Ejercicios: La luz

La luz del Sol cruza unos $150$ millones de kilómetros de espacio prácticamente vacío hasta llegar a la Tierra.

1. a) ¿Necesita la luz un medio material para propagarse?
2. b) ¿Cómo se llaman las ondas que, como la luz, pueden viajar por el vacío?
3. c) Si una estrella lejana explotara, ¿qué percibiríamos desde la Tierra: su luz, su estampido o ambas cosas? Justifícalo.

La velocidad de la luz en el vacío es $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) ¿Qué distancia recorre la luz en un segundo? Exprésala en metros y en kilómetros.
2. b) La circunferencia de la Tierra mide unos $40\,000\ \text{km}$: ¿cuántas vueltas al planeta podría dar la luz en un segundo?

Al atravesar un prisma, la luz blanca del Sol se descompone en una banda de colores como la del arcoíris.

1. a) Nombra los colores de esa banda en orden.
2. b) ¿Qué radiaciones invisibles hay más allá del rojo y más allá del violeta? Pon un ejemplo de aplicación de cada una.
3. c) ¿Viajan la luz roja y la luz violeta a distinta velocidad en el vacío?

Relaciona cada radiación electromagnética con su aplicación y escribe las cinco parejas completas:

1. a) Rayos X.
2. b) Infrarrojo.
3. c) Microondas.
4. d) Ultravioleta.
5. e) Ondas de radio.

Aplicaciones: una radiografía en el hospital, el control remoto de la tele, calentar la comida en el microondas, detectar billetes falsos y escuchar la emisora del carro.

¿Qué tienen en común todas estas radiaciones?

La Luna está a unos $384\,000\ \text{km}$ de la Tierra. ¿Cuánto tarda en llegarnos su luz? Expresa el resultado con un decimal. ($c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$.)

No podemos ver lo que hay detrás de una esquina, aunque sí oímos los ruidos que vienen de allí.

1. a) ¿Qué nos dice esto sobre la forma en que se propaga la luz?
2. b) Explica cómo se forma la sombra de tu mano sobre la pared.
3. c) Nombra un fenómeno astronómico que se explique de la misma manera.

La luz del Sol tarda unos $8\ \text{min}$ y $20\ \text{s}$ en llegar a la Tierra.

1. a) Expresa ese tiempo en segundos.
2. b) Calcula la distancia entre el Sol y la Tierra en kilómetros, usando $c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$, y exprésala en notación científica.

El año luz es la distancia que recorre la luz en un año: unos $9,5\cdot10^{12}\ \text{km}$. Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sol, está a $4,2$ años luz.

1. a) Calcula esa distancia en kilómetros, con notación científica.
2. b) ¿Cuánto tiempo tarda la luz de Próxima Centauri en llegar hasta nosotros?

Por una fibra óptica la luz viaja a $2\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) ¿Cuánto tarda un pulso de luz en recorrer $100\ \text{km}$ de fibra? Expresa el resultado con notación científica.
2. b) Pasa el resultado a milisegundos.
3. c) Explica por qué la fibra óptica transmite la conexión a internet con tan poco retardo.

Los astronautas de las misiones Apolo hablaban con el centro de control de Houston por radio, y las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz. La Luna está a $384\,000\ \text{km}$.

1. a) ¿Cuánto tarda una pregunta de Houston en llegar a la Luna?
2. b) ¿Cuánto tiempo pasa, como mínimo, entre que Houston formula la pregunta y oye la respuesta del astronauta?
3. c) ¿Por qué decimos «como mínimo»?

La luz de Sirio, la estrella más brillante del cielo nocturno, tarda $8,6$ años en llegar a la Tierra.

1. a) ¿A qué distancia está Sirio, expresada en años luz?
2. b) Cuando la observas esta noche, ¿ves Sirio como es ahora o como era hace un tiempo? Explica tu respuesta.
3. c) ¿Qué quieren decir los astrónomos cuando afirman que mirar lejos con un telescopio es mirar al pasado?

Una camiseta se ve roja bajo la luz blanca del Sol.

1. a) Explica qué hace el tejido con las distintas componentes de la luz blanca para que la veamos roja.
2. b) Predice de qué color se verá esa camiseta en una sala iluminada solo con luz verde y justifícalo.
3. c) ¿De qué color se verá en esa misma sala una camiseta blanca? Razona la respuesta.

Vamos a calcular cuántos kilómetros es un año luz.

1. a) ¿Cuántos segundos tiene un año de $365$ días? Exprésalo con notación científica.
2. b) Multiplica ese tiempo por la velocidad de la luz ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) y da la distancia en metros y en kilómetros.
3. c) La estrella Vega está a unos $25$ años luz: calcula esa distancia en kilómetros.

Betelgeuse, una estrella de la constelación de Orión, está a unos $640$ años luz y los astrónomos esperan que algún día explote como supernova.

1. a) Si mañana los telescopios observaran la explosión, ¿cuándo ocurrió en realidad? ¿Qué estaba pasando, aproximadamente, en la historia de la Tierra por entonces?
2. b) Si la explosión ocurriera de verdad hoy, ¿cuándo llegaría la noticia a la Tierra?
3. c) Explica por qué los astrónomos comparan observar objetos muy lejanos con recibir una carta escrita hace mucho tiempo.

Los astronautas de las misiones Apolo dejaron paneles de espejos en la Luna. Desde un observatorio se envía un pulso láser que se refleja en ellos y regresa $2,56\ \text{s}$ después. La Luna está a $384\,000\ \text{km}$. El esquema muestra el recorrido del pulso de luz.

1. a) ¿Qué distancia total recorre el pulso de luz?
2. b) Calcula la velocidad de la luz que se obtiene con este experimento y exprésala en $\text{km/s}$ y en $\text{m/s}$.
3. c) Explica por qué no se puede medir la velocidad de la luz con una linterna y un cronómetro entre los dos extremos del patio del colegio.

Todas las radiaciones electromagnéticas viajan a la misma velocidad en el vacío, pero la energía de cada fotón aumenta con la frecuencia y las de frecuencia muy alta, como los rayos X, son muy penetrantes.

1. a) Ordena de menor a mayor frecuencia: infrarrojo, ultravioleta, luz visible y rayos X.
2. b) Explica por qué los lentes de sol y las cremas protectoras filtran sobre todo la radiación ultravioleta y no la infrarroja.
3. c) ¿Por qué el personal de salud se protege tras un panel de plomo cuando hace radiografías y se limita el número de radiografías que se le hacen a un paciente?
4. d) Las cámaras térmicas detectan el infrarrojo que emiten los cuerpos calientes: explica por qué sirven para localizar personas en la oscuridad.