algunos aspectos físicos de la luz
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Universidad de Buenos AiresCiclo Básico ComúnIntroducción alConocimiento Proyectual II
Versión del 21.Sep.2014 a las18:30H
Trabajo de alumno (detalle).
Aspectos físicosde la luz
Organum heliocausticum: En latín, aparato para quemar con el sol, hoy llamado heliofanógrafo.
Organiza Claudia Tchira
Expone Agustín Rela
• Naturaleza física de la luz• Materialidad de la luz• Luz natural• Cuantos y cuántica• El problema del objeto y el sujeto• Propagación en el vacío• Propagación en otros medios• Alteración por la gravedad• Reflexión• Refracción• Difracción e interferencia• Dispersión• Difusión
Naturaleza física de la luz
La luz es unaonda electromagnética
James Clerk Maxwell (1831–1879)
Velocidad de la luz: 299.792.458 metros por segundo
500.000.000.000.000 de veces por segundo
500 billones de veces por segundo500 millones de millones de veces por segundo
500 millones de millones de veces por segundo
Produciríamos luz.
Materialidad de la luz
La luz pesa.
Se desvía un poco en el campo gravitatorio del Sol u otro astro de gran masa.
Un fotón pesa cuatro sixtillonésimas partes de un kilogramo.
Produce reacciones químicas; tiñe y destiñe; en las plantas convierte el dióxido de carbono y el agua en
oxígeno, glucosa y celulosa. Inhibe el crecimiento de las células del tallo, y eso hace que la planta
parezca buscar la luz a conciencia.
Husos horarios, y la línea del domingo y el lunes
Izquierda: antigua rueca para hilar lana, y su ovillo, llamado huso. Derecha: huso horario, o
zona de la Tierra comprendida entre dos meridianos separados 15 grados.
Husos horarios de diversos países. Algunos no siguen exactamente los meridianos, para incluir islas, o para
favorecer el comercio entre zonas.
Cualquiera sea la hora elegida para jugar un partido internacional, siempre habrá un país en el que en
ese momento sea la madrugada.
Hora oficial argentina.
60
45
30
Propaganda de 1940, época en que se acostumbraba almorzar a las 12, la misma hora
solar que hoy a las 14.
Es difícil obligar, por ley, a la gente a hacer lo que no quiere. El deseo es más fuerte que la
obligación.
El reloj indica las 14:47 y 15 segundos.
Las 12:00 AM se considera la cero hora; y las 12 PM, la hora 12 del mediodía. No hay cómo indicar las 24:00 de esa forma, y para evitar confusiones, casi nunca se menciona esa hora.
Forma más popular de decir la hora en los Estados Unidos de América. El formato de 24 horas es más técnico y militar.
Estaciones
Verano e invierno del mismo paisaje
subtropical.
Muy fuera de escala.
En diciembre el polo sur está iluminado todo el día, mientras que el polo norte queda a oscuras. Una ciudad del hemisferio sur, en rojo, recibe el sol de lleno. La del norte, en azul, recibe el sol inclinado, y se calienta menos.
En nuestro país la primavera se asocia con las flores, el verano con el calor, el otoño con la caída de hojas y el
invierno con el frío. Pero cerca del ecuador no se producen esos cambios.
Veta de la madera, un efecto estacional debido a las diferentes intensidades de luz duante el año.
La madera más antigua es la del centro; la más reciente, la externa.
En algunas especies,
como en las coníferas, los
anillos se notan muy
bien.
El corte de la
madera origina las
vetas.
Trozos de madera cortados con un sacabocados en
dirección perpendicular al
eje del tronco.
Correspondencia de las mismas épocas en árboles de diferente edad.
Médula Corteza
Comparación de diseños de anillos de tres diferentes árboles. Los anillos varían de grosor absoluto entre especímenes, pero sus grosores relativos son los mismos. Las décadas se
indican con agujeros simples; los medios siglos, con dobles agujeros.
Invierno
Sur Norte
Verano
Relojes de sol
Reloj de sol hecho con un plato con divisiones, y un lápiz perpendicular que apunta a la Cruz
del Sur. Indica las diez menos diez de la mañana, hora solar local.
12
14
15
13
16
171819
11
10
9
8
765
Vista superior
SurNorte
Vista lateral
33,5°
Antiguo intihuatana, escultura que los incas usaban para fijar las fechas de sus encuentros comerciales.
Dicen que Intiuatana significa, en quechua, donde se ata el Sol; o quizá, solsticio. Pero huata significa
tiempo en ese idioma. El intihuatana es el reloj de sol, o el almanaque de sol.
Los antiguos egipcios usaban obeliscos como
relojes de sol muy exactos, y para calcular la
posición del Sol, la Luna y las
estrellas.
Los relojes de sol atrasan 14 minutos y 20 segundos el 12 de febrero; adelantan 16 minutos y 20 segundos el 4 de
noviembre; y dan bien la hora el 15 de abril, el 14 de junio, el primero de setiembre y el 25 de diciembre.
La tecnología actual torna innecesarios los relojes de sol y los campanarios. Se
conservan algunos sólo por nostalgia, o por su valor artístico.
El reloj de sol de los pastores
E F M A M J A OJ S N D
12
8; 16
9: 15
10; 14
11; 13
6; 187, 17
El ancho de la figura es de 157 milímetros. Su altura, 57 milímetros. Este reloj de sol funciona en Buenos Aires, Adrogué, La Pampa, San Luis, Corrientes, Santa Fe, Córdoba, Mendoza, y en cualquier otra
localidad cercana al paralelo 34.
Este reloj no distingue la mañana de la tarde; marca lo mismo a las 10 y a las 14.
Heliofanógrafo
Líneas quemadas (horas de sol)
Partes sin quemar (horas nubladas)
AtardecerAmanecer
La analema
CHUCK NOLAND WAS HERE 1500 DAYS ESCAPED TO SEA. TELL KELLY
FREARS, MEMPHIS, TN. I LOVE HER.
CHUCK NOLAND ESTUVO AQUÍ 1500 DÍAS FUGITIVO DEL MAR. DÍGANLE A KELLY FREARS, DE MENFIS, TENESÍ,
QUE LA QUIERO.
El náufrago (Cast Away, Robert Zemeckis, 2000)
El Sol visto desde la cueva, a través de un agujero.
Están las marcas de todos los días de cada mes, como si todos los días hubieran sido soleados a la hora de la observación. (El náufrago pudo haber interpolado; ese detalle no aparece en la película.)
Ese dibujo está errado. El sentido del trazo es el correcto para el hemisferio norte: en el cielo, el de la escritura a mano del ocho, pero en la proyección sobre la pared, el opuesto.
Enero aparece abajo en la caverna; eso corresponde a arriba en el cielo, lo que ocurre cuando se observa el Sol desde el sur. Pero Chuck naufragó cerca de Hawaii, a unos 25 grados de latitud norte.
Además, el cruce tiene que ser en abril y setiembre, y a él le da en marzo y octubre.
Trópico de Capricornio
Trópico de Cáncer
15.Abr1.Sep
1.Ago
22.Sep21.Mar
1.Feb
21.Dic
20.Jun
14.May27.Jul
26.Dic
14.Jun21.Jun
El Sol adelanta
El Sol atrasa
16.Abr
21.Dic
12.Feb 4.Nov
21.Mar 21.Sep
2.Sep
12.Feb4.Nov
14.Jun
26.Dic21.Dic
El Sol atrasa
El Sol adelanta
21.Sep 21.Mar
21.Jun
14.May 27.Jul
16.Abr 2.Sep
Si la órbita de la Tierra fuera circular, y si su eje de rotación fuera perpendicular a ella, en vez de
un ocho se obtendría un punto.
Analema obtenida con una foto por
semana en el hemisferio norte,
superpuesta con las otras en la misma
toma.
La falta de regularidad
obedece, quizás, a días nublados, o a
ausencias de quien tomaba las fotos.
Efectos térmicos
La luz hace fuerza sobre los objetos. Impulsa un molinillo de aspas
livianas.
Molinillo, o radiómetro, de Crookes.
También podría impulsar una nave espacial que viaje a otras estrellas, o
a otras galaxias.
Cohete de reacción de luz, propuesto por Robert W. Bussard en 1960
Representación artística; en el vacío interestelar no hay tanto polvo que difunda así la luz.
Cuantos y cuántica
La luz viene en paquetes, o cuantos, de energía.
Para hervir un litro de agua hace falta un cuatrillón de fotones azules, o dos cuatrillones
de fotones rojos.
En esta pantalla inciden, más o menos, un trillón de fotones por segundo.
La energía de un cuanto depende del color de la luz.
En condiciones especiales el ojo humano puede llegar a ver unos mil fotones por segundo.
La radiación solar directa es cercana a un kilovatio por metro cuadrado. La mitad es luz
visible. Eso equivalentes a 120.000 lux.
Pasillos: 50 luxMesas de trabajo: 500 lux
Quirófanos: 20.000 luxMínimo perceptible: 0,1 lux
Luminaria escialítica. Hace poca sombra
Representación de un cuanto de luz como paquete de ondas. Es un tren de extensión limitada en el espacio.
Longitud de ondaLuz visible, de 0,4 a 0,7 micrones; 400 a 700 milimicrones;
4000 a 7000 angstrom. Un micrón es una milésima de milímetro. Un milímetro tiene diez millones de angstrom.
Un angstrom es, aproximadamente, el tamaño de un átomo.
Luz natural
Aurora polar
Las partículas que emite el Sol encienden la atmósfera como un tubo fluorescente.
Luciérnagas
Fuego fatuo, o luz mala.
Otro ejemplo de luz natural: la aureola, fulgor divino, o gloria de Jehová. Es un efecto electrostático visible en personas que en la oscuridad hablan a la multitud
desde promontorios. (San Esteban y Santo Domingo).
Fuente extraterrestre de energía nuclear.Es el Sol, principal origen de la luz natural.
a b c d e
Fases de la Luna
C: creciente
D: decreciente
(En nuestro hemisferio sur)
Amenofis III,o Ajénaton
Esposo de la sacerdotisa Nefertiti.
Manos
Curiosa representación táctil en vez de visual.
Sol incai-co de 32 rayos rec-tos y otros tantos en ondas. La represen-tación pa-rece dis-tinguir la luz del calor.
El Sol sumerio también separaba la luz del calor.
Luz
Calor
Otro Sol incaico.
El Sol azteca era un Sol político; no hacía referencia a la luz ni el calor.
Réplica de la bandera del Ejército de los Andes.
La original (hoy en el cementerio de la Recoleta) la diseñó doña María de los Remedios de Escalada en 1812, a los 16 años de edad, recién casada con el general don José de San Martín, y la bordó ella en Mendoza, con la ayuda de otras damas.
A la derecha, un pase revolucionario francés doce años anterior, de 1790, un año después de la
Revolución Francesa. El sello BR significa Bibliothèque Royale. Es curiosa la inclusión del sol incaico, un
símbolo americano. La Revolución era muy amplia.
B R
Ideas actuales sobre la radiación solar
Ultravioleta
InfrarrojaVisible
0,4 a 0,7 micrones
0,7 a 7 micrones
0,1 a 0,4 micrones
Infrarrojo
Ultravioleta
Infravioleta
Ultrarrojo
El encendido de un diodo emisor de rayosinfrarrojos de un control remoto no se ve
directamente, pero sí en el visor de una cámarafotográfica digital.
Azul, rojo, verde
Amarillo, cian, magenta
1 620 4 53 7
Amarillo
Negro
Magenta
Cian
1989
El amarronamiento convencional para indicar
una época antigua.
Clint Estwood en El bueno, el malo y el feo,
Sergio Leone, 1966.La acción está ambientada en el siglo XIX, después de
inventada la fotografía.
Gerard Butler en 300, Zack Snyder, 2006.Los hechos relatados ocurren 480 años antes de Cristo.
¿QUÉ NOTAS SON ÉSAS? (Pierre Chaunu)
El problema del objeto y el sujeto
¿Cuántas puntas tiene una estrella?
Tapiz de 1066 que representa el paso del cometa Halley.
Adorno de Navidad.
Manuscrito bizantino
Estrella de siete puntas en el enigmático manuscrito de Voynich, de origen y significado desconocidos.
La imagen de Sirio más popular en Internet, con artísticos rayos.
Fotos sin efectos
Creemos describir o representar la realidad objetiva; sin embargo sólo damos testimonio
de nuestros órganos de percepción, de nuestra personalidad, de nuestra psicología y de la sociedad y época a la que pertenecemos.
Perspectiva engañosa. La parte de arriba parece un pórtico rectangular: la de abajo, tres columnas redondas.
Tenedor endiablado (Devil fork)
Otra perspectiva falsa. Objeto imposible, diseñado por Mauritis Cornelis Escher (1898 –1972).
Figura geométrica fiel, pero engañosa.Las líneas son rectas.
Figura geométrica fiel, pero engañosa.Las líneas son rectas.
Cordones retorcidos, o ilusión de Fraser. Las líneas parecen espirales, pero son círculos.
Dibujos en tiza en la calle, por Julian Beever.
La ilusión que genera la perspectiva es formidable. Pero sólo hay un punto desde el que se la puede apreciar.
Al mirar con un solo ojo se ven líneas más nítidas que otras. El efecto obedece a una particularidad del ojo llamada astigmatismo.
Todos tenemos defectos visuales, y no hay motivo para burlarse de ellos. Izquierda, dibujo de Francesco
Tonucci; derecha, caricatura de Matt Groening
Si nos ponemos bizcos ante esta imagen, podemos apreciar figuras tridimensionales.
Retardo visual
Manera práctica de medir el retardo visual. Alguien suelta una regla y otro la ataja. La
longitud caída se relaciona con el tiempo de reacción.
t = raíz(L/g). L es la longitud en metros; g vale 9,8 m/s².
Efecto muaré
Propagación en el vacío
Es mayor que la velocidad de propagación en otros medios.
Si el medio de propagación es homogéneo, por ejemplo el agua o el aire a presión y
temperatura uniformes, la luz viaja en ellos en línea recta.
Las sombras se suelen usar para representar hechos dramáticos, peligrosos o violentos.
Las luces, en cambio, suelen connotar la percepción placentera del espacio.
Son convenciones de la comunicación.
Grises Normal Contraste
El color tiene también sus códigos emotivos.
Hay quienes afirman que el viaje a la Luna fue un fraude, y que las famosas pisadas del
primer viajero son sólo moldes de yeso.
Sin embargo esa sensación se debilita cuando vemos las huellas convenientemente
iluminadas. Nuestra percepción imagina que la luz siempre viene de arriba.
Propagación en otros medios
diferentes del vacío
Si son medios homogéneos y no hay gravedad, la luz viaja por ellos en
línea recta.
Si hay gravedad, la luz sigue viajando en línea recta; pero las
rectas se curvan. Esta idea de Albert Einstein es ciertamente
extraña, pero cierta.
Alteración por la gravedad
Donde la gravedad es bastante potente, la luz no puede escapar. Tal objeto recibe el nombre de agujero
negro.
La representación es artística. Los agujeros negros, naturalmente, no se pueden ver, aunque sí sus efectos.
Reflexión
La recta es el camino más corto entre dos puntos. Es también el camino que recorre la luz en el vacío y en
cualquier medio transparente homogéneo, como el aire a presión y temperatura uniformes, el agua y el vidrio.
Si se pone un hilo tenso entre el origen y el destino, adopta la forma recta.
Si para ir de una baliza a la otra hay que tocar antes una apred, el camino más corto entre el origen y el destino es ahora una recta quebrada. Intuitivamente niños y niñas, a
partir de cierta edad o desarrollo, eligen el punto de la pared que minimiza la distancia a correr, o iguala los ángulos.
El punto de la pared que permite hacer la carrera completa en el menor tiempo es el que forma ángulos iguales de
llegada y de salida. La luz hace lo mismo en un espejo. Un hilo tenso entre el origen y el destino, enhebrado en un anillo
que atraviese un anillo que deslice sobre la pared, tendrá longitud mínima cuando los ángulos son iguales.
Ojo de gato
Traje con detalles reflectantes.
Refracción
Velocidad de la luz
Velocidad de la luz
Fibra óptica y fibra acústica
Arco iris
Dispersión
Refracción de la luz en un prisma. El rayo entrante se acerca a la perpendicular; el saliente se aleja. (El conjunto musical Pink Floyd usa ese
diagrama como emblema.)El ángulo de desviación depende
del color de la luz.
Difracción e interferencia
Lámpara quizá dicroica.
O, posiblemente, sólo coloreada.
Lámpara dicroica
Lámparas que venden como dicroicas
Difusión
d1 d2 VL Id
dI 2
1
22
Mancha de aceite
Papel blanco
Vela
Lámpara
?
Agua con talco en suspensión, iluminada por un rayo de láser.
Se observa la difusión de la luz en las partículas de talco, y un efecto de reflexión total que hace que el florero actúe como una fibra óptica.
Polarización
¡TAP, TAP!
Efecto estroboscópico
Herbert Marshall McLuhan (1911–1980)
Aberración gravitatoria
Fin
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