Propagación rectilínea de la luz y visibilidad de los cuerpos
Cada noche, el cañonazo de las nueve se ve como un fogonazo en La Cabaña, y desde el Malecón la luz llega antes que el ruido. Pero ¿cómo viaja esa luz hasta tus ojos? ¿Por qué un poste tiene sombra y una pelota a veces tiene una sombra con borde difuso? En este apartado lo explicamos con una sola idea: la luz viaja en línea recta.
Cómo se propaga la luz
Un medio es homogéneo cuando tiene las mismas propiedades en todos sus puntos (aire en calma, agua limpia, un vidrio). Es transparente si deja pasar la luz y permite ver a través de él.
Lo comprobamos cuando entra un haz de sol por una ventana en una habitación con polvo: el haz se ve como una franja recta. Si miras a través de un tubo doblado, no ves nada; con un tubo recto, sí.
Para dibujar la luz usamos el rayo de luz: una línea recta con una flecha que indica hacia dónde se propaga. Un conjunto de rayos forma un haz de luz. Un rayo es un modelo: no existe un rayo «delgado como una línea», pero sirve para estudiar la dirección de la luz.
Enuncia con tus palabras cómo se propaga la luz en un medio homogéneo y transparente, como el aire en calma. Indica además cómo se representa esa propagación en un…
Enuncia con tus palabras cómo se propaga la luz en un medio homogéneo y transparente, como el aire en calma. Indica además cómo se representa esa propagación en un dibujo.
Fuentes luminosas y cuerpos iluminados
Una fuente luminosa emite luz propia: el Sol, una vela encendida, un bombillo encendido, la pantalla de un celular. Un cuerpo iluminado solo devuelve la luz que recibe de otro: la Luna, la pizarra, tu libreta, este libro. Los vemos porque parte de esa luz llega a nuestros ojos.
Según su tamaño, una fuente puede ser:
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Puntual: tan pequeña (o tan lejana) que se puede considerar un punto, como una linterna pequeña vista a cierta distancia.
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Extensa: tiene un tamaño apreciable, como un tubo fluorescente o el Sol visto de cerca de su disco. Se puede imaginar como muchos puntos luminosos juntos.
Clasifica los siguientes cuerpos en fuentes luminosas o cuerpos iluminados: el Sol, la Luna, una lámpara encendida, la pizarra del aula, una vela encendida y un cuaderno…
Clasifica los siguientes cuerpos en fuentes luminosas o cuerpos iluminados: el Sol, la Luna, una lámpara encendida, la pizarra del aula, una vela encendida y un cuaderno sobre tu mesa. Explica en una frase el criterio que usaste.
Cuerpos transparentes, translúcidos y opacos
| Tipo | Qué hace con la luz | Ejemplo |
|---|---|---|
| Transparente | Deja pasar la luz y se ve nítido lo de detrás | vidrio de la ventana, agua limpia |
| Translúcido | Deja pasar luz, pero dispersa; no se ve nítido | papel de calco, vidrio esmerilado |
| Opaco | No deja pasar la luz | madera, metal, una pelota |
Un cuerpo opaco que intercepta un haz deja detrás una zona sin luz: la sombra.
Vemos los cuerpos porque la luz llega a nuestros ojos
Para ver un cuerpo, la luz debe llegar a tus ojos. Si es una fuente, la luz sale de ella directamente. Si es un cuerpo iluminado, la luz de una fuente incide sobre él, parte se refleja en todas direcciones y algunos de esos rayos entran en tu ojo. En un cuarto totalmente oscuro no ves tu libreta, aunque esté frente a ti.
Además, los haces luminosos son independientes: si dos haces se cruzan, cada uno sigue su camino como si el otro no existiera. Por eso dos linternas que se cruzan no se estorban.
Sombra y penumbra
Como la luz va en línea recta, un cuerpo opaco bloquea los rayos que chocan con él. Detrás aparece una región a la que no llega la luz.
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Fuente puntual: da solo sombra, con borde nítido (zona donde no llega luz de la fuente).
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Fuente extensa: da sombra y alrededor penumbra, una zona intermedia que recibe luz de unos puntos de la fuente y de otros no. Por eso el borde es difuso.
Cuanto más cerca está la fuente de la pantalla o más grande es el cuerpo, mayor es la sombra.
Define qué es una sombra y qué es una penumbra. Menciona qué tipo de fuente de luz (puntual o extensa) produce cada una, y di por qué.
Define qué es una sombra y qué es una penumbra. Menciona qué tipo de fuente de luz (puntual o extensa) produce cada una, y di por qué.
Daniela coloca una linterna pequeña, que puede considerarse una fuente puntual, a $40$ cm de una pelota de $10$ cm de diámetro. Detrás de la pelota hay una pared,…
Daniela coloca una linterna pequeña, que puede considerarse una fuente puntual, a $40$ cm de una pelota de $10$ cm de diámetro. Detrás de la pelota hay una pared, paralela a la pantalla, a $80$ cm de la pelota. Dibuja un esquema de la situación e indica qué zonas aparecen sobre la pared (sombra, penumbra o ninguna). Explica tu respuesta.
Dos fuentes puntuales
Con dos lámparas puntuales, cada una proyecta su propia sombra de la bola. Sobre la pared hay tres tipos de zonas:
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donde se superponen las dos sombras: no llega luz de ninguna lámpara (sombra total);
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donde cae la sombra de una sola lámpara: recibe luz de la otra (zona semioscura, que actúa como una penumbra);
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fuera de ambas: recibe luz de las dos.
Cada lámpara, por separado, da solo una sombra nítida; juntas, con haces independientes, aparece una zona intermedia. Es el mismo efecto que produce una fuente extensa, que equivale a muchas fuentes puntuales.
Lázaro tiene dos lámparas idénticas y una pequeña bola opaca de $5$ cm de diámetro frente a una pared blanca. Primero enciende solo una lámpara, y luego las dos,…
Lázaro tiene dos lámparas idénticas y una pequeña bola opaca de $5$ cm de diámetro frente a una pared blanca. Primero enciende solo una lámpara, y luego las dos, colocadas a $30$ cm una de la otra y a $1$ m de la bola. Compara lo que observa en la pared en cada caso, justifica por qué con las dos lámparas aparecen zonas distintas y explica cuáles de esas zonas reciben luz de una sola lámpara y cuáles de ninguna. Considera cada lámpara una fuente puntual.
Medir con sombras y con la cámara oscura
Si los rayos van en línea recta, se forman triángulos semejantes y se pueden calcular longitudes. Los rayos del Sol se consideran paralelos porque el Sol está tan lejos que los rayos que llegan a la Tierra casi no se separan.
La cámara oscura es una caja cerrada con un orificio pequeño en una cara y un papel translúcido en la opuesta. Cada punto del objeto envía rayos y solo uno pasa por el orificio, llegando a un punto del papel. Como los rayos se cruzan en el orificio, la imagen sale invertida (arriba abajo y a los lados).
Alejandro quiere medir la altura de un poste del alumbrado frente a su escuela. Un día soleado mide que su propia sombra tiene $1{,}2$ m cuando su estatura es $1{,}6$ m.…
Alejandro quiere medir la altura de un poste del alumbrado frente a su escuela. Un día soleado mide que su propia sombra tiene $1{,}2$ m cuando su estatura es $1{,}6$ m. En ese mismo instante la sombra del poste mide $6$ m. Usando la propagación rectilínea de la luz, calcula la altura del poste y explica por qué los rayos del Sol pueden considerarse paralelos en este caso.
Claudia prepara una cámara oscura con una caja de cartón que tiene un pequeño orificio en una cara y un papel translúcido en la cara opuesta. Frente al orificio, a $2$…
Claudia prepara una cámara oscura con una caja de cartón que tiene un pequeño orificio en una cara y un papel translúcido en la cara opuesta. Frente al orificio, a $2$ m, coloca una vela encendida de $6$ cm de altura, y la distancia del orificio al papel es de $10$ cm. Explica cómo se forma la imagen en el papel, cómo se verá orientada y calcula su altura.
Eclipses
El Sol es una fuente extensa; la Luna y la Tierra son cuerpos opacos. Un eclipse es un caso de sombra y penumbra a gran escala.
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Eclipse de Sol: la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra. En la zona de sombra de la Luna, el observador no recibe luz de ningún punto del Sol: eclipse total. En la zona de penumbra, recibe luz de parte del disco solar: eclipse parcial.
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Eclipse de Luna: la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna y la Luna entra en la sombra de la Tierra.
Por eso, en Santiago de Cuba, quien esté en la sombra ve el eclipse total y quien esté en la penumbra lo ve parcial.
Durante un eclipse de Sol visto desde Santiago de Cuba, los estudiantes de un grupo observan que el Sol queda parcialmente tapado por la Luna. Usa los conceptos de…
Durante un eclipse de Sol visto desde Santiago de Cuba, los estudiantes de un grupo observan que el Sol queda parcialmente tapado por la Luna. Usa los conceptos de fuente extensa, sombra y penumbra para explicar la diferencia entre un eclipse total y uno parcial según el lugar de la Tierra donde se encuentre el observador. Apóyate en un esquema con el Sol, la Luna y la Tierra, y argumenta por qué no es seguro mirar directamente al Sol aunque esté parcialmente tapado.
Resumen
Vuelve al principio: la luz del cañonazo llega en línea recta y rapidísima, y por eso el fogonazo se ve antes que el sonido; y las sombras de bordes difusos se explican por fuentes extensas, que dan penumbra.