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¿Qué sabes de…?
1.
2.
3.
4.
¿Cómo se produce el eco?
¿Qué es la contaminación sonora?
¿Cuánto tarda la luz del Sol en llegar a la Tierra?
Decide si es verdadero o falso:
a)
E l sonido puede viajar por el espacio exterior a la Tierra.
b) A través del agua oímos mejor.
c) El sonido es más rápido que la luz.
d) Nada es más rápido que la luz.
e) Las lentes siempre concentran la luz.
f) Los prismas amplían las imágenes.
AprenderÁs A…
— E studiar el comportamiento de los sonidos.
— Prever posibles problemas causados por un
ambiente sonoro o una conducta auditiva
inadecuados.
— Valorar el problema de la contaminación acústica
y lumínica.
— Usar lentes y espejos para formar imágenes de
los objetos.
— Conocer por qué los objetos tienen color.
Luz y sonido
Bien está dos veces encerrada la lengua y dos veces abiertos los oídos, porque el oír ha de ser el doble que
el hablar.
Baltasar Gracián (1601-1658)
La adquisición del habla por parte de los humanos
ha ido pareja al crecimiento evolutivo de nuestro
cerebro, a la adquisición de complejos hábitos
sociales y a la creación de un universo abstracto
que abarca desde los mitos y leyendas hasta los
cálculos matemáticos y las ideas científicas.
Las ideas se gestaron en nuestras mentes al
mismo tiempo que las primeras palabras. Nuestra
capacidad de generar y procesar sonidos es
superior a la de cualquier otro animal. Luego, los
humanos idearon complejos sistemas de signos
que han transmitido las palabras de generación en
generación. La humanidad aprendió a «hablar y
escuchar con los ojos». Las imágenes y los sonidos
se entrecruzan en nuestro cerebro y gracias a ellos
podemos entendernos con las personas. Nuestra
especie es hija de las palabras.
Fabricar un teléfono
«alámbrico»
Agujerea con cuidado dos botes de conserva o
dos vasos de bebida metálicos en el centro de su
base (el agujero debe ser menor que el cable).
Introduce en el agujero de cada bote uno de los
extremos de un cable o alambre metálico de más
de diez metros de longitud y haz un nudo en su
parte interior para que no escape.
Coge uno de los vasos y que un compañero coja
el otro, y separaros hasta donde os permita la
longitud del cable. Mientras uno dirige su voz al
vaso que sostiene, el otro aplica el oído a su vaso
y escucha.
• E xplica el fundamento físico de esta práctica.
• ¿Se escucha mejor a través del cable?
5
5
1
Las ondas como propagación
de energía
Las ondas son un fenómeno físico muy conocido. Por ejemplo, se producen ondas
al tirar una piedra a un estanque o al pulsar la cuerda de una guitarra. Fenómenos
naturales como los terremotos o las mareas son realmente ondas. La televisión, la
radio, la luz o el sonido son también producto de las ondas.
Las ondas propagan energía pero no desplazan materia. Al sacudir una cuerda por
un extremo, la energía viaja a través de la cuerda pero ninguna parte de la cuerda
se traslada. Igual sucede con las olas, que mueven el agua con un vaivén de subida
y bajada sin desplazar su posición (piensa en un objeto que flota en la superficie).
Una onda es una propagación de energía sin propagación de materia.
El punto de origen de la onda se conoce como fuente. Una linterna o el Sol son
fuentes luminosas y un altavoz es una fuente sonora. Las partículas del medio por
donde pasa la onda experimentan una vibración u oscilación, es decir, se desplazan
alternativamente a ambos lados de su posición inicial tal y como hace un péndulo.
Fig. 5.1
ovimientos de vibración
M
y de propagación en ondas
transversales.
Cuando una onda se propaga, los puntos del medio material experimentan
un movimiento de vibración.
Precisamente, según sea ese movimiento, las ondas se clasifican en transversales
y longitudinales.
•
CD
En el CD del alumno puedes encontrar varios enlaces a páginas
web que explican los movimientos ondulatorios.
Transversales. Si se ata una cuerda a una pared y se mueve un extremo hacia
arriba y hacia abajo se produce una onda que se traslada a lo largo de la cuerda.
En este caso, tenemos dos movimientos. El de las partes de la cuerda (que se
mueven hacia arriba y hacia abajo, y el de propagación de la onda, que lo hace
en una dirección perpendicular al anterior. El primero se llama vibración o movimiento de vibración. Las ondas que se producen en el agua son otro ejemplo
de ondas transversales.
Una onda es transversal cuando el movimiento de vibración del medio por
el que se propaga es perpendicular al movimiento de propagación de la onda.
•
Longitudinales. Cuando se cuelga un muelle en un soporte, se comprueba
que todas las espiras se encuentran separadas la misma distancia. Si se estira y
comprime el muelle, las espiras se mueven hacia arriba y hacia abajo de forma
que se producen unas zonas en las que las espiras están muy juntas y otras en
las que se encuentran más separadas. La perturbación producida se mueve a lo
largo del muelle. Así, el movimiento de las espiras del muelle y el movimiento
de propagación de la onda coinciden. Las ondas sonoras, por ejemplo, también
son longitudinales.
Una onda es longitudinal cuando el movimiento de vibración del medio
y el de propagación de la onda tienen la misma dirección.
90
Movimientos de vibración
y de propagación
en una onda longitudinal.
Fig. 5.2
Vibración
Sentido de
propagación
de la onda
A
Características de las ondas
Amplitud de onda
Cresta
El modo más sencillo para comprender las características de las ondas es ver cómo
se reflejan en casos prácticos que todos conocemos. Así, si se observa, por ejemplo,
el oleaje de un lago tomando como punto de referencia una barca que se encuentra
sobre él, se ve que, a medida que pasan las olas, la barca subirá y bajará. Si se hace
una representación de las olas que pasan por la barca, se obtiene una gráfica como
la de la Figura 5.3. Las zonas de mayor altura se llaman crestas y las de menor, valles.
Las ondas quedan definidas por una serie de características: longitud, amplitud,
frecuencia y velocidad.
•
Longitud de onda. La distancia entre dos crestas o dos valles consecutivos se
llama longitud de onda. Se representa por la letra griega λ (lambda).
•
Amplitud. Es la distancia entre una cresta o un valle y la posición de equilibrio
de las partículas del agua, es decir, el nivel del agua cuando no existe oleaje.
•
Frecuencia. Si la barca se encuentra en lo alto de una cresta y se cuenta el número de crestas que pasan por debajo de la barca en un segundo, el número
obtenido es la frecuencia de la onda. La frecuencia se representa por la letra f
y se mide en una unidad llamada hertzio que se abrevia como Hz.
También se dice que la frecuencia es el número de vibraciones por unidad de
tiempo. Una vibración es el movimiento de un cuerpo cuando parte de una
posición inicial y vuelve a ella pasando por el punto de equilibrio. En una barca
correspondería al movimiento que tiene lugar cuando la barca se encuentra inicialmente, por ejemplo en una cresta, desciende hasta llegar a un valle y vuelve
a subir hasta la cresta.
•
t
Punto de
equilibrio
Valle
Longuitud de
onda ( λ)
Fig. 5.3
Características de una onda.
CD
Para experimentar con las
ondas, accede a la sección de
enlaces del CD del alumno.
Velocidad. Es el espacio que recorre la onda en la unidad de tiempo, y tiene el
mismo valor en todos los puntos por los que se propaga la onda. En el caso de las
ondas, la frecuencia informa del tiempo en que se recorre una longitud de onda, de
modo que el cálculo de la velocidad se puede generalizar de la siguiente forma.
velocidad = longitud de onda · frecuencia
v=λ·f
Cresta
Punto de equilibrio
Valle
Fig. 5.4
Representación gráfica del recorrido ondulatorio.
Actividades
1 Imagina que hay un corcho situado en el agua de
un estanque y que describe una onda de modo que
sube y baja diez veces en dos segundos. Calcula la frecuencia de la onda.
2 Calcula la frecuencia de la onda que describe al
nadar un delfín que sigue a una embarcación y salta
tres veces fuera del agua y se sumerge otras tres en el
intervalo de 20 segundos. Si recorre 300 m entre el primer y el último salto, ¿cuál es la velocidad de la onda?
91
5
2
Naturaleza y propagación
del sonido
El sonido es un fenómeno que nos resulta muy familiar. Los humanos y muchos
animales usamos sonidos para comunicarnos. Incluso aquellos sonidos que no percibimos de manera natural con nuestro sentido del oído han encontrado aplicaciones
prácticas.
En general, el sonido es una propagación de energía mediante la vibración de las
partículas del medio por donde se propaga. El movimiento vibratorio conjunto de
estas partículas constituye lo que se conoce como onda sonora.
A
El sonido se produce cuando vibra un cuerpo
Para que el sonido se produzca debe existir un cuerpo capaz de producir vibraciones. Si se coloca una regla en el borde de una mesa y se hace fuerza sobre el extremo
libre, cuando se deja suelto, la regla comienza a vibrar y produce un sonido. En el
caso de los platillos, cuando choca uno contra otro, vibran y provocan el sonido. Los
altavoces, los instrumentos musicales, un pájaro que canta o una persona que habla
son ejemplos de cuerpos que producen sonidos.
B
El sonido necesita un medio de propagación
El sonido necesita un medio para propagarse, no puede hacerlo en el vacío. Hay que
tener en cuenta que el aire está formado por unas partículas muy pequeñas, aunque
no se pueden ver a simple vista.
Fig. 5.5
R obert Boyle fue el primero
en demostrar que el sonido
no se transmitía en el vacío.
Por ejemplo, si un altavoz está colocado verticalmente y su membrana vibra, se
moverá hacia delante y hacia detrás. Cuando la membrana se mueve hacia delante,
empuja a las partículas del aire y hace que se dispongan más juntas. Esta zona se
llama de compresión. Las partículas del aire chocan con sus vecinas, les comunican
el movimiento de la vibración y rebotan hacia sus posiciones iniciales. El resultado
es que la perturbación se propaga por el aire.
Si la membrana se mueve hacia atrás, las partículas del aire se separarán. Lo mismo
que ha ocurrido antes, la zona de separación también se propagará por el aire. El
proceso se repite, de modo que en el instante siguiente, la membrana se moverá
otra vez hacia delante y producirá una zona de partículas muy juntas. De este modo,
en el aire se producen una serie de zonas donde las partículas están juntas, luego
separadas, después juntas, etc. La onda producida es longitudinal porque se mueve
hacia delante y las partículas lo hacen hacia delante y hacia atrás. La dirección del
movimiento de la onda y de las partículas coincide.
Propagación
de la onda
92
Las partículas que
transmiten el sonido
vibran longitudinalmente.
Fig. 5.6
Vibración de la
onda
Zona de
compresión
C
Frecuencia de un sonido
La frecuencia de una onda sonora es el número de zonas de compresión que se
producen cada segundo en la onda. Coincide con la frecuencia del cuerpo que vibra
y que produce el sonido. Igual que ocurre con cualquier onda, la frecuencia se mide
en hertzios (Hz).
El oído humano tiene máxima sensibili­dad para las frecuencias comprendidas entre 2 000 y 3 000 Hz, aunque puede percibir sonidos desde 20 Hz hasta 20 000 Hz.
Los sonidos que el oído humano no puede percibir se denominan infrasonidos y
ultrasonidos.
D
•
Infrasonidos. Corresponden a las ondas sonoras con frecuencias por debajo del
mínimo audible de 20 Hz. Por ejemplo, las ondas de un terremoto.
•
Ultrasonidos. Son los sonidos con frecuencias superiores a 20 000 Hz. Algunos
animales como los delfines y los murciélagos usan ultrasonidos para orientarse,
a modo de radar. Los humanos usamos ultrasonidos en multitud de aplicaciones
industriales y en medicina (ecografía y fisioterapia).
Amplitud y longitud de onda de un sonido
La amplitud es la altura de la cresta de la onda sonora. Cuanto mayor es su valor significa que la partícula vibra con mayor energía. La amplitud es percibida por nuestro
oído como intensidad sonora. Comúnmente se utiliza el término «volumen» para
referirse a la intensidad sonora.
La longitud de onda es la distancia que existe entre dos zonas de compresión consecutivas.
E
Velocidad
La velocidad es la distancia recorrida por la onda en la unidad de tiempo. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s a una temperatura de 20 ºC y una presión de
1 atm. Pero esta velocidad no es siempre la misma porque depende de la temperatura, de la humedad y de la presión del aire.
Longitud de onda ( l )
Fig. 5.7
Características de una onda sonora.
Aire (0 ºC)
3 31,6 m/s
Aire (20 ºC)
340 m/s
Hidrógeno (0 ºC)
1 280 m/s
Agua (0 ºC)
1 390 m/s
Agua (20 ºC)
1 484 m/s
Madera (20 ºC)
3 900 m/s
Acero (20 ºC)
5 050 m/s
Vidrio (20 ºC)
5 200 m/s
Tabla 5.1 Velocidad del sonido en algunos
medios.
La velocidad del sonido en los líquidos, como el agua, es mucho mayor que en el aire
y depende de varios factores (temperatura, profundidad, salinidad, etcétera).
En medios sólidos, la velocidad del sonido todavía es mayor que en medios líquidos.
En general, cuanto más ligadas estén las partículas constituyentes de un medio, más
rápido se transmite el sonido (Tabla 5.1).
Actividad resuelta
Un indio de la tribu sioux quiere ayudar a cruzar las vías del tren a una manada de bisontes. Para ello aplica su
oído sobre las vías metálicas del ferrocarril. Tarda 5 s en comenzar a oír el sonido de la locomotora. Sabiendo
que la velocidad del sonido en el acero es de 5 050 m/s, ¿a qué distancia está el tren?
s
De donde: s =25 250 m
Se aplica v = s y se sustituye: 5 050 m/s =
5s
t
Actividad
3 Dos ballenas están separadas 10 km de distancia. Si la primera emite una llamada y la segunda le
responde, calcula cuánto tarda la primera en recibir
la respuesta. (Utiliza 1 500 m/s como la velocidad del
sonido en el agua marina).
93
5
*
3
Propiedades del sonido
Cuando el sonido llega a nuestros oídos nos produce unas sensaciones llamadas
intensidad, tono y timbre.
Sabías que...
La unidad de intensidad sonora
recibe el nombre de bel en honor de Alexander Graham Bell
(1847-1922), estudioso del sonido y creador de la patente del
teléfono. Para medir el sonido se
utiliza generalmente un múltiplo
del bel, el decibel (dB).
•
Intensidad. Está relacionada con la energía que transporta la onda sonora en
un segundo. Dicha intensidad depende de la amplitud de la onda. Los sonidos
fuertes, como el de un trueno, corresponden a ondas cuya amplitud es grande.
Por el contrario, los sonidos débiles son ondas sonoras de amplitud pequeña.
La intensidad de los sonidos se mide en decibelios. Esta unidad se representa
por dB. La intensidad más débil que puede percibir un oído humano normal
corresponde a 0 dB.
•
Tono. La frecuencia de una onda sonora determina el tono del sonido. Si la frecuencia es grande, el tono se llama agudo. Si es pequeña, grave. La sirena de
una ambulancia produce un sonido agudo. El trueno es un ejemplo de un sonido
grave.
•
Timbre. Si varios instrumentos de música tocan la misma nota, nuestro oído
puede identificar cada instrumento. Decimos que cada instrumento tiene un
timbre diferente. Las notas que produce cada instrumento musical no están
formadas por una sola onda sino por la suma de varias. En cada instrumento la
combinación de ondas es diferente por lo que cada uno produce un sonido con
un timbre distinto.
a)
b)
tt
tt
Umbral de audición
Respiración pausada
Rumor de hojas
Murmullo suave
Conversación normal
Automóvil en marcha
0 dB
10 dB
20 dB
30 dB
50 dB
60 dB
Agudo
Fuerte
tt
Peligro en exposición constante
Tráfico denso
Camión (a 15 m)
Tren en un túnel
70 dB
90 dB
100 dB
Umbral de dolor
Construcción (a 3 m)
Concierto de rock
Martillo neumático
Despegue de un reactor
Cohete espacial
110 dB
120 dB
130 dB
150 dB
180 dB
tt
Débil
Grave
c)
tt
tt
Diapasón
Tabla 5.2 Escala de intensidad sonora.
tt
Piano
Violín
Fig. 5.8
Sonido agudo y sonido grave (a). Dos sonidos del mismo tono; uno fuerte y otro
débil (b). Sonidos de la misma frecuencia y de timbre distinto (c).
Actividades
4 Dibuja dos ondas sonoras que tengan:
a) El mismo tono, pero diferente intensidad.
94
b) La misma intensidad, pero diferente timbre.
c) El mismo timbre, pero diferente tono.
4
Reflexión del sonido
El sonido viaja necesariamente a través de un medio, que puede ser gaseoso, líquido
o sólido. Mientras viaja por el mismo medio, su velocidad se mantiene constante. Si
las ondas sonoras llegan a una frontera en la que el medio cambia, pueden ocurrir
dos fenómenos:
— Las ondas penetran en el nuevo medio y continúan viajando por él.
— Las ondas rebotan o se reflejan en la frontera de los dos medios y vuelven al
medio inicial.
La reflexión del sonido es el cambio de dirección que experimenta cuando
llega a la superficie de un medio.
En la mayoría de los casos, ocurren simultáneamente la transmisión en el segundo
medio y la reflexión hacia el primero. La energía que transportan las ondas sonoras
inicialmente, se reparte entre las ondas que se transmiten y las ondas reflejadas. La
reflexión de las ondas sonoras es un problema importante a la hora de estudiar la
acústica de las salas de concierto y los auditorios. A la vez, ha permitido desarrollar
técnicas como el sonar o la ecografía de gran utilidad en muchos campos. Si una
onda sonora incide perpendicularmente sobre una superficie reflectora, vuelve sobre
sí misma en la misma dirección y sentido contrario. Pero si la onda incidente forma un
ángulo no perpendicular con la superficie reflectora, el ángulo de la onda reflejada es
igual al ángulo de la onda incidente del modo que se muestra en la Figura 5.9.
CD
En el CD del alumno encontrarás actividades interactivas
y curiosidades acerca del sonido para afianzar tus conocimientos.
Fig. 5.9
Ángulo de
incidencia
Onda original
Onda reflejada
A
R eflexión de ondas
según su ángulo
de incidencia.
Ángulo de
reflexión
Superficie reflectora
Eco y reverberación
El eco es un fenómeno por el cual un sonido se refleja en algún obstáculo y, al cabo
de un tiempo, las ondas reflejadas vuelven en parte al punto de partida. El tiempo que
transcurre entre la onda emitida y la reflejada debe permitir percibirlas claramente
como distintas. Cuando la onda reflejada vuelve al punto de partida, la original ya
debe haberse extinguido.
El tiempo mínimo para que el oído reconozca como distintas la onda original y la
refle­jada se conoce como tiempo de persistencia. Este tiempo es 0,1 s para sonidos
musicales y 0,07 s para sonidos como las palabras. También puede saberse si habrá
eco o no a partir de la distancia entre el foco emisor y la pared u obstáculo en el que
las ondas sonoras se reflejan. Esta distancia mínima es de 11,34 m para sonidos
como las palabras. Para sonidos musicales la distancia debe ser mayor, hasta unos
17 m, para poder apreciar bien el efecto del eco.
Actividad resuelta
Después de dar una palmada a una cierta distancia de un talud, el eco tarda 1,2 segundos en escucharse. ¿A
qué distancia está el talud?
s
Tomando 340 m/s como velocidad del sonido en el aire y aplicando v = :
t
s
340 m/s = De donde se deduce s = 408 m
1,2 s
95
5
La reverberación es un fenómeno muy parecido al eco. Se produce cuando las ondas
reflejadas llegan al oyente antes de que la onda original deje de oírse. El efecto es
parecido a una ligera prolongación del sonido original.
Uso de la sala
t (s)
Teatro hablado
0.4 – 1
Música orquestal
1.5
Ópera
1.6 - 1.8
Tabla 5.3 Tiempos de reverberación
óptimos para una sala.
* Sabías que...
Los murciélagos y los delfines disponen de sonares naturales que
les orientan en sus movimientos
y localización de presas.
Las salas se construyen de forma que su tiempo de reverberación sea el adecuado
para el uso que se les va a dar. Una sala de conferencias precisará un tiempo de
reverberación corto, de modo que no se produzcan reflexiones que dificulten la inteligibilidad los discursos. De acuerdo con los datos de la Tabla 5.3, los teatros deben
tener un tiempo de reverberación menor que el de un teatro de ópera.
B
Sónar
El sónar (del inglés, Sound Navigation And Ranging) es un sistema de cálculo de
distancias y localización de objetos que trabaja con ultrasonidos. Fue desarrollado
durante la Segunda Guerra Mundial y usado en la guerra submarina, tanto para
detectar a los submarinos enemigos como para guiar los torpedos hacia sus blancos.
El funcionamiento del sónar es simple. Un emisor envía ultrasonidos. Cuando chocan
con un objeto, se reflejan y son captados por el receptor.
Tiene gran aplicación para «ver» el fondo marino y poner en aviso a barcos y submarinos de peligros para su navegación. Para barcos pesqueros tiene utilidad en la
localización de bancos de peces.
C
Ecografía
La ecografía es una técnica que se usa en medicina. Se basa en la utilización de ultrasonidos, es decir, sonidos cuya frecuencia es mayor de 20 000 Hz. Como recordarás,
esa es la máxima frecuencia que puede percibir el oído humano.
La ecografía permite observar órganos y tejidos así como los tumores. También es
muy usada para observar el desarrollo y los movimientos del feto durante el embarazo. Otro campo de aplicación es el de la cardiología porque permite visualizar el
corazón y su funcionamiento en tiempo real.
Fig. 5.10
96
Ecografías de un hombre adulto y de una mujer embarazada. Las imágenes muestran un riñón y un feto.
5
El oído y la audición
Los animales pueden emitir sonidos de frecuencias muy diversas. Perciben las vibraciones que se transmiten a través del agua,
del aire e incluso las del suelo o la madera. En el caso de los
humanos las ondas sonoras llegan a la oreja, penetran por un
conducto y hacen vibrar al tímpano. Esta vibración se transmite
al oído interno y, de allí, al cerebro.
El órgano del oído interviene en dos procesos: la audición y el
mantenimiento del equilibrio. Se puede considerar dividido en
tres partes: oído externo, oído medio y oído interno. Los dos
últimos se alojan en el interior del hueso temporal del cráneo.
6
Ruido y contaminación acústica
Fig.5.11
Estructura interna del oído.
El ruido se define como un sonido molesto con una intensidad elevada. Así, una conversación puede ser considerada como ruido por las personas que no participan en ella.
La contaminación acústica es la alteración de las condiciones normales del sonido
de una zona. La provocan actividades humanas como el tráfico de automóviles y
aviones, las industrias, la construcción de edificios, las obras públicas, las discotecas,
etc. La contaminación acústica puede causar graves daños en la salud y en la calidad
de vida de las personas.
A
Riesgos de la contaminación acústica
Los principales riesgos de la contaminación acústica son la disminución en la capacidad auditiva y la posibilidad de trastornos psicológicos y fisiológicos.
B
•
Los trastornos fisiológicos incluyen dolor de cabeza, tensión muscular, dilatación de las pupilas, parpadeo acelerado, incremento de la presión arterial,
aceleración del ritmo de la respiración y del latido del corazón (taquicardia), que
puede llegar al infarto.
•
Los trastornos psicológicos incluyen una disminución de la atención y de la
memoria, insomnio, sensación de fatiga y depresión. También, estrés y ansiedad,
irritabilidad y agresividad.
•
Los trastornos auditivos son los más frecuentes. Un sonido fuerte (de unos
140 dB) como una explosión o un disparo cerca del oído puede producir la rotura
del tímpano y otras lesiones irreversibles llamadas trauma acústico. La exposición prolongada a ruidos de gran intensidad produce lesiones progresivas con
una pérdida parcial de audición. Otras se acompañan de ruidos y zumbidos en
el oído interno (tinnitis).
Sabías que...
Las principales actividades con
niveles peligrosos de ruido
son el tráfico, las industrias, el
despegue de aviones, las obras
públicas, la construcción y los
pubs y discotecas.
*
Fig.5.12
Sonómetro para medir ruido.
Medidas contra la contaminación acústica
El nivel de ruido o sonidos no deseados se puede reducir si se usan diferentes elementos:
— Tapones y orejeras para los oídos como los empleados por los trabajadores que
manejan los martillos de aire comprimido.
— Materiales aislantes y reflectantes, como los cristales dobles de las ventanas.
— Sustancias absorbentes, como las alfombras y las cortinas.
— Barreras acústicas para amortiguar el ruido producido en las carreteras.
— Silenciadores que se colocan en los tubos de escape de los coches y las motos.
97
Rayos gamma
5
7
Desdemuyantiguo,loscientíficoshanintentadoaveriguarquéeslaluz,cómose
produceycómosepropaga.
10 -14 – 10 -12 J
Rayos X
10 -17 – 10 -14 J
Rayos ultravioleta
10 -18 – 10 -19 J
Luz visible
naturaLeza y propagación de La Luz
Laluzesuntipodelasllamadasondas electromagnéticas.Estasondaspresentan
unadiferenciafundamentalconrespectoalasondasvistashastaahora,pues,al
contrarioqueotrostiposdeonda,sepropaganporelvacío,esdecir,porloslugares
dondenohayningunaclasedemateria.
10 J
-19
Rayos infrarrojos
10 – 10 -20 J
Microondas
10 -25 – 10 -33 J
Ondas de radio
10 -31 – 10 -25 J
-23
Elconjuntodelasondaselectromagnéticas,tambiénconocidocomoespectro electromagnético,abarcadesdelasondasquetransportanmásenergía,comolosrayos
gamma,hastalasmenosenergéticas,comolasondasderadio.
Tabla 5.4 Energíadedistintasondas
electromagnéticas.
Espectro visible por el ser humano (Luz)
Ultravioleta
400 nm
Fig. 5.13
Espectro visible por el ser
humano dentro del espectro
electromagnético.
Rayos
cósmicos
Rayos
Gamma
450 nm
Rayos X
500 nm
550 nm
UVA/B/C
Ultravioleta
600 nm 650 nm
Infrarrojo
Radar
Microondas
Infrarrojo
700 nm
UHF
VHF
750 nm
Onda media
Onda corta
Radio
Frecuencia
extremadamente
baja
Onda larga
Fig. 5.14
A
Fuente primaria: bombilla (a) y
fuente secundaria: Luna (b).
La Luz transporta energía
Hayhechosexperimentalesqueconfirmanquelaluztransportaenergía.Porejemplo,
losrayosdeluzconcentradosconunalupapuedenllegaraquemarunpapel;conla
luz,lasplantasrealizanlafotosíntesisyproducensustancias.Segúnemitanonoluz
propia,losobjetospuedenserfuentesprimariasosecundarias.
a)
•
Fuentes emisorasofuentes primarias.Asísecomportaunabombillaencendida,unallama,unapantalladetelevisión,elSolocualquierestrella.
•
Reemisores de luz o fuentes secundarias.Sonobjetosquenoemitenluzpropia
peroreemiten,enparteototalmente,laquelesllega.Sonejemplosunespejoo
laLuna.
Lasfuentesluminosaslosonpordistintascausas.Muchoscuerposemitenluzcuando
alcanzantemperaturaselevadasopormediodereaccionesquímicas,comolasque
producenlasluciérnagas.
B
comportamiento de Los cuerpos Frente a La Luz
Cuandolaluzllegaaunobjeto,unapartedeellaserefleja.Sielobjetoestransparente,comoelvidrio,laluztambiénpasaatravésdeélyserefracta.Tambiénpuede
ocurrirqueunafraccióndelaluzseaabsorbidaporelobjeto.Normalmente,laabsorcióndalugaraunaumentodelatemperaturadelcuerpo.Losobjetos,segúndejen
pasaronolaluz,sedenominanopacos, transparentesotranslúcidos.
b)
•
•
•
98
Opacos. Sinodejanpasarlaluzenabsoluto,comolosmetales.
Transparentes. Sidejanpasartotalmentelaluzatravésdeellos,comoelcristal.
Translúcidos.Sidejanpasarparcialmentelaluz,peronopermitendistinguirlas
formasdelosobjetoscuandosemiraatravésdeellos.Porejemplo,loscristales
delasventanasdelcuartodebaño.
C
Velocidad de la luz
La luz se propaga por distintos medios y también por el espacio vacío (a diferencia
del sonido), donde alcanza su máxima velocidad. Esta velocidad es la mayor que
cualquier cuerpo puede alcanzar en el Universo. Es una de las llamadas constantes
universales y aparece en multitud de fórmulas físicas sobre el comportamiento del
Universo. Se representa por la letra c y su valor es:
c = 299 792 458 m/s
Para recordarlo más fácilmente se utiliza c = 300 000 000 m/s.
En el aire, el agua o el vidrio, la luz viaja más lentamente que en el espacio vacío. El
cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en un medio
determinado (v) se conoce como índice de refracción (n) del medio:
c
n=
v
Aire
1,003
Agua
1,33
Cuarzo
1,46
Polietileno
1,50
Vidrio de plomo o Flint
1,62
Diamante
2,4
Silicona
4,01
Tabla 5.5 Índices de refracción de algunos medios.
Actividad resuelta
La distancia entre la Tierra y la Luna es de 384 400 km. Calcula el tiempo
que tardaría una señal luminosa en llegar a la Tierra desde nuestro satélite.
La velocidad de la luz es c = 300 000 000 m/s y s = 384 400 km s
En la ecuación v = se sustituyen esos valores: t
384 000 000 m
300 000 000 m/s = t
De donde, t = 1,28 s
D
Fig. 5.15
La luz se propaga en línea recta.
La luz se propaga en línea recta
Una característica destacada de la luz es el hecho de que se propaga en línea recta.
Esto se pone en evidencia con distintos experimentos.
Si se observa un haz estrecho de luz como el que pasa por un pequeño agujero
practicado en una pantalla opaca, se ve que el haz es rectilíneo. Es más, si se practica un segundo agujero en otra pantalla y se alinean ambos agujeros con la fuente
luminosa, se comprueba cómo la luz llega a pasar por ambos.
Otra prueba de la propagación rectilínea de la luz es la formación de sombras. Una
sombra es una zona donde no llegan los rayos de luz de una fuente porque hay un
obstáculo. Si se coloca un objeto opaco, como un libro, delante de una bombilla o un
tubo fluorescente, se observa que alrededor de la sombra se forma una zona menos
oscura, la llamada penumbra. Esto se produce siempre que la fuente luminosa sea
extensa.
Fuente luminosa puntual
Fuente luminosa extensa
Sombra nítida
Un caso a gran escala de sombras es el de los eclipses. El eclipse solar se produce
cuando la Luna se interpone entre la Tierra y el Sol, y proyecta su sombra sobre la
Tierra. El eclipse lunar se produce cuando es la Tierra la que se interpone y proyecta
su sombra sobre la Luna, de modo que impide recibir los rayos solares.
Penumbra
Sombra total
Fig. 5.16
Formación de sombras nítidas
y de penumbras.
99
5
8
Reflexión de la luz. Espejos
Cuando un rayo de luz incide sobre una superficie, como la de un espejo o el agua
tranquila de un lago, cambia su dirección y continúa la propagación por el medio
del cual provenía.
CD
La reflexión es el cambio de dirección que sufre un rayo de luz cuando llega
a la superficie de un cuerpo.
Experimenta con espejos con las
actividades que se proponen en
el CD del alumno.
El rayo que llega se conoce como rayo incidente y el rayo que sale como rayo reflejado. La recta imaginaria perpendicular a la superficie de reflexión, que pasa por el
punto de incidencia, se conoce como normal. El ángulo que forma el rayo incidente
con la normal se llama ángulo de incidencia y el que forma el rayo reflejado con la
normal, ángulo de reflexión (Figura 5.17).
•
El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano.
•
El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
Rayo
incidente
Normal
Ángulo de
incidencia
^
ı
Rayos incidentes
Rayo
reflejado
Ángulo de
reflexión
r^
Rayos reflejados
a)
Superficie lisa
a)
Fig. 5.17
Imagen
reflejada
Espejo
Reflexión de un rayo de luz.
A
Fig. 5.18
b)
Superficie rugosa
Reflexión especular (a) y reflexión difusa (b).
Reflexión especular y reflexión difusa
Si la luz incide sobre una superficie perfectamente lisa, los rayos que llegan paralelos
salen también paralelos después de reflejarse. Es la reflexión especular. La superficie del agua de un lago tranquilo produce esta clase de reflexión.
En cambio, en superficies rugosas, los rayos incidentes paralelos producen rayos
reflejados que no son paralelos entre sí, debido a que la inclinación de la superficie
varía de un punto de incidencia a otro. Recibe el nombre de reflexión difusa. La
reflexión de la luz producida en una hoja de papel es de tipo difuso.
x
x
Objeto
b)
B
Pantalla
Espejos
Los espejos son objetos cuyas superficies se han pulido extremadamente para que
produzcan reflexión especular de la luz que incide sobre ellos. Un espejo perfecto
sería aquel que reflejara totalmente, de modo especular, la luz que incide sobre él.
B1
x
Imagen
proyectada
100
Fig. 5.19
Formación de una imagen virtual
(a) y de una imagen real (b).
Espejos planos
Si se coloca un objeto delante de un espejo plano, se puede ver su imagen. Los
rayos que salen del objeto llegan al ojo después de reflejarse y el ojo interpreta que
los rayos proceden de un punto imaginario detrás del espejo, por eso se dice que
la imagen es virtual porque se ha formado con rayos no reales. Existe otra clase de
imágenes llamadas reales. Estas imágenes están formadas por la intersección de
rayos reales y se pueden proyectar en una pantalla como ocurre en un proyector
de diapositivas o en el cine.
B2
Espejos curvos
Existen dos clases de espejos curvos: cóncavos y convexos.
Los espejos cóncavos están curvados hacia dentro y los convexos hacia fuera. La
parte exterior de una cuchara muy pulida se podría utilizar como espejo cóncavo y
la parte exterior, como convexo.
•
T odos los rayos paralelos que llegan a un espejo cóncavo se reflejan de forma
que se concentran en un punto llamado foco F. Por esa razón se dice que los
espejos cóncavos son convergentes.
•
Los espejos convexos se comportan de manera diferente. Reflejan los rayos paralelos de manera que todos parecen proceder de un punto que también se llama
foco F. Los espejos convexos son, por tanto, divergentes.
Los espejos curvos son, en realidad, un trozo de una esfera. Como la esfera tiene un
centro, en los espejos curvos también se podrá definir un punto C como centro del
espejo y corresponde al centro de la esfera. El foco de los espejos convergentes y
divergentes está situado en el punto medio del eje que une el centro del espejo con
el centro C de la esfera. La línea que pasa por el centro y por el foco de un espejo
se llama eje.
Fig. 5.20
Espejos cóncavos y convexos.
Para obtener gráficamente las imágenes que se forman en los espejos curvos, se
puede utilizar el procedimiento representado en la figura:
a
F = foco
C = centro
1
b 1
2
2
3
C
Fig. 5.21
C
F
F
Formación de imágenes en espejos curvos:
imagen real (a) y virtual (b).
3
1 Rayo paralelo al eje y que pasa por el foco.
ayo perpendicular al espejo que pasa
2 R
por su centro.
3 Punto donde cortan los rayos anteriores.
De acuerdo con sus características, una imagen puede ser mayor o menor en comparación con el tamaño del objeto; derecha o invertida (si la imagen aparece boca
abajo).
Los espejos cóncavos se utilizan como reflectores en los faros de los coches. Con
los espejos convexos se pueden obtener observaciones panorámicas de grandes
ángulos en supermercados y cruces de calles.
Actividad
5 El periscopio está formado por dos espejos planos. Sirve para ver los
objetos a los que el observador no tiene acceso. Son típicos los utilizados en
submarinos o en trincheras. Explica su funcionamiento utilizando el esquema de la figura. Si tienes alguna duda, puedes utilizar distintas fuentes de
información, como libros, enciclopedias o Internet, para comprender cómo
funcionan. Recuerda que los periscopios se utilizan en submarinos situados
bajo el agua para ver objetos que están en la superficie.
Espejos
Visor
101
5
^
9
Refracción de la luz.
Lentes y prismas
r = Ángulo de refracción
^
ngulo de incidencia
ı =Á
^r
La refracción es la desviación que sufre un rayo de luz cuando pasa
de un medio a otro, por ejemplo del aire al agua, del aire al vidrio o al revés.
El rayo que llega a la superficie de separación se conoce como rayo incidente, y el
que sale del punto de incidencia y penetra en el segundo medio se denomina rayo
refractado.
Lu
z
^r
re
fra
ct
ad
a
Línea imaginaria
(normal)
^
i
Aire
Luz
incid
ente
Aire
Agua
^
i
Fig. 5.22
También en el caso de la refracción es útil tener en cuenta la normal o recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de
incidencia. (Véase la Figura 5.22).
Agua
Representación
de la recta normal.
•
El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.
•
Cuando la luz pasa de un medio a otro en el que se propaga a una velocidad
menor, el rayo refractado se acerca a la normal, y se aleja, si ocurre al revés. Si el
rayo incide perpendicularmente a la superficie, no se desvía.
El fenómeno de la refracción explica varios hechos, como que los objetos sumergidos
en agua nos parezcan curvados o desplazados de su posición. Esto se puede comprobar al sumergir una varilla en un vaso de agua. También explica que las piscinas
o los acuarios nos parezcan menos profundos de lo que realmente son.
a)
A
Lente convegente. Foco real
Foco
Lentes
Las lentes son objetos transparentes que presentan curva al menos una de sus caras.
Cuando la luz procedente de los objetos pasa a través de ellas, produce imágenes.
Igual que ocurre en los espejos, las imágenes formadas pueden ser reales o virtuales,
de mayor o menor tamaño que el objeto, y derechas o invertidas.
Normalmente, se construyen de vidrio y son la base de la mayoría de aparatos ópticos: microscopios, telescopios, cámaras fotográficas, etc. También son usadas para
corregir los defectos visuales tanto en forma de gafas como de lentillas.
b)
Lente divergente. Foco virtual
Se clasifican en convergentes y divergentes.
•
Lentes convergentes, si los rayos que entran paralelos se encuentran en un
punto a la salida. Este punto se llama foco F de la lente.
•
Lentes divergentes, si los rayos que entran paralelos salen separándose entre sí.
El foco de estas lentes se encuentra prolongando estos rayos divergentes hacia
el lado en el que convergerían. Se llama foco virtual F’.
Foco
Fig. 5.23
Trayectoria de los rayos de luz y situación del foco
en una lente convergente (a) y en una divergente (b).
Fig. 5.24
102
T ipos de lentes
según la forma
de sus caras.
El eje de una lente es la línea recta que pasa por el foco y por el punto central de
la lente.
En la Figura 5.23 se puede ver cómo las lentes convergentes son más gruesas por el
centro que por los extremos, mientras que en las divergentes ocurre lo contrario.
Biconvexa
Planoconvexa
Bicóncava
Planocóncava
Concavoconvexa
B
Sabías que...
Formación de imágenes
Para obtener gráficamente las imágenes que se forman en las lentes convergentes
y divergentes se dan los siguientes pasos:
a)
1
C
*
1
Rayo paralelo al eje
que pasa por el foco F’
1
F
b)
Las populares lupas son lentes
convergentes que producen
imágenes mayores que el objeto.
F’
F’
C
F
F’
C
F
2
Rayo que pasa por el centro
de la lente y no se desvía
F
C
F’
2
2
3
Punto donde se cortan
los rayos anteriores
F
C
F’
F’
3
3
C
F = foco
C = centro
F
Fig. 5.25
Formación de imágenes.
Actividades
6 Dibuja la trayectoria de los rayos de luz después de reflejarse en cada uno de los siguientes espejos. Ten en
cuenta las leyes de la reflexión y ayúdate con un dibujo de la normal a la superficie del espejo en el punto de incidencia de los rayos.
7 Dibuja la trayectoria de los rayos de luz al pasar a través de las siguientes lentes:
8 Completa los dibujos e indica los rayos de luz que salen de las lentes:
Foco
Foco
103
5
C
Descomposición de la luz
En la Figura 5.26 puedes ver que un rayo de luz blanca, como la del Sol, se descompone en colores cuando atraviesa un prisma transparente. Este fenómeno se llama
dispersión. También observarás que la luz que más se desvía es la violeta y la que
menos lo hace es la roja.
CD
En el CD encontrarás divertidas
actividades, anécdotas y curiosidades para facilitar y ampliar tus
conocimientos.
En realidad, la luz blanca es una mezcla de luces de diferentes colores. Cada una de
ellas se propaga con una velocidad distinta. La más rápida es la luz violeta y la más
lenta, la luz roja. Cuando las diferentes luces se refractan, la luz violeta lo hará con
un ángulo mayor que la luz roja.
La dispersión puede verse también en la luz que atraviesa los diamantes y otras
piedras preciosas transparentes, lo que ocasiona las irisaciones características. Asimismo, este fenómeno es originado por las gotas de agua de lluvia y forma en el
cielo el conocido arco iris.
Descomposición de la luz blanca en colores (rojo,
anaranjado, amarillo, verde azul, añil y violeta)
al atravesar un prisma.
Fig. 5.26
Fig. 5.27
Las gotas de lluvia descomponen la luz igual
que un prisma.
Actividades
9 Traza el camino de un rayo de luz monocolor
cuando atraviesa el sistema formado por los dos prismas de la figura:
10 Si el primer prisma de la siguiente figura descompone un rayo de luz blanca en sus componentes, dibuja
que ocurrirá si se dispone un segundo prisma idéntico e
invertido respecto al primero con una de sus caras paralelas.
Normal
Rayo
incidente
104
D
Colores
La luz blanca del Sol es una mezcla de luces de diferentes colores. Se ha descubierto
que cualquier color que forma parte de la luz blanca puede obtenerse a partir de tres
colores básicos: rojo, verde y azul. Estos tres colores se llaman primarios porque
no pueden formarse a partir de los otros colores que forman la luz blanca.
En la Figura 5.28 se puede observar que la combinación de los tres colores primarios
produce luz blanca. Además, la suma de dos de los colores primarios da lugar a otros
que se llaman secundarios.
El color de los objetos se produce de forma diferente en los objetos transparentes
y en los opacos.
•
Objetos transparentes. Un cristal verde se ve de ese color cuando se ilumina
con luz blanca porque el cristal absorbe todos los colores de la luz excepto el
verde. Ese color es el único que se transmite a través del cristal. En general, cualquier cuerpo transparente tiene un color determinado porque absorbe todos
los colores de la luz excepto el suyo.
•
Objetos opacos. Un cuerpo opaco puede verse porque la luz del Sol o de cualquier otra fuente se refleja en él y llega hasta nuestros ojos. El color de los objetos
opacos se produce por absorción y reflexión de la luz. Las hojas de un árbol se
ven de color verde porque absorben todos los colores de la luz blanca y sólo
reflejan el verde. Un objeto es de color blanco porque refleja todos los colores
de la luz. Si un cuerpo absorbe todos los colores, se verá de color negro.
Fig. 5.28
L a combinación de los tres
colores primarios (rojo, verde
y azul) produce luz blanca.
Fig. 5.29
Color de un cuerpo transparente.
Otro factor que influye en el color de un cuerpo transparente u opaco es el color de la
luz que lo ilumina. Si un cristal verde se ilumina con luz azul, aparecerá negro porque
el cristal sólo puede transmitir la luz verde. Cuando se ilumina con luz roja un objeto
opaco de color blanco, se verá rojo porque el cuerpo sólo reflejará el rojo.
Fig. 5.30
Color de un cuerpo opaco.
Actividades
11 Explica de qué color se verá:
a) Un cristal rojo iluminado con luz azul.
b) Un cuerpo azul iluminado con luz azul.
12 ¿Qué colores primarios se absorben y se reflejan
cuando se ilumina con luz blanca un papel rojo?
13 ¿Qué colores primarios se absorben y se transmiten cuando se mira un objeto azul a través de un cristal
verde?
14 Explica con tus palabras el fundamento del color
de los objetos, según si son transparentes u opacos.
Pon ejemplos.
105
5
10
A
Visión
El ojo
La visión de los humanos y de la mayoría de animales superiores constituye su sentido más desarrollado y el que proporciona más información del medio que nos
rodea. Mediante la vista percibimos el tamaño, la forma y los colores de los objetos
y también a qué distancia están y cómo se mueven.
CD
Recuerda las partes del ojo con
el crucigrama interactivo del CD
del alumno.
El ojo o globo ocular tiene forma esférica. Está rodeado por una capa opaca llamada
esclerótica o «blanco del ojo». La luz entra en el ojo por la córnea, que es la parte
transparente de la esclerótica. La cantidad de luz que penetra es regulada por el iris.
La luz atraviesa una lente convergente, conocida como cristalino, que puede variar
su distancia focal para producir una imagen en la retina. En ella, la luz se transforma
en impulsos nerviosos que son transmitidos al cerebro. La retina está formada por
dos clases de células:
•
Conos. Son sensibles a la luz de gran intensidad y proporcionan la visión de los
colores.
•
Bastones. Se estimulan cuando la luz es muy débil (visión nocturna). Permiten
la visión en blanco y negro.
Iris
Retina
Córnea
Pupila
Nervio
óptico
Esclerótica
Formación de imágenes en un ojo
miope según la curvatura de la
córnea y la lente correctora correspondiente.
Fig. 5.31
B
Defectos de visión
Los problemas de visión que presenta normalmente el ojo están relacionados con
el cristalino, la lente que permite enfocar la imagen sobre la retina.
106
•
Miopía. Un ojo miope es más grande que uno normal. Por esa razón, la imagen
de los objetos lejanos se forma delante de la retina. Los miopes ven bien de cerca, pero la imagen de los objetos lejanos resulta borrosa. Se corrige con lentes
divergentes.
•
Hipermetropía. Las personas hipermétropes ven sin dificultad los objetos lejanos, pero no los cercanos. En este caso, el ojo es más pequeño que uno normal
y la imagen de los objetos cercanos se forma detrás de la retina y no sobre ella.
Para corregir la hipermetropía se utilizan lentes convergentes.
•
Astigmatismo. El ojo astigmático ve deformadas las imágenes de los objetos.
Dicha deformación es producida por un defecto en la curvatura de la córnea.
Las lentes cilíndricas permiten corregir el astigmatismo.
11
Contaminación lumínica
El uso irresponsable de la energía eléctrica ha generado un nuevo tipo de contaminación. Se conoce como contaminación lumínica a la emisión directa o indirecta de
luz molesta procedente de fuentes artificiales. Sus principales tipos son la intrusión,
el deslumbramiento y la dispersión.
•
La intrusión lumínica. Se produce por entrada de luz artificial de la calle al interior
de las viviendas a causa de una iluminación callejera sin pantallas, o de fachadas
con potentes focos, o de rotulación luminosa a menudo centelleante o animada.
•
El deslumbramiento. Cuando se pasa a un ambiente mucho más iluminado, los
ojos tardan unos segundos en adaptarse; durante ese tiempo se pierde momentáneamente la visión. El deslumbramiento es más intenso cuanto más adaptada
esté la visión a la oscuridad. Si en muy poco tiempo se pasa de una carretera
oscura a una calle muy iluminada, los ojos se deslumbran, esta es la causa de
muchos accidentes de tráfico por la noche. El conductor de un coche puede ser
deslumbrado si se encuentra con otro coche que circula en sentido contrario con
las luces mal reguladas.
•
A
Fig. 5.32
Iluminación nocturna de Europa
vista desde un satélite.
Fig. 5.33
Halo luminoso nocturno
de Barcelona.
La dispersión de la luz. Cuando se estudia en una habitación y se utiliza un
flexo, la luz ilumina sólo una zona de la mesa. Si se quita la pantalla, la luz llega a
toda la habitación. Cuando los rayos de la luz nocturna de una ciudad pasan cerca
de algunas partículas contaminantes, como el polvo, los rayos se propagan en
todas direcciones y el cielo se ilumina de la misma forma que ocurre en el caso
del flexo sin pantalla. Se dice que la luz se ha dispersado. Este fenómeno ocasiona
el halo luminoso que recubre las ciudades. Por ejemplo, el halo de Madrid se
eleva 20 km por encima de la ciudad y el de Barcelona es perceptible a 300 km
de distancia, por lo que se puede ver desde Mallorca.
Riesgos de la contaminación lumínica
Los peligros de todos los tipos de contaminación lumínica son:
— Desaparición de la noche. La oscuridad natural se hace rara.
— Dificultad para las observaciones astronómicas. El brillo de los cuerpos celestes
se pierde entre los halos luminosos contaminantes.
— Problemas de orientación para animales salvajes. Se han descrito casos de aves
migratorias perdidas y de tortugas que equivocan el lugar de la puesta.
— Problemas de ansiedad y agresividad en las personas. Se están realizando estudios sobre la influencia de esta iluminación nocturna en los problemas de
insomnio y en los índices de agresividad y asociabilidad.
— Excesivo consumo de electricidad y contribución al calentamiento global.
— Riesgo de accidentes laborales y de tráfico. Pérdida de seguridad y capacidad
de respuesta en las personas.
B
Medidas correctoras
La contaminación lumínica no puede eliminarse completamente porque siempre
existe un porcentaje de luz que el suelo refleja hacia la atmósfera, pero se debe intentar que este porcentaje sea el mínimo posible. Se puede resumir en «utilizar menos
luz para iluminar mejor». Entre otras acciones, se debe hacer lo siguiente:
— Evitar la emisión directa de luz hacia el cielo, usar farolas orientadas hacia el suelo,
bombillas bien apantalladas y eficientes, de potencia suficiente para alumbrar el
suelo, pero no excesiva.
— Apagar los alumbrados ornamentales y los de grandes espacios exteriores que
resultan injustificables a partir de cierta hora.
— Remodelar el alumbrado, cambiar bombillas, variar su inclinación y utilizar dispositivos que eviten la dispersión de la luz fuera del área que se va a iluminar.
107
53
ACTIVIDADES FINALES
Para repasar
1 ¿En qué tipo de medios se transmite el sonido? ¿Por
qué?
2 Define frecuencia de un sonido. ¿Nuestro oído puede
oír todo tipo de frecuencias?
3 ¿Qué propiedad del sonido varía si se aumenta su
frecuencia? ¿Y si se aumenta su amplitud?
4 Deduce la hora que marcará un reloj de manecillas si
en la imagen que se forma en un espejo plano aparecen
las siguientes horas:
a) Las3. b) Las6y20. c) Las5menosdiez.
5 Traza el camino de los rayos de luz cuando se encuentran con las lentes, prismas (secciones en azul) y espejos
(secciones en gris) de la siguiente figura:
8 Una actriz, que lleva un traje blanco y rojo, está en
un escenario iluminado con luz verde. ¿De qué colores se
verá su vestido? ¿Y si la luz fuera azul?
9 Clasifica como pertenecientes a los órganos del oído
o de la vista las siguientes estructuras orgánicas:
a) Retina.
b) Iris.
c) Esclerótica.
d) Tímpano.
e) Pupila.
f) Cristalino.
Para aplicar
10 Para saber a qué distancia ha caído un rayo se cuenta
el tiempo que tarda en oírse el trueno después del resplandor del relámpago. Calcula a qué distancia cae un
rayo si se tarda 5 segundos en escuchar el trueno.
11 Un barco en reposo envía impulsos sonoros de 40 MHz
mediante un sonar. Los pulsos reflejados por un submarino tardan 150 ms en retornar al barco. Si la velocidad
del sonido en el agua de mar es de 1 540 m/s. Calcula la
distancia a la que está el submarino.
12 El índice de refracción del agua de mar es de 1,38.
Se disponen dos espejos planos sumergidos en el mar
separados 1 000 km y se hace incidir un rayo láser sobre
ellos de modo que se refleje alternativamente en uno y en
otro. Calcula cuánto tardaría el rayo de luz concentrado
en realizar 1 000 reflexiones en uno de los espejos.
13 Marte dista del Sol unos 228 000 000 km. La Tierra,
unos 150 000 000 km. Se espera que algún día se instalen
colonias humanas en su superficie. Calcula el tiempo mínimo necesario, en el mejor y en el peor de los casos, para
que los habitantes marcianos reciban respuesta desde la
Tierra cuando intenten comunicarse.
14 ¿Cuánto tarda la luz del Sol en llegar hasta nosotros?
¿Y la de la Luna? Toma 150 000 000 km y 384 000 km como
distancias medias.
6 Di si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
108
Para ampliar
a) Lavelocidaddelsonidoesconstanteeiguala340m/s.
b) Lavelocidaddelaluzesconstanteeiguala300000000
m/s.
c) Losespejossiempreproducenimágenesinvertidas.
d) Losprismasdescomponencualquiertipodeluz.
e) Laslentessiempreproducenimágenesmayoresquelos
objetos.
15 Intenta dar una explicación al hecho de que la velocidad del sonido en el aire aumente con la temperatura.
7 Los espejos cóncavos utilizados en el maquillaje producen una imagen de mayor tamaño que el objeto. ¿En
qué posición ha de colocarse un objeto para dar lugar a
ese tipo de imagen?
17 Varios estudios sugieren que el encallamiento y
muerte de cetáceos en las playas es causado por el uso
de sonares en los buques de guerra y de pesca. ¿Puedes
sugerir razonamientos sobre esta hipótesis?
16 Cuando dos instrumentos musicales emiten la misma
frecuencia se dice que producen la misma nota. A pesar
de ello, nuestro oído distingue perfectamente un violín de
una trompeta que interpreten la misma nota. ¿Por qué?
ACTIVIDADES FINALES
18 Averigua en qué consiste el calificativo de «mach 1»
o «mach 2» para ciertos aviones.
19 ¿Es correcto que en las películas de naves espaciales
se oiga el ruido de los cohetes? ¿Por qué?
5
23 El foco de un espejo curvo es, al igual que para una
lente, el punto donde se encuentran real o virtualmente
los rayos que producen la imagen. Dibuja dichos rayos y
encuentra los focos de los siguientes espejos esféricos:
20 ¿Por qué los espejos invierten la izquierda con la derecha pero no el arriba con el abajo?
21 Averigua qué tipo de lentes se usan para corregir la
miopía y la hipermetropía.
22 ¿Por qué crees que en los animales, los órganos del
oído, al igual que los de la visión, son pares y están situados uno a cada lado de la cabeza?
Pon en práctica
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO
Laprácticausaelecoparacalcularlavelocidaddelsonido.Unexperimentadormideeltiempoquetardaelsonido
eniryvolveraunobstáculo.Conociendotambiénladistanciaaeseobstáculosepuedecalcularlavelocidaddel
sonido.
Procedimiento
tieneeltiempoentrepalmadaypalmadaqueeseltiempo
queunaondasonoratardaenllegaralapared,reflejarse
yvolver.
Siahorasedivideelespaciodeidayvueltasumadosporel
tiempoquehatardadoelsonidoeniryvolver,seobtiene
suvelocidad.
• S emideladistanciadesdedondenosencontramos
hastalaparedoeledificiodondevaareflejarseel
sonido.Sedaunapalmadaysecompruebaqueala
distanciaescogidaseoyeperfectamentesueco.
• U nmétodopocoexactoconsisteendarunapalmaday
medirconelcronómetroeltiempoquetardaenoírse
eleco.Sisemideladistanciadeidayvueltaalapared,
lavelocidaddelsonidosehalladividiendodichadistanciaporeltiempomedidoconelcronómetro.
Material
• Un cronómetro
• Una pared o un edificio
con un espacio libre ante
él de unos 50 m (el patio
de la escuela o un campo
de juego)
• U nmétodomejoresaplaudirrítmicamentemientras
seintentaacompasarelritmoparaquecadapalmada
coincidaconelecodelaanterior.
• C uandosehaconseguidoesto,seempiezaacontar
eltiempoysesigueaplaudiendoaeseritmodurante
veintesegundos,porejemplo,contandoelnúmerode
palmadasefectuadasenesetiempo.
Resultado
Sisedividenlosveintesegundos(oeltiempoquesea)por
elnúmerodepalmadasefectuadasenesetiempo,seob-
109
5
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
LA SUPERACIÓN
DE LA SORDERA
Lapérdidadelsentidodeloídosepresentaendiversosgradosdegravedadypuededeberseaafeccionesendistintas
partesdeloído.Aparecetantoenreciénnacidoscomoen
personasadultasaunque,comoenlamayoríadelasdolencias,elpasodelaedadacentúalossíntomasyesmuyraro
encontrarpersonasancianasquenopresentenalgúntipo
depérdidadeaudición.Estapérdidadeaudiciónpuedeser
totalomanifestarseexperimentandoalgunootodosdelos
siguientessíntomas:
•
Dificultad para entender conversaciones, sobre todo
cuandohayvariasvocesoruidodefondo.
•
Sonidosextrañosenlosoídos,comozumbidos,chicheos
oronquidoenlosoídos(tinnitisoacúfenos).
•
Dificultadparaentenderseporteléfonouoírlatelevisión
olaradioaunvolumennormal.
•
Aparicióndecarácterirritableysensacióndefatigacausadaporelesfuerzoparaoír.
•
Aparicióndemareosoproblemasdeequilibrio.
Segúnlapartedeloídoafectada,lapérdidadeaudiciónse
clasificaenconductivayneurosensorial.
Sellamaconductivacuandoafectaalconductoauditivodondealgoimpidequelasondassonoraslleguenaloídointerno.Puededeberseaunavariedaddeproblemas,incluidosla
acumulacióndecerumen,lasinfecciones,laacumulaciónde
líquidoeneloídomedio(infeccióndeloídouotitismedia)y
laperforacióndeltímpano.
Timpano
Lapérdidadeaudiciónneurosensorialsedebealesionesen
lascélulasciliadasdelacócleaoenelnervioauditivo.Laslesionespuedenserhereditariasperotambiéncausadasporla
edady,naturalmente,poragentescomoelruido,laslesiones,
ciertasenfermedadeseinfecciones,medicamentostóxicoso
untraumatismocraneoencefálico.
Tambiénpuedenencontrarseafeccionesmixtas,combinación
deneurosensorialesyconductivas.
Lasorderaconductivapuedecorregirsemédicaoquirúrgicamentelamayoríadelasveces.Encambio,laneurosensorial
nopuedeserrevertida,sólopuedeserpaliadaconeluso
deimplantesquecomuniquenconenelnervioauditivoo
elcerebro.
Lostiposdedispositivosqueayudanalaaudiciónson:los
audífonosylosimplantes.
Losaudífonosamplificanlossonidosparaquelosoídoslesionadospuedandetectarlos.Seinstalancompletamenteoen
parteenelcanalauricularyenlaorejaodetrásdeella.Todos
constandelosmismoscomponentesprincipales:
•
Micrófono. Recogelossonidosylosconvierteenseñales
eléctricas.
•
Amplificador. Aumentalaintensidaddelasseñalesdelmicrófono.Losfiltrosmodificanlossonidosdemodoquesólo
seamplificanlosquesonimportantesparaelusuario.
•
Altavoz.Conviertelasseñaleseléctricasenacústicas,que
elusuariopuedeoír.
•
Microprocesador.Enlosaudífonosdigitalessepuede
programarunmicroordenadorparamanipularlasseñalesyadaptarsealapérdidadeaudicióndecadausuario.
Estemicroprocesadornoexisteenlosantiguosaudífonos
analógicosque,aunquepuedenregularseenparte,no
permitenlaadaptabilidaddelosdigitales.
Cerumen
Canal
auricular
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La oclusión del canal auricular por el propio cerumen
y la suciedad puede causar pérdida de audición.
El tamaño de los audífonos actuales en comparación con el de los primeros aparatos
permite una implantación muy discreta en la oreja.
Transmisor
Impulso
nervioso
Estereocilios
Receptor
Célula
pilosa
Núcleo
Estimulador
Microprocesador
Neurona
(terminal)
Fotomicrografía y esquema de una célula ciliar de la cóclea, la encargada
de convertir el estímulo sonoro en impulsos nerviosos.
Los implantes cocleares sondispositivosqueseusanenel
casodesorderamuygraveoprofunda.Sondispositivoselectrónicosqueseimplantan,unapartemediantecirugíadebajo
delapiel,yotraparte,externamentedetrásdelaoreja.Un
implantetienelassiguientespartes:
•
Unmicrófonoquecaptalossonidos.
•
Unprocesadorinformáticoqueseleccionayorganizalos
sonidoscaptados.
•
•
Micrófono
Componentes de un implante coclear.
lashabilidadesdelhabla,ydeldesarrollosocial.Lamayoría
delosniñosquerecibenimplantestienenedadesentredos
yseisaños.Hoydíasepiensaqueelimplantetempranopermitequeelniñoseexpongaalossonidosduranteelperiodo
críticoenelqueaprendenahablaryaadquirirhabilidades
lingüísticas.
Otrostiposdeimplantesmenosfrecuentesson:
•
Unconversor-estimuladorquerecibelasseñalesdelprocesadorylasconviertenenimpulsoseléctricos.
Implantes auricularesparapersonasquenopueden
utilizaraudífonos.
•
Unconjuntodeelectrodosquerecogenlosimpulsosdel
estimuladorylosenvíanadistintasregionesdelnervio
auditivo.
Implantes del oído medio,quetrasmitenelsonidoal
oídointernoporunmicrófonodetrásdeloído.
•
Audífonos de implante óseo,queconducenelsonido
haciaeloídointernosinutilizarelcanalauditivonieloído
mediosinounpequeñoaudífonovibradorfijadoaunpernodetitaniode3-4mmimplantadoenelcráneo,detrás
deloído.
•
Implantes auditivos en el tronco del encéfalo,queson
pequeñosdispositivosimplantadosquirúrgicamenteen
elcerebrodeunapersonasordaalaquelefaltanofallan
losnerviosauditivosqueconducenlaseñalsonoradesde
eloídoalcerebro.
Unimplantenorestablecelaaudiciónnormalperoproporcionaunaciertasensacióndeoídoyunacomprensiónútilde
lossonidos.Estacomprensióndesonidosquelleganalcerebrodebesereducadayllevauntiempoaprenderovolvera
aprendera«oír».Detodosmodos,permiteamuchaspersonas
entrareneluniversosonoro.Comienzanporreconocerseñalesclarasdeavisoopeligroyavanzanreconociendomuchos
sonidosambientalese,incluso,lleganacomprenderelhabla
tantoenunaconversaciónpersonalcomoporteléfono.
Losadultosqueensujuventudnofueronsordos,amenudo,
sacanpartidodesumemoriaypuedenasociarlos«nuevossonidos»queoyenatravésdelimplanteconlos«viejossonidos»
querecuerdan.Estomuchasveceslesbastaparaayudarlosa
comprenderelhablasinayudascomoellenguajedesignos
olalecturadelabios.
Losniñospequeños,despuésdecolocarelimplantenecesitanunaterapiaeducativaintensaparaayudarlesaadquirir
Cuestiones
1Buscainformaciónsobreellenguajedesignosy
cómosuconocimientofacilitalavidadelaspersonas
sordas.
2Buscainformaciónsobrelostiposdeimplantes
másmodernosqueexistenenlaactualidad.
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