. Más confort en nuestros hogares… pero qué se sabe de la luz. La tecnología siguió avanzando y se crearon los instrumentos ópticos, como la lupa y el microscopio, con el objetivo de procesar las ondas de luz de un modo diferente y así poder ver objetos al detalle.

Un poco de historia

La primera fuente de iluminación que se utilizó fue el fuego y en función a él se construyeron diversos objetos. Las lámparas más antiguas que se tiene registro fueron empleadas en Egipto y consistían en piedras ahuecadas rellenas de aceite. Los griegos y romanos fabricaron lámparas de bronce o de arcilla y utilizaban como elemento de combustión aceite de oliva u otros aceites vegetales.

Las primeras velas fueron elaboradas por los fenicios hacia el 400 d.C., empleaban grasa animal para su fabricación. Durante el medievo se incrementó su utilización.

Sin embargo, el diseño de las lámparas continúo avanzando. Con el advenimiento de la industria del petróleo, el kerosén pasó a ser el elemento de combustión más utilizado en las lámparas.

La iluminación a gas llegó en 1795, cuando William Murdock, en Inglaterra, ideó una instalación de luz a gas para una fábrica. Rápidamente este sistema se extendió a las calles; las lámparas a gas no contaban con una mecha como las anteriores.

A finales del siglo XIX y principios del XX se fueron reemplazando las lámparas a gas por las eléctricas. En 1879, el estadounidense Thomas Edison y el inglés Joseph Swan llevaron a cabo independientemente la fabricación de la lámpara eléctrica incandescente (bombilla). Las de Edison tuvieron más éxito. Con el paso del tiempo han aparecido más variedad de lámparas y con un sistema de funcionamiento mejorado.

¿Sabías qué...?
La luz tarda más de cuatro años en llegar a la estrella más cercana.

¿Qué es la luz?

La luz es una onda transversal y electromagnética porque se puede propagar en el vacío. Alcanza una velocidad máxima en el vacío de 3.108 m/s. En cualquier otro medio la velocidad de la luz es inferior. En el agua es de 225.000 Km/s, y en el vidrio de 200.000 Km/s.

La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina luminotecnia.

La mayor fuente de iluminación de nuestro planeta
es el Sol que emite energía en forma de luz. De toda la luz que el Sol irradia, sólo una tercera parte llega a la superficie del planeta debido a que la atmósfera actúa como un filtro.

Fuentes de iluminación

Hay cuerpos que producen y emiten su propia luz. Estos cuerpos reciben el nombre de fuentes luminosas y se los puede clasificar del siguiente modo:

Según el origen:

Fuentes naturales: por ejemplo, el Sol o un relámpago. Fuentes artificiales: por ejemplo, una linterna o una vela.

Según cómo se produce la emisión:

Fuentes incandescentes: Son aquellas que emiten luz y calor al ambiente. Por ejemplo, el filamento de una lamparita.
Fuentes luminiscentes: Son aquellas que emiten luz sin emitir calor al ambiente. Los tipos de fuentes luminiscentes que podemos encontrar son:

Triboluminiscencia: es la luz emitida por fricción. Cuando algunos cristales, como el azúcar, se trituran súbitamente, la fricción les hace emitir luz durante un breve instante.
Bioluminiscencia: se denomina así a la luz emitida por los seres vivos. Por ejemplo, insectos como las luciérnagas poseen compuestos químicos que liberan energía luminosa.
Fosforescencia: es la luz emitida gradualmente luego de su almacenamiento. Hay ciertas pinturas que brillan en la oscuridad, éstas absorben energía luminosa y la liberan lentamente. La energía luminoso se percibe en la oscuridad, un clásico ejemplo son las agujas del reloj.
Fluorescencia: es la rápida emisión de energía luminosa. Los tintes fluorescentes a menudo contienen productos químicos que absorben brevemente la luz ultravioleta y luego la emiten como luz visible.

Bioluminiscencia.

Propagación de la luz

La luz emitida por una fuente luminosa es capaz de llegar hasta otros objetos e iluminarlos. Este recorrido de la luz, desde la fuente luminosa hasta los objetos, se denomina rayo luminoso.
Las características de la propagación de la luz son:

  • La luz se propaga en línea recta. Por eso la luz deja de verse cuando se interpone un cuerpo entre el recorrido de la luz y la fuente luminosa.
  • La luz se propaga en todas las direcciones. Esa es la razón por la cual el Sol ilumina todos los planetas del sistema solar.
  • La luz se propaga a gran velocidad.

Existen dos propiedades de la luz que son comunes a todos los tipos de luz que existen:

  • Reflexión: el rayo luminoso se refleja cuando llega a una superficie reflectante. Por ejemplo: Los espejos son capaces de reflejar la luz que reciben.
  • Refracción: el rayo luminoso cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro. Por ejemplo, cuando el rayo de luz pasa del aire al agua.

Color y luz reflejada

El color que poseen los objetos no es una propiedad intrínseca de ellos, sino que se relaciona con la naturaleza de la luz que reciben. Un objeto absorbe gran parte de la luz que lo ilumina y refleja una parte más o menos pequeña.
Al iluminar un objeto con luz blanca, veremos el objeto del color que éste más refleja. Es decir, si en este momento estamos viendo un objeto azul, es porque absorbe todos los colores menos el azul, que lo refleja.

¿Y qué pasa con los objetos blancos? ¿Qué reflejan?
Newton descubrió que al hacer girar rápidamente un disco pintado con diferentes colores, éste se veía blanco. Gracias a la experiencia de Newton se concluyó que el blanco es el producto de la superposición de varios colores, es decir, los objetos blancos reflejan todos los colores y como consecuencia se ven blancos.

¿Qué colores reflejan los objetos negros?
Los objetos negros absorben todos los colores y no reflejan ninguno. Por eso se ven negros.

¿Sabías qué...?
La luz solar puede penetrar el océano a una profundidad de 72 metros.

Instrumentos ópticos

Los instrumentos ópticos sirven para procesar ondas de luz con el objetivo de mejorar una imagen para su visualización. A continuación vamos a ver las características de algunos instrumentos ópticos:

Prismático
Los prismáticos, comúnmente denominados binoculares, largavistas o catalejos, cumplen la función de agrandar los objetos lejanos. A diferencia del telescopio, los prismáticos tienen dos tubos en vez de uno, esto permite estimar mejor las distancias. La ampliación se logra cuando la luz atraviesa cada serie de lentes.

Lupa
Las lupas se conocen también con el nombre de microscopio simple, cuentan con una lente biconvexa (por lo tanto, convergente) de distancia focal pequeña, que se emplea para observar cosas situadas entre el foco y la lente. La imagen que se obtiene es virtual y de mayor tamaño que el objeto.

Las lupas utilizadas en la práctica tienen una distancia focal que va desde 5 mm hasta 5 cm.

Telescopio óptico
Existen dos tipos de telescopios ópticos: los refractores (anteojos astronómicos) y los reflectores. En los primeros los rayos de luz se refractan al atravesar el objetivo y forman una imagen en el plano focal. Esta imagen se mira a través de un ocular, que la amplía y mejora gracias a diversas lentes correctoras.

En los telescopios reflectores del tipo Newton los rayos de luz que penetran en el telescopio e inciden sobre un espejo cóncavo en el que se forma una imagen que se refleja sobre otro espejo auxiliar plano, colocado oblicuamente. La imagen formada sobre este segundo espejo se observa con una lente (ocular) que la amplía y mejora.

Microscopio óptico
El máximo de aumento que se puede conseguir con los microscopios ópticos es de 2.000 aumentos. Funciona cuando la luz procedente del objeto iluminado penetra en el objetivo. Éste actúa como una lupa, dando una imagen muy ampliada del objeto. La imagen se puede examinar a través del ocular, que de nuevo la amplía. El aumento final conseguido es el producto de los aumentos del objetivo por los del ocular.

Microscopio electrónico
Los microscopios electrónicos poseen una capacidad de hasta un millón de aumentos, incluso se ha logrado ver átomos individuales. Las imágenes logradas con este tipo de microscopios son en blanco y negro; generalmente son coloreadas posteriormente para contrastar mejor los detalles.

Este tipo de microscopios no cuenta con lentes de cristal, sino con electroimanes que dirigen un haz de electrones por una cavidad en la que se ha hecho el vacío. Los electrones inciden sobre una muestra cuya superficie se ha metalizado previamente.

Cámara fotográfica analógica
Las cámaras fotográficas emplean un sistema óptico para la representación de objetos exteriores sobre una placa o una película fotográfica. Básicamente las cámaras son una caja negra que cuentan con un agujero (diafragma) por el que entra la luz reflejada del objeto o paisaje que deseamos fotografiar. Luego, por medio de un proceso químico casi instantáneo, la imagen queda plasmada en el negativo o película. Los haluros de plata del negativo reaccionan a la luz formando diminutos puntitos. Las zonas que reciben más luz aparecen más oscuras pues se ha formado un mayor número de cristales, mientras que las más blancas son las menos impresionadas.

Este proceso da como resultado una imagen negativa, es decir, con los colores invertidos. Debe ser positivada mediante el revelado para obtener la copia final con los colores originales.

Cámara fotográfica digital
Las cámaras digitales en lugar de tener una película, cuentan con un sensor CCD (Changed Couple Device o dispositivo de transparencia de carga). Este censor es un chip sensible a la luz, electrónico y con una superficie fotosensible que
reacciona a la luz. Las imágenes capturadas se guardan en formato digital en un dispositivo de almacenamiento, normalmente una tarjeta de memoria que se conecta posteriormente al ordenador.

Microscopio

Durante el primer siglo después de Cristo, el vidrio fue inventado y los romanos miraban a través del cristal para probar y experimentar. Más adelante, descubrieron que si se tenía una de estas lentes sobre un objeto, el objeto parecería más grande.

¿Qué es el microscopio?

Un microscopio es un instrumento utilizado para ampliar un objeto y verlo en detalle. Existen muchos tipos de microscopios que cuentan con diferentes niveles de ampliación y que producen diferentes tipos de imágenes. Algunos de los microscopios más avanzados permiten incluso ver átomos.

 

Un microscopio se utiliza comúnmente en un laboratorio microbiológico y se emplea para el estudio de organismos.

Invención del microscopio

Como muchas invenciones en las que existen disputas sobre quienes fueron los inventores originales, el microscopio no es una excepción.

Data del primer siglo, los romanos investigaron el uso del vidrio y cómo la visión de objetos a través de él hacía que los objetos parecieran más grandes.

¿Sabías qué...?
A Robert Koch, un médico alemán y microbiólogo, se le atribuye el descubrimiento de los bacilos del cólera y la tuberculosis.

Las primeras formas simples de la ampliación eran lupas, por lo general alrededor de 6x a 10x y se utilizaron para inspeccionar diminutos insectos, como las pulgas.

Los primeros microscopios se utilizaron para estudiar los insectos y fueron apodados “vidrios de pulgas”.

Zacharias Jansen y el primer microscopio compuesto

En la década de 1590, dos fabricantes holandeses Zacharias Jansen y su padre Hans comenzaron a experimentar con estas lentes. Colocaron varias de ellas en un tubo y descubrieron que el objeto, cerca del extremo del tubo se veía mucho más grande que en cualquier lupa simple.

Sus primeros microscopios eran más una novedad que una herramienta científica, ya que la máxima ampliación era sólo alrededor de 9x y las imágenes eran algo borrosas.

Los primeros microscopios tenían solamente una lente y fueron referidos como microscopios simples.

Se cree que el padre de Zacharias Jansen le ayudó a construir el primer microscopio en 1595. Zacharias le escribió a William Boreel sobre la invención, y en la década de 1650, Boreel relató el diseño del microscopio.

Anton van Leeuwenhoek

Fue uno de los pioneros de la microscopía. A finales del siglo 17 se convirtió en el primer hombre en fabricar y utilizar un microscopio real.

Van Leeuwenhoek logró un mayor éxito que sus contemporáneos puesto que desarrolló maneras de hacer lentes superiores. Creó un nuevo tubo de lente que tenía un poder de ampliación de 270x.

 

Van Leeuwenhoek fue el primero en ver y describir las bacterias, la levadura y la circulación de los glóbulos sanguíneos en los capilares.

El trabajo de Van Leewenhoek fue verificado y desarrollado por el científico inglés Robert Hooke, que publicó el primer trabajo de estudios microscópicos llamado Micrographia en 1665. Los estudios detallados de Hooke fomentaron el estudio en el campo de la microbiología y la ciencia biológica avanzada.

Tipos de microscopios

El tipo más común de microscopio es un microscopio óptico que utiliza lentes para formar imágenes de la luz visible.

Otros microscopios

Un microscopio electrónico utiliza electrones en lugar de luz para crear la imagen ampliada. El primer microscopio electrónico fue el microscopio electrónico de transmisión, inventado en 1931 por Ernst Ruska y el microscopio electrónico de barrido en 1935 por Max Knoll.

Un microscopio óptico con una sola lente se conoce como microscopio simple y uno con dos lentes se conoce como microscopio compuesto.

Partes del microscopio

  • Sistema mecánico: funcionan como soporte de las lentes y otros elementos.
  • Brazo: soporta el tubo y lo conecta a la base.
El brazo es la parte por donde se debe sujetar el microscopio para transportarlo.
  • Base o pie: parte inferior del microscopio, se utiliza para el apoyo y le proporciona estabilidad.
  • Platina: plataforma plana donde se coloca el portaobjetos con la muestra a observar.
  • Pinzas de sujeción: sirve para sujetar la preparación.
  • Tornillo macrométrico: se emplea para el movimiento rápido hacia arriba o hacia abajo del tubo o la platina, y además con él se puede localizar la imagen a observar.
  • Tornillo micrométrico: permite colocar en la posición adecuada, cualquiera de los objetivos que se encuentran en él.
  • Tubo: conecta el ocular a las lentes objetivas.
  • Sistema de iluminación: elementos que transmiten, reflejan y regulan tanto la intensidad como la cantidad de luz que va a incidir sobre la muestra.
  • Fuente de iluminación: luz fija utilizada en lugar de un espejo. Si el microscopio tiene un espejo, se utiliza para reflejar la luz de una fuente externa a través de la parte inferior de la platina.
La fuente de luz es de 110 voltios.
  • Condensador: el propósito de la lente del condensador es enfocar la luz sobre la muestra; las lentes condensadoras son más útiles en las potencias más altas, 400x y más.
  • Diafragma: se utiliza para variar la intensidad y el tamaño del cono de luz que se proyecta hacia arriba en la diapositiva.
  • Sistema óptico: conjunto de lentes responsables del aumento y resolución.
  • Objetivo: tiene como función colectar la luz proveniente de la muestra y proyectar una imagen nítida, real, invertida y aumentada hacia el cuerpo del microscopio.
  • Ocular: sirve para observar la imagen real e invertida que produce el objetivo por medio de dos funciones, una es la de aumentar la imagen y transformarla en una imagen virtual derecha con respecto a la imagen del objetivo que posteriormente el ojo endereza, y otra es aclarar el campo óptico o plano circular en el que aparece el objeto.

 

Los microscopios compuestos hoy son tan avanzados que pueden ampliar una muestra de hasta 1.000 veces.