¿ENTENDEMOS LO QUE VEMOS?: Algunos experimentos de óptica

Por 71038136Z en 27 febrero, 2020 en Experimentos

Muchas veces nos creemos las cosas que vemos y las asumimos como ciertas porque siempre han sido así. Sin embargo, pocas veces nos detenemos aunque solo sea un instante a pensar que es lo que hay detrás, no ponemos atención a la explicación científica que nos podría ayudar a razonar lo que estamos viendo. Solemos pensar que es muy difícil de comprender y/o de realizar algún tipo de experiencia que lo demuestre. Pero, afortunadamente, hemos recibido una clase muy interesante basada en experimentos sobre óptica traídos de la mano de un gran profesor como es Alejandro del Mazo quien nos ha abierto los ojos y la mente, no solo al recordarnos algunos de los fenómenos estudiados durante la carrera, sino, también, dándonos pautas y mecanismos sencillos para que el día de mañana nos atrevamos a construir nuestro propio set de laboratorio, con el cual, impresionar a nuestros alumnos, y, por supuesto, enseñarles de una manera dinámica, motivadora y provechosa. En esta entrada quiero compartir con vosotros algunas de las cuestiones que me han resultado más interesantes, las cuales, además, son muy asequibles a la hora de realizarlas en casa o en un aula, pues se llevan a cabo con materiales sencillos, cotidianos, de fácil localización y construcción .

1) ¡LA MAGIA DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN!

a)Las bolas mágicas.

Si observamos este tarro comprobamos que hay un montón de bolas de aspecto trasparente pero que aun así si podemos distinguir. Como vemos todas son iguales o eso parece. ¿Qué sucede si llenamos el tarro de agua?

Las bolas desaparecen menos una. Lo que nos hace pensar que no todas eran iguales. Ahora sí estamos en lo cierto, la única bola que se ve cuando añadimos el agua es de vidrio, es una canica transparente, por lo tanto tiene distinto índice de refracción que el agua y que el aire. Pero…¿y el resto de bolas?. Se trata de bolas de gel que inicialmente tienen un tamaño muy pequeño pero que cuando se meten por primera vez en agua se hidratan, se hinchan y pasan a tener una composición de aproximadamente el 90% de agua. Por este motivo su índice de refracción se aproxima extremadamente al del agua, provocando que la luz no se refracte en ellas cuando están sumergidas en dicho medio.

b) Estudiamos la reflexión y la refracción

Dado que ya hablamos de experimentos similares en otra de mis entradas no vamos a repetirlos aquí, os invito a que la volváis a consultar

Visualizando la óptica_experimentos

2) ¿LUZ BLANCA O DE COLORES?

a) Descomponemos la luz

Para esta realización se establece un montaje muy sencillo formado por una lámpara alógena y unas lupas unidas entre sí, tras ellas se introducirá un prisma como el de la imagen.

Proyectamos el haz de luz que sale del prisma sobre la pared y lo que observamos es los colores del espectro visible. El motivo es que el prisma desvía la luz, la refracta, pero no lo hace igual para todas las longitudes de onda, no todos los colores de refractan de la misma manera, pues el prisma tiene índices de refracción diferentes para cada longitud de onda, y cada color tiene una longitud de onda distinta, mientras que el violeta es el que más se modifica, el rojo es el que menos.

Lo que ahora quiero resaltar es un error común que surge al preguntarse si poniendo un prisma inverso al actual logramos que la luz se vuelva a componer. A pesar de que la intuición nos diría que si y muchos libros o autores en Internet también lo cierto es que no. No tenemos simetría, los rayos son divergentes y cada vez se abren más. Debemos ser críticos con la información recibida y enseñar a nuestros alumnos la importancia de comprobar la información que se da.

Para que busquéis una solución a este problema de la composición de la luz os dejo un enlace con el que poder experimentar e indagar más sobre la disposición adecuada. Compruébalo tu mismo con esta aplicación virtual: https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_en.html

Y por supuesto esta descomposición de colores que es la que vemos cuando se forma el arcoiris nos hace pensar como se forma el mismo. Para los curiosos aquí les dejo un interesante enlace. Todo sobre la formación del arcoiris: https://www.revistanova.org/index.php?option=com_content&view=article&id=55&Itemid=62

3) FLUORESCENCIA Y FOSFORESCENCIA

Hablamos de materiales fotoactivos cuando nos referimos a aquellos en los que se producen cambios de diferente naturaleza como consecuencia de la acción de la luz o que son capaces de emitir luz como consecuencia de algún fenómeno externo. Si nos centramos en aquellos en los que se emite luz en vez de calor nos estamos centrando en la luminiscencia, fenómeno que se da en muchos materiales, algunos naturales pero en su mayoría artificiales y que consiste en la emisión de luz por parte de un material tras haber recibido un estímulo externo.

Los materiales fosforescentes que son materiales semiconductores que convierten la energía absorbida en luz emitida solo detectable en la oscuridad, justo después de que la fuente de excitación ha sido eliminada. La duración de la emisión es muy variable. Y la fuente de excitación más efectiva es la que contiene radiación ultravioleta. De este primer fenómeno ya se hablo y se dio un ejemplo en la entrada de este blog (LLAVERO MISTERIOSO), donde se recurrió al método científico para explicar el porque de lo que veíamos. Este tipo de material es del que están fabricados algunos indicadores como los siguientes:

Los materiales fluorescentes solamente emiten luz cuando son iluminados con una determinada fuente de radiación como la luz ultravioleta y dejan de emitir luz cuando son apartados de ella.

Las muestras de está imagen son compuestos fluorescentes, en primer lugar la tónica, la cual, al iluminarla con luz ultravioleta se volverá azul. En segundo lugar, el Rodamino B, que pasa a ser anaranjado. En tercer lugar, la fluoresceina, que se volverá amarillo fosforito. En cuarto lugar la clorofila que se vuelve roja. Y ya por último, la esculina (encontrada en el tallo del castaño de indias) pasa a verse azul.

4) PERO…¿POR QUÉ EL CIELO ES AZUL?

Rayleigh nos lo explica. La luz solar está compuesta en su parte visible por todos los colores, los cuales, van a atravesar la atmósfera. Pero dado que en el aire hay partículas estas hacen que los haces se dispersen, se esparzan. Pues la intensidad dispersada por las partículas del aire es inversamente proporcional al las longitudes de onda de los colores a la cuarta. Por lo tanto el violeta es el color que más se difunde y justo después el azul.

Sin embargo, el cielo no se ve violeta y esto se debe a la introducción de otro fenómeno que sería la sensibilidad del ojo humano con un máximo para los verdes. La combinación de ambos nos lleva a ver el cielo azul

5) ¡GLOBOS EXPLOSIVOS… O NO¡

No todos los globos son del mismo color, y esto es muy chulo. Cuando vemos un globo rojo es porque absorbe todos los colores menos el suyo. Lo mismo sucede con el verde y los demás. Una experiencia muy rápida se puede llevar a cabo cogiendo dos punteros láser uno verde y otro rojo y dos globos de dichos colores. Cuando los apuntemos con el láser rojo explotará el globo verde pues absorbe dicha luz mientras que el rojo no lo hace. Lo mismo podemos comprobar con el puntero verde.

6) ROJO, VERDE Y AZUL: LOS INGREDIENTES DE NUESTRO LIBRO DE COLORES

No dudamos que existe una amplia gama de colores, pues hay tantas variedades que en ocasiones nos cuesta sabernos sus nombres. Sin embargo, lo que no siempre nos paramos a pensar es que realmente solo son tres, los tres fundamentales (rojo, verde y azul), el resto son una combinación de ellos. ¿No te lo crees?

Ilumina tres cartulinas de estos colores y verás como en los puntos en que se solapan aparecen nuevos colores

Simulación virtual mezcla de colores: https://phet.colorado.edu/sims/html/color-vision/latest/color-vision_en.html

7) INTERFERENCIAS FÁCILES Y SENCILLAS

A continuación vamos a explicar un método sencillo sobre como ver y crear interferencias sobre una lámina fina. Para ello cogeremos una cartulina negra y la introduciremos en un plato con agua. Añadiremos una gota de esmalte de uñas trasparente, dejaremos que se extienda. Por último sacaremos la cartulina del agua y la dejaremos secar.

¿A qué os recuerda?. ¿En que otros lugares o situaciones vemos este fenómeno?