La primera hipótesis sobre la naturaleza de la luz la formuló Isaac Newton[note]Isaac Newton, de nacionalidad inglesa, nació en 1642 y falleció en 1727[/note] a fines del siglo XVII.
Si bien no descartó las posibilidades de que la luz sea de naturaleza corpuscular u ondulatoria, es decir que esté formada por partículas u ondas, respectivamente, sus investigaciones le hicieron pensar que la luz estaba formada por pequeñísimas partículas que provienen del cuerpo luminoso.
Es así como nació la teoría corpuscular. Esta teoría sería retomada por Albert Einstein[note]Albert Einstein, físico alemán (1879-1955)[/note] en 1905, que explicaba un curioso efecto descubierto por Heinrich Hertz[note]Heinrich Hertz, físico alemán (1857-1894)[/note], según el cual cuando un cuerpo cargado de electricidad era iluminado, se desprendían de él electrones y podía conducir la electricidad.
Albert Einstein, físico alemán (1879-1955).
Este fenómeno, llamado efecto fotoeléctrico, no podía ser explicado si no se admitía que la luz estaba formada por pequeños corpúsculos sin masa llamados fotones.
Evidentemente, existieron científicos que apoyaron la idea de que la luz tenía una naturaleza ondulatoria, como Christian Huygens (1629-1677), que vivió en la misma época de Newton, que se opuso a la teoría corpuscular, afirmando que la luz se transmitía por medio de ondas de modo semejante al sonido.
Según Huygens, la velocidad de la luz es menor al penetrar un medio más denso, porque el frente de ondas encontraría mayor dificultad para avanzar, lo que es contrario a lo que postulaba la teoría corpuscular. En experimentos posteriores, se comprobaría lo que había dicho Huygens.
Entonces, ¿la luz es una onda o una partícula? Actualmente, los científicos están de acuerdo en aceptar que la luz actúa como onda y como partícula a la vez.
Algunos experimentos pueden ser explicados asumiendo que la luz es una onda, mientras que otras experiencias pueden ser explicadas pensando a la luz como una partícula. ¡Asombroso!
Es hora de estudiar un poco los fenómenos relacionados con la luz. En particular, este artículo comenzará una serie de estudios sobre fenómenos de óptica geométrica. Las fuentes luminosas son aquellos cuerpos de los cuales surge la luz, mas muchas veces los objetos aparecen iluminados sólo porque reflejan la luz proveniente de otras fuentes luminosas, como en el caso de la Luna por las noches, que refleja la luz del Sol.
Teniendo en cuenta la incidencia de la luz en los diversos objetos, podemos clasificar a los objetos, en principio, de acuerdo a tres categorías:
Los cuerpos opacos, translucidos y tranparentes
Cuerpos transparentes:
Estos cuerpos son los que permiten que la luz (o al menos una gran parte de ella) los atraviese, como el caso de los vidrios no polarizados de un auto o las lentes de los anteojos.
El material del vaso de la imagen es un cuerpo transparente.
Cuando la luz incide en un cuerpo transparente, ocurre un fenómeno muy diferente al de los cuerpos opacos y translúcidos. Los cuerpos transparentes permiten que la luz los atraviese prácticamente sin absorberla ni difundirla en otras direcciones. Esto significa que, cuando la luz incide en un cuerpo transparente, la mayor parte de la luz pasa a través de él de manera clara y sin cambios significativos en su dirección o intensidad.
Cuando la luz atraviesa un cuerpo transparente, no se observa una dispersión significativa de la luz, lo que resulta en sombras nítidas detrás del objeto transparente. Los objetos vistos a través de un material transparente se ven con gran claridad y detalle, y su color y forma se mantienen prácticamente sin cambios.
Ejemplos comunes de cuerpos transparentes incluyen el vidrio limpio, el aire en condiciones normales y ciertos plásticos transparentes. Estos materiales se utilizan en ventanas, lentes, espejos sin revestimiento y otros dispositivos ópticos para permitir una visión clara y sin distorsiones de los objetos detrás de ellos. La propiedad de transparencia de estos materiales se debe a su estructura molecular y su capacidad para transmitir la luz de manera eficiente
Cuerpos translúcidos:
Los cuerpos translúcidos permiten que sólo una parte de la luz los atraviese, generando una imagen difusa de lo que se encuentra detrás de ellos, como algunos tipos de ventanales que encontramos en baños.
Cuando la luz incide en un cuerpo translúcido, se produce un fenómeno de paso parcial de la luz a través del material. A diferencia de los objetos opacos, que bloquean completamente la luz, y los objetos transparentes, que permiten un paso completo de la luz sin distorsión, los objetos translúcidos dejan pasar la luz, pero la dispersan o la difunden en múltiples direcciones.
Cuando la luz golpea un cuerpo translúcido, parte de ella se absorbe y se convierte en energía térmica, mientras que otra parte se transmite a través del material. Esta transmisión no es perfecta, y la luz puede experimentar una dispersión que a menudo produce un efecto difuso y suaviza las sombras detrás del objeto translúcido. Este fenómeno es lo que permite que veamos formas y contornos generales de objetos translúcidos, pero no detalles nítidos.
La cantidad de luz transmitida y la dispersión dependen de la composición y la estructura del material translúcido. Algunos ejemplos comunes de materiales translúcidos incluyen el papel cebolla, el vidrio esmerilado y ciertos tipos de plásticos. Estos materiales se utilizan a menudo en aplicaciones donde se desea una difusión suave de la luz, como en lámparas de papel, pantallas de lámparas y ventanas decorativas.
Ejemplo de cuerpo traslúcido.
Cuerpos opacos:
Estos cuerpos no permiten el paso de la luz o permiten que pasen sólo una muy pequeña fracción de la totalidad de luz que les incide. Cada uno de ellos presenta diferentes utilidades en la vida cotidiana de acuerdo al fin que se le dará a los objetos. ¿Para qué utilizarías tú cada uno de los cuerpos mencionados? ¡Escríbenos tu respuesta!
Cuando la luz incide en un cuerpo opaco, el fenómeno que ocurre es la absorción y reflexión de la luz, en lugar de su transmisión. Los objetos opacos bloquean por completo la luz incidente y no permiten que pase a través de ellos. En su lugar, la luz es absorbida por la superficie del objeto y luego se emite nuevamente en múltiples direcciones, lo que da lugar a la reflexión.
La cantidad de luz absorbida y reflejada por un objeto opaco depende de su color y textura. Los colores oscuros tienden a absorber más luz que los colores claros, y las superficies rugosas o ásperas pueden dispersar la luz en muchas direcciones diferentes, lo que puede hacer que un objeto opaco parezca menos brillante y más mate.
Cuando la luz incide en un objeto opaco, los rayos de luz se reflejan en diferentes ángulos, lo que nos permite percibir el objeto mediante la luz que llega a nuestros ojos. Esta reflexión es lo que nos permite ver la forma y los detalles de los objetos opacos. La luz que no es reflejada se absorbe y se convierte en calor.
En conclusión, en el caso de los objetos opacos, la luz se bloquea y no se transmite a través de ellos. En su lugar, la luz se absorbe y refleja, lo que nos permite ver y percibir el objeto debido a la luz reflejada en nuestra dirección.
Un cuerpo opaco generando sombra al ser iluminado.
Los colores encantan a todos. Los bellos colores que vemos en un paisaje primaveral, con rosas de múltiples colores (no sólo rosadas), o en un paisaje otoñal (donde las hojas de los árboles exponen los amarillentos pigmentos que presentan, debidos a la xantofila y los carotenos), exponen la maravilla de la luz, un tipo de energía que se transmite en forma de ondas electromagnéticas[note]Hoy en día se acepta la dualidad onda-partícula, según la cual la luz se comporta como ondas o como partículas, dependiendo la experiencia tratada.[/note].
La luz blanca está compuesta por todos los colores del arcoiris y esto puede ser demostrado fácilmente haciendo pasar un haz de luz blanca por un prisma, como lo hizo Isaac Newton durante sus estudios sobre óptica. Es éste, justamente, el principio por el cual se forman los arcoiris: las pequeñas gotas de agua actúan como prisma que separa la luz blanca del sol en los siete colores del arcoiris, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, brindándonos un espectáculo único.
Los siete colores del arcoiris, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta
Ahora bien, volvamos a la imagen de nuestro paisaje primaveral. ¿A qué se debe que algunos objetos se vean del color que son? ¿Pueden ser vistos de otros colores sin cambiar ninguna propiedad del objeto? Para responder estas preguntas, tengamos en cuenta lo dicho anteriormente: la luz blanca está formada por todos los colores del arcoiris.
Por otro lado, también tengamos en cuenta que cada color representa una longitud de onda diferente para el espectro visible. ¿Longitud de onda? ¿Espectro visible? ¿Qué es todo eso? Si estas palabras no te suenan, te sugerimos echarle una vista a las características de las ondas electromagnéticas haciendo click aquí.
Refracción de la luz.
Continuemos con la idea. Cuando un frente de ondas de luz blanca incide sobre un objeto que es, por ejemplo, de color verde, ese objeto absorbe todas las longitudes de onda que componían a la luz blanca, menos las longitudes de onda que correspondan al color verde.
En otras palabras, los colores “rebotan” en el objeto, exceptuando el color del que se ve. Así, si un objeto se ve azul, será porque éste absorbe todas las longitudes de onda correspondientes a los otros colores, menos el azul. Al reflejar las longitudes de onda correspondientes al azul (las cuales llegarán a nuestros ojos), el objeto se ve azul.
El caso particular de los objetos blancos y negros.
¿Qué sucede con un objeto que es blanco o que es negro? Un objeto blanco refleja toda la energía radiante que incide sobre él. Es por ello que la ropa blanca es la más apropiada para usar en verano, pues al reflejar la energía proveniente del Sol, se evita insolaciones y que la persona se acalore fácilmente.
Por otro lado, un objeto negro absorbe todas las longitudes de onda. Es por ello que, durante el invierno, la ropa tiende a ser oscura, pues así la persona retiene la mayor cantidad de energía proveniente del Sol, tan importante durante un tiempo frío.
Actividad
En base a esta información, te proponemos una pregunta, que puedes respondernos en los comentarios:
Una lata de gaseosa de una marca “X” es negra. La empresa libera al público una versión dietética de la gaseosa, llamada “X Light”, cuya lata es blanca. Tú decides poner a prueba sus sabores (para ver si realmente son iguales, como tanto publicitan) tomándolas bien frías en un mediodía de verano. Antes de tomarlas, te llaman por teléfono y dejas tus latas al sol por no más de tres minutos. ¿Cuál de las dos versiones de gaseosa piensas que ha subido su temperatura a mayor velocidad? Justifícalo en base a lo visto en este artículo.
Cuando un cuerpo emite energía continuamente, estamos en presencia de lo que llamamos radiación. Esta energía, llamada energía radiante, es transportada por el espacio mediante ondas electromagnéticas. Todos los cuerpos emiten radiación, según sea la temperatura a la que se encuentran. Muchas veces, podemos ver esa radiación (pues se emite en el espectro visible), tal como sucede con la luz visible proveniente del Sol. Pero otras veces, esa radiación es invisible a nuestros ojos, como la radiación infrarroja o la luz ultravioleta. Algunos animales, como las serpientes o las abejas, pueden percibir esas radiaciones.
Muchos cuerpos que no son cuerpos luminosos (es decir, que emiten luz en el espectro visible) pueden emitir luz visible cuando son calentados a altísimas temperaturas. Por ejemplo, si se calienta un trozo de hierro, éste comienza a emitir luz y el color de esa luz cambia dependiendo de la temperatura. Otro ejemplo de la vida cotidiana lo vemos cuando se hace un asado: el carbón que se encuentra a muy altas temperaturas “brilla” en la oscuridad emitiendo luz anaranjada. Los cuerpos que absorben energía aumentan su temperatura, mientras que los que emiten radiación (en otras palabras, emanan energía), bajan su temperatura.
Las características de la RADIACIÓN
Es hora de caracterizar la radiación como transferencia de energía mediante ondas electromagnéticas. La radiación puede:
Transmitirse: puede pasar de un medio a otro. Por ejemplo, la luz solar puede atravesar el vacío del espacio e ingresar en la atmósfera terrestre, compuesta de múltiples gases. Cuando se pasa de un medio a otro, la velocidad de las ondas electromagnéticas que transfieren la energía radiante se modifica, fenómeno que recibe el nombre de refracción.
Absorberse: como dijimos anteriormente, al absorberse la radiación, el cuerpo que lo absorbe modifica su temperatura.
Dispersarse: la radiación modifica sus características al ser devuelta o desviada (separándose, muchas veces, en las diferentes frecuencias que la componen). Ocurre cuando la radiación visible interactúa con una partícula, lo que, por ejemplo, permite que veamos colores en el cielo.
Reflejarse: ocurre cuando la radiación vuelve al medio del cual procede, cambiando sólo su dirección. Por ejemplo, en un espejo “rebotan” las ondas electromagnéticas provenientes de la lámpara que ilumina un baño, sólo cambiando la dirección del frente de ondas.
La principal fuente de radiación de la Tierra es el Sol, que emite energía en muchísimos tipos de radiación del espectro electromagnético, no sólo en el espectro visible. Algunos tipos de radiación (como el espectro visible) es inofensivo para nosotros, pero otros pueden ser muy peligrosos, como la luz ultravioleta que proviene de nuestra estrella. Seguramente te estarás preguntando qué es eso de “espectro electromagnético”. Bueno, analicemos un poco más el tema.
El Espectro Electromagnético
Quizás te parezca extraño el nombre, quizás ya lo habías escuchado antes. El espectro de radiación electromagnética abarca todas las longitudes de onda y frecuencias con las que se propaga la energía a través del espacio. Habíamos dicho que las ondas electromagnéticas no necesitan de ningún medio para transmitirse. Las distintas ondas electromagnéticas generan un espectro que abarca las diferentes longitudes de onda. Éstas son las siguientes:
Rayos Gamma: sus longitudes de onda son las más cortas. Son muy perjudiciales para salud aunque en medicina se los utiliza para detener el cáncer, pues su agresividad frente a las células puede detener la reproducción de tumores.
Rayos X: Poseen una frecuencia entre 1016 Hz y 1019 Hz, originados por el choque de electrones contra cuerpos sólidos que no poseen carga eléctrica. Son importantes en la práctica médica de diagnóstico por imágenes, aunque la exposición de un organismo a estos rayos durante mucho tiempo puede ser fatal.
Rayos ultravioleta (UV): En la naturaleza, son producidas por el Sol y su acción es perjudicial para la vida, por lo que es tan importante la acción filtradora de la capa de Ozono en la atmósfera.
Luz visible: Poseen una longitud de onda entre 400 nanómetros y 680 nanómetros, que pueden ser captados por el ojo humano. Cuando la luz del Sol pasa por un prisma, se descompone en 7 colores (los del arcoiris). Esto demuestra que la luz blanca es, en realidad, la composición de todos ellos. Cada color presenta una longitud de onda diferente.
Rayos infrarrojos: Sus longitudes de onda abarcan desde unos 0,001 mm hasta 1 mm. Generados por todos los cuerpos que liberan calor, son capaces de ser detectados por sensores como células fotoeléctricas. Son invisibles al ojo humano y se produce por el movimiento de las moléculas de los cuerpos.
Microondas: Presentan una frecuencia de alrededor de 1011 Hz y una longitud de onda de alrededor de 1 cm. Se utilizan para la comunicación de radares y satélites y en la cocción de alimentos en un horno de microondas.
Ondas de Radio: Sus longitudes de onda van desde los 10 cm hasta los 10.000 m y una frecuencia desde los 10.000 Hz a 100 mil millones de Hz. Altamente utilizados en telecomunicaciones, permite que, de forma instantánea, se envíen y reciban mensajes de un punto a otro del planeta.
En este artículo de Ensamble de Ideas, estudiaremos las ondas en física. Como sabemos, una onda es una perturbación del espacio. En toda onda, podemos hallar diferentes características que las diferencian: valles, crestas, longitudes de onda, frecuencia, período y amplitud.
Modelo de una onda en física.
Para entender correctamente qué es una onda, debemos entonces analizar cada uno de sus componentes (expuestas en color violeta en el párrafo anterior). Para ello, requerimos definir, primero, el concepto de ciclo. En física, un ciclo es cada patrón repetitivo de una onda. Es el recorrido, que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central.
Sabiendo eso, analicemos una por una las características mencionadas al principio:
Característica
Definición
Valle
En física, un valle es la posición más baja de una onda. Es contrario a la cresta, que es la posición más alta de una onda.
Cresta
En física, una cresta es la posición más alta de una onda. Es el punto de máxima amplitud o máxima elongación de una onda. Es contraria a un valle, que es la posición más baja de una onda.
Longitud de onda
En física, la longitud de onda (denotada usualmente con la letra griega λ), es la distancia entre puntos idénticos sucesivos de una onda, como la distancia entre un valle y el valle siguiente o la distancia entre una cresta y la cresta siguiente. La unidad de la longitud de onda, al ser justamente una distancia, es el metro (con sus múltiplos y submúltiplos). Matemáticamente, se define la longitud de onda como λ=v/f , donde v es la velocidad de la onda y f es la frecuencia. Dado que f=1/T , siendo T el período de la onda, se puede definir también a λ como λ=v⋅T
Período
En física, un período es el tiempo que tarda una onda en completar un ciclo. Matemáticamente, el período se define como: T=1/f, donde T es el período y f es la frecuencia de la onda. La unidad del período en el Sistema Internacional es el segundo.
Frecuencia
En física, la frecuencia de una onda es el número de ciclos que completa la onda en un intervalo de tiempo. Si este intervalo de tiempo es un segundo, la unidad de frecuencia es el Hertz (Hz). Matemáticamente, la frecuencia está relacionada con el período según: f=1/T donde T es el período y f es la frecuencia de la onda.
Amplitud
En física, la amplitud de una onda es la medida de la magnitud de la máxima perturbación del medio producida por la onda.
Es hora de analizar las ondas con un poco más de atención. Por ello, es importante que sepamos cómo clasificarlas de acuerdo a sus características.
La clasificación de las ondas en la física.
Se puede clasificarlas según el sentido de la oscilación y la necesidad de un medio para propagarse:
SEGÚN EL SENTIDO DE LA OSCILACIÓN
Aquí encontramos dos tipos diferente de ondas:
Las ondas longitudinales: Si las partículas que oscilan lo hacen en la misma dirección en la cual se transmite la onda.
Algunos ejemplos de ondas longitudinales son:
Ondas sonoras: Cuando hablas o cuando un altavoz emite sonido, las partículas de aire vibran hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección que la onda de sonido viaja.
Ondas de compresión en un resorte: Si tiras de un extremo de un resorte y lo sueltas, las ondas de compresión viajan a lo largo del resorte mientras las bobinas se comprimen y se expanden en la misma dirección en la que viaja la onda.
Ondas sísmicas P: Estas son ondas que se propagan a través del interior de la Tierra en caso de terremotos. Las partículas del suelo vibran en la misma dirección en la que viaja la onda.
Ondas en líquidos y gases: Cuando lanzas una piedra a un estanque, se generan ondas que se propagan hacia afuera desde el punto de impacto. Las partículas del agua se mueven hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección que las ondas se desplazan.
Estos ejemplos muestran cómo las ondas longitudinales involucran movimientos de partículas en la misma dirección que la propagación de la onda.
Las ondas transversales: Si las partículas que oscilan lo hacen en forma perpendicular a la dirección en que se desplaza la onda. Ejemplos de éstas son las ondas causadas por un corcho que se arroja en un estanque: las partículas del agua comienzan a oscilar alrededor de su posición de equilibrio y transmiten la perturbación a las partículas vecinas, que comienzan a oscilar. La onda, por su parte, adopta un movimiento perpendicular al de las partículas del agua.
Ondas en una cuerda tensa: Si agitas un extremo de una cuerda tensa, las ondas se propagan a lo largo de la cuerda, mientras que las partículas de la cuerda oscilan verticalmente (perpendicularmente a la dirección de propagación).
Ondas electromagnéticas: La luz visible, las ondas de radio, las microondas y otras formas de radiación electromagnética viajan en forma de ondas transversales. En este caso, los campos eléctricos y magnéticos oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda.
Ondas en la superficie del agua: Cuando lanzas una piedra en un estanque, se generan ondas en la superficie del agua. Las partículas de agua se mueven hacia arriba y hacia abajo, perpendicularmente a la dirección de propagación de las ondas.
SEGÚN LA NECESIDAD DE UN MEDIO PARA PROPAGARSE
No todas las ondas pueden transmitirse en los diferentes medios, tales como un sólido, un fluido o, incluso, el vacío. De esta forma, clasificamos las ondas en:
Ondas mecánicas: tal como las ondas sonoras, este tipo de ondas necesita sí o sí de un medio en el cual transmitirse, ya sea sólido o un fluido, como el líquido o el gas. Esto explica por qué, en el espacio, el sonido no se escucha (pues no hay un medio material que lo transmita). ¡Oh, Star Wars, nos has mentido todo este tiempo!
Algunos ejemplos de ondas mecánicas son:
Ondas de sonido en el aire: Cuando hablas, la vibración de tus cuerdas vocales crea ondas de presión en el aire. Estas ondas viajan como compresiones y expansiones sucesivas en la misma dirección en la que se propagan, lo que constituye una onda longitudinal.
Ondas sísmicas S: Durante un terremoto, las ondas sísmicas S viajan a través de la Tierra. Estas ondas de corte hacen que las partículas del suelo se muevan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Ondas en una cuerda tensa: Al tocar una cuerda de guitarra, se generan ondas mecánicas transversales. Las partículas de la cuerda se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, creando patrones de crestas y valles.
Ondas en un resorte: Si sujetas un extremo de un resorte y lo agitas, se propagarán ondas a lo largo de él. Las partículas del resorte se moverán perpendicularmente a la dirección en que viajan las ondas, comprimiendo y expandiendo el resorte.
Ondas en la superficie del agua: Cuando arrojas una piedra en un estanque, se forman ondas que viajan a través del agua. Las partículas de agua se mueven hacia arriba y hacia abajo, perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Anímate a escribir en comentarios cuáles de las ondas anteriores corresponden a longitudinales y cuáles a transversales.
Ondas electromagnéticas: tal como la luz, este tipo de ondas no necesita obligatoriamente de algún medio para transmitirse. Puede hacerlo tanto en el vacío, como en un líquido, sólido o en un gas. Te recomendamos leer el artículo sobre las diferentes ondas electromagnéticas que existen en la naturaleza para saber más sobre este tema.
Si bien puedes ver todos los tipos de ondas del espectro electromagnético en nuestro link específico, te dejamos algunos ejemplos de ondas electromagnéticas:
Luz visible: La luz que vemos todos los días es un ejemplo de onda electromagnética. Las ondas de luz viajan a través del vacío del espacio y también pueden propagarse a través del aire u otros medios transparentes. En una onda de luz, los campos eléctrico y magnético oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda.
Ondas de radio: Las ondas de radio, utilizadas para transmitir señales de radio y televisión, también son ondas electromagnéticas. Estas ondas pueden viajar a través del espacio, la atmósfera terrestre y otros materiales no metálicos.
Microondas: Utilizadas en comunicaciones inalámbricas, radar y cocinas de microondas, las microondas también son un tipo de onda electromagnética. Se utilizan en una variedad de aplicaciones debido a su capacidad para penetrar en materiales no metálicos y transmitirse a través de la atmósfera terrestre.
Rayos X: Los rayos X, utilizados en medicina para la radiografía y en diversas aplicaciones industriales, también son ondas electromagnéticas. Tienen longitudes de onda más cortas y energías más altas que la luz visible y pueden penetrar en la materia con mayor facilidad.
NTICx en la escuela
En el applet “Introducción a Ondas” del PhET Colorado, disponible en https://phet.colorado.edu/sims/html/waves-intro/latest/waves-intro_es.html, podrán trabajar y estudiar las ondas de una manera didáctica y dinámica. Modifiquen las amplitudes y frecuencias de las diferentes ondas de sonido, ondas de luz y ondas en el agua para afianzar los conceptos. Jueguen, descubran y creen sus propias actividades. ¿Se animan a contarnos qué sucedió?
Muchas veces, en nuestro vocabulario cotidiano, solemos confundir dos términos aparentemente iguales: fluorescencia y fosforescencia. Sin embargo, las diferencias, aunque sutiles, existen. Veamos la definición de cada término. Para finalizar, te contaremos por qué algunos objetos, como rosarios o carteles de emergencia, son capaces de brillar en la oscuridad, un fenómeno relacionado con la fosforescencia. ¿Nunca te preguntaste por qué brillan las estrellitas de plástico con las que se decoran las habitaciones de los niños? Asómbrate con la respuesta.
Fluorescencia
La fluorescenciaes la luminiscencia producida por determinados minerales cuando son expuestos a la acción de ciertos rayos (radiactivos, catódicos, visibles, ultravioletas, rayos X…). Estas radiaciones son transformadas y emitidas por el mineral en ondas de mayor longitud que de los rayos que habían incidido sobre él.
Fosforescencia
La fosforescenciaes la luminiscencia producida por un mineral durante un tiempo más o menos largo, después de que ha cesado la fuente de radiación excitadora.
¿Por qué algunos objetos brillan en la oscuridad?
Seguramente, habrás visto que algunos materiales tienen la curiosa propiedad de brillar en la oscuridad. Por ejemplo, los carteles de emergencia que se encuentran en las fábricas o en los colegios suelen brillar en la oscuridad para que operarios y estudiantes puedan verlos en cualquier situación, ya sea a plena luz del día, en la oscuridad de la noche o en apagones que puedan llegar a ocurrir.
Estos objetos, como muchos juguetes o artículos religiosos (rosarios, por ejemplo) suelen están recubiertos con una pintura especial que, cuando “se carga” en presencia de luz, emiten energía radiante en forma de luz visible una vez que se encuentren en la oscuridad. ¿Cómo será esto posible? ¿Por qué sólo sucede con algunos objetos y no con todos?
La respuesta está en, justamente, las sustancias que forman parte de la pintura que recubre el objeto. Estas sustancias son fosforescentes, lo que significa que -a diferencia de las sustancias fluorescentes- pueden brillar en la oscuridad tras un fenómeno particular que sucede en sus átomos. Sí, es hora de analizar la materia por dentro para comprender este curioso efecto.
Las sustancias con las que pintaron los carteles de emergencia que pueden brillar en la oscuridad están compuestas por átomos que tienen la particularidad de captar la energía lumínica que les incide y “excitar” sus electrones. Recordemos que los electrones, que giran alrededor del núcleo de un átomo, tienen un cierto nivel de energía particular, encontrándose en diferentes órbitas de acuerdo a su nivel energético.
Cuanto más energía presenta el electrón, éste se ubica en órbitas más alejadas del núcleo que tienen, justamente, un mayor nivel energético. Cuando la luz incide, los electrones se excitan y pasan a niveles energéticos más altos, como vemos en la figura 1 de a continuación.
Figura 1: la energía radiante incide sobre el pigmento fosforescente y excita los electrones, haciendo que estos pasen a niveles energéticos más altos.
Sin embargo, cuando la luz se apaga, estos electrones volverán a sus niveles energéticos iniciales, esos en los que se encontraban naturalmente cuando la luz no los excitaba. Al volver, la energía excedente contenida en ellos se libera en forma de luz al ambiente, como se observa en el modelo de la figura 2. Es decir, el cuerpo emitirá energía radiante en forma de luz cuando se encuentre en la oscuridad. Y es así como nuestro curioso objeto brillará en la oscuridad. ¡Muy interesante!
Figura 2: Sin la presencia de la energía radiante que incidía sobre el pigmento fosforescente, los electrones vuelven a sus niveles energéticos originales y la energía excedente es liberada en forma de energía lumínica.
Mesografía Sugerida
En el portal mexicano Crónica.com.mx, el doctor Carlos Eduardo Rodríguez García habla mucho más acerca de la historia de los materiales fosforescentes. Te sugerimos su lectura en http://www.cronica.com.mx/notas/2014/829950.html
¿Sabías que en el Universo existe más cantidad de Materia Oscura que de materia visible? ¿Materia Oscura? ¿Qué es eso? Aprende un poco más sobre esta interesante temática y también sobre un concepto aún más sorprendente: la Energía Oscura.
¿Existe algo más que la materia “visible”?
Cuando éramos chicos, una falsa definición en primaria de “sustantivo concreto” era “aquello que se puede ver y tocar”, como “perro”, “árbol” o “niño”. A medida que crecíamos, nos dábamos cuenta que esa definición no era muy buena que digamos… ¿Acaso la palabra “sol” no es un sustantivo concreto? ¿Se puede tocar el sol? ¿Y el aire? Y allí descubrimos que a los sustantivos concretos se los puede percibir con los sentidos, se los puede medir fácilmente –directa o indirectamente- con instrumentos cotidianos (su temperatura, su velocidad, etc.). Una leve introducción a lo que es la física en nuestras clases de primaria.
¿Toda la materia se puede “ver”? No, existe la “materia oscura”.
Así parece que, a la luz de los conocimientos adquiridos, éramos capaces de percibir la materia y la energía que conforma al universo de alguna u otra forma, éramos capaces de “ver” (en el sentido de “percibir” en una máquina que mida magnitudes) todo lo que nos rodea. Aunque no se pueda ver directamente con los ojos a la energía de, por ejemplo, los rayos x en una sala de radiografías o no se pueda percibir fácilmente la masa de algunas partículas, existen diferentes artefactos capaces de captar la masa y la energía que nuestros sentidos no podían percibir, tal como las ondas de radio o los electrones.
La materia que conocemos absorbe o refleja la luz y eso la hace visible. Por ejemplo, si a un objeto lo vemos de color rojo es porque absorbe todos los colores que recibe (recuerden que la luz blanca es una composición de todos los colores del arcoiris), pero refleja solamente el rojo y por eso lo vemos de ese color.
Puedes demostrar que la luz blanca es una composición de colores al hacer pasar un haz de luz blanca por un prisma (o, en casa, haciéndola incidir en un disco compacto).
La materia y la energía oscura
Los científicos han planteado la existencia de una materia que no absorbe ni refleja luz, llamada “materia oscura”. Aunque no es posible captarla con telescopios, esa materia oscura nos rodea y existen evidencias de su efecto gravitacional. Su origen es incierto aún, pero se ha logrado localizar y producir algunas antipartículas que podrían estar relacionas con la materia oscura.
Curiosidades
El mayor interés que los científicos tienen en mente es la utilización de la materia oscura como combustible, ya que genera grandes cantidades de energía: 10 miligramos de antimateria serían suficientes para propulsar una nave a Marte. ¡Muy curioso!
El 68% del Universo conocido está formado por Materia Oscura. ¿Lo sabías? El 27% corresponde a Energía Oscura y sólo el 5% corresponde a lo que comprendemos y estudiamos usualmente en Astronomía.
¡También existe la energía oscura! Responsable de muchos fenómenos, como la expansión del universo.
Actividades
Preguntas clave para entender el texto: a) ¿Qué es la Materia Oscura? b) ¿Y la Energía Oscura? c) ¿Cuál es la importancia de la comprensión de estos temas?
Arma un gráfico de torta a partir de los porcentajes presentes en la sección “Curiosidades” de este artículo.
Mesografía Sugerida
En NASA Space Place puedes encontrar más información sobre lo leído hasta aquí. Te recomendamos el artículo “Dark Matter”, disponible en https://spaceplace.nasa.gov/dark-matter/sp/
La velocidad en que se producen las diferentes reacciones es variada. Por ejemplo, ciertas reacciones suelen ocurrir de manera lenta y otras de manera rápida. Existen factores que modifican la velocidad de la reacción. Entre ellos:
La temperatura.
La velocidad crece usualmente con la influencia de la temperatura. Aumenta el dinamismo de las moléculas o iones; y de esta manera aumenta la probabilidad de reaccionar. La velocidad de la mayoría de las reacciones se duplica aproximadamente por cada 10ºC que se eleva la temperatura.
La temperatura influye sobre las reacciones químicas y la velocidad de reacción.
Se suele explicar que el ascenso de la temperatura produce un aumento de energía cinética de las moléculas posibilitando las reacciones. Ahora bien, ¿Cómo se explica que algunas reacciones sean más lentas que otras?.
En presencia de este conflicto, se enuncia que: para que dos moléculas en encuentro reaccionen deben tener una energía superior a la energía media (denominada energía eficaz o energía de activación de la reacción)[1]. Cuando la temperatura aumenta, un conjunto de moléculas supera ese nivel de energía de activación produciendo un acrecentamiento del número de choques intermoleculares (que producen un nuevo ordenamiento electrónico), con lo que la velocidad de la reacción aumenta. Otra teoría se fundamenta en la formación de un complejo activado, es decir, que los reactivos pasan por un estado de transición intermedio cuyo valor de energía potencial química es elevado.
La concentración (moles o gramos de sustancias por litro).
La velocidad de la reacción es aumentada por el aumento de la concentración de las sustancias que reaccionan.
La presión.
La luz.
La velocidad de la reacción aumenta en algunas reacciones bajo la influencia de la luz, como la reacción entre el hidrógeno y el bromo.
La superficie.
La velocidad de la reacción depende de la superficie cuando uno o todos los reactivos que se combinan se encuentran en un estado de agregación sólido.El aumento de la superficie de las sustancias que reaccionan causa una aceleración en la velocidad de la reacción.
Realicen un resumen, en forma de cuadro sinóptico, de los contenidos aprendidos en esta página.
X gramos de una sustancia se descomponen a 10ºC en 30 minutos. Si la temperatura aumenta 10 grados centígrados ¿la velocidad de reacción será mayor o menor?
La velocidad de reacción o cinética química – Ensamble de Ideas , Fácil de entender, fácil de aprender – Copyright MMXXII
[1] Hipótesis del químico sueco Svante August Arrhenius (1859 – 1927).
