Explorando la Luz: Reflexión, Refracción, Color y Percepción Visual

Reflexión

REFLEXIÓN. Cuando la luz se propaga por un medio y se encuentra con una superficie que la separa de otro medio, parte de ella se refleja y continúa propagándose por el mismo medio cambiando de dirección y cumpliéndose las leyes de la reflexión:

  1. Rayo incidente, normal y rayo reflejado están en el mismo plano.
  2. El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.

Un caleidoscopio (del griego kalós bella, éidos imagen, scopéo observar) es un tubo que contiene tres espejos, que forman un prisma triangular con su parte reflectante hacia el interior. En un extremo se encuentran dos láminas traslúcidas entre las cuales hay varios objetos de colores y formas diferentes.

Nuestra Imagen en Espejos

Todos nos hemos mirado a un espejo, pero… ¿qué ocurre cuando nos enfrentamos a dos espejos que forman 90º? Con ambos espejos, se produce una doble reflexión y la imagen evita esa lateralidad.

Infinitas Imágenes

¿Y qué ocurre cuando enfrentamos dos espejos paralelos entre sí? En un espejo vemos nuestra imagen frontal y en el otro aparece nuestra imagen trasera que, a su vez, se refleja en el anterior y así sucesivamente, produciéndose una sucesión de infinitas imágenes alternadas (delantera, trasera, etc…)

¿Cuántas Reflexiones se Producen?

Con dos espejos “en abanico” unidos por una bisagra, podemos estudiar, según el ángulo que formen, las diferentes reflexiones que existen. Al colocar los espejos sobre un papel con una raya, podemos cuestionar qué polígono se formará para cada ángulo.

(ángulo de 120º – triángulo equilátero, ángulo de 90º – cuadrado, ángulo de 72º – pentágono, ángulo de 60º – hexágono….)

¿Cuerpo Negro?

La parte exterior es negra, ¿y la interior? Observa el interior a través del orificio y, después, abre la caja. ¿Puedes explicar qué ocurre? Desde el interior no se emite luz. Las múltiples reflexiones hacen que la luz devuelta al exterior sea muy pequeña. Por ello, somos incapaces de ver el color blanco.

Refracción

REFRACCIÓN. Cuando la luz se propaga por un medio y se encuentra con una superficie que la separa de otro medio, parte de ella se propaga por el otro medio cambiando de dirección debido a que se propaga a distinta velocidad en cada medio. Al entrar en un medio más denso disminuye su velocidad y el rayo se acerca a la normal porque se frena, y cuando pasa a un medio menos denso su velocidad aumenta, lo que hace que se aleje de la normal. Sólo en este último caso se puede producir la REFLEXIÓN TOTAL que aparece cuando el ángulo de refracción es de 90º.

El índice de refracción del medio es una característica del mismo y está directamente relacionado con la velocidad de propagación de la luz en ese medio, de manera que cuanto menor es la velocidad de propagación en el medio, mayor es el índice de refracción.

En la refracción se verifica la ley de Snell, que justifica que si el índice del medio al que pasa disminuye de valor, el rayo se aleja de la normal y en caso contrario se acerca.

Ver o No Ver

Coloca una moneda metálica en el centro de una taza y desplázate hacia atrás, lejos de la taza, hasta que no puedas ver la moneda. A continuación, pide a un compañero que vierta, muy lentamente, un poco de agua en el recipiente. ¿Qué ha pasado?

(Se repite la operación en otra taza igual con otra moneda igual, pero añadiendo en vez de agua una disolución de CaCl2, de mayor índice de refracción, y se observará que la moneda se hará visible añadiendo menos líquido)

Cuando la luz procedente de la moneda sale del agua, se produce un cambio en la dirección de la luz (fenómeno llamado refracción de la luz) que hace que veamos el objeto por encima de su posición.

Buscando la Invisibilidad

Cuando dos medios transparentes tienen el mismo índice de refracción, la luz no los distingue, de modo que parecen uno solo.

Arena Seca, Arena Mojada

Se demuestra que la arena al mojarse con diferentes sustancias se oscurece más o menos. Las sustancias que se utilizan son: agua destilada, disolución de dicloruro de calcio, disulfuro de carbono y tolueno.

La arena fina se ve más brillante y clara que la arena más gruesa, y ello es debido a que en la gruesa los fotones (partículas de las que está compuesta la luz) tienen más probabilidad de ser absorbidos. La dispersión del fotón depende no sólo del tamaño del grano, sino de la sustancia que lo rodea y de su índice de refracción. A mayor índice, menor ángulo de dispersión y, por tanto, la luz permanece más tiempo en el interior de la sustancia. Esta explicación también se puede hacer considerando la luz como una onda.

La Cámara Oscura

La cámara oscura, antecedente de la cámara fotográfica, de origen árabe y redescubierta por Leonardo da Vinci, consta de un orificio que funciona como una lente convergente y proyecta, en la pared opuesta, la imagen del exterior invertida tanto vertical como horizontalmente.

Un frasco de vidrio con forma cilíndrica, si se llena con agua, puede ser utilizado como una lente convergente. El índice de refracción del líquido de cada recipiente hará que la lente tenga distintas propiedades. Al colocar un objeto frente a una lente, las características de las imágenes formadas dependen de la distancia a la que se sitúe el objeto.

¿Por Qué las Palabras en Azul Están al Revés y las de Rojo No?

Después de la práctica anterior, puedes responder a la pregunta anterior. En realidad, se invierten todas las palabras, pero las escritas en rojo tienen simetría horizontal (C, H e I).

¿De Qué Color es la Mancha de Aceite?

Colocamos una hoja de papel sobre una mesa y dejamos caer en el centro unas gotas de aceite para formar una mancha pequeña. Si se expone a la luz, se verá una mancha oscura sobre un fondo blanco. Pero si se pone la hoja al trasluz, se verá una mancha blanca sobre un fondo oscuro.

El papel impregnado de aceite es más transparente. Si se expone la hoja de papel a la luz, la mancha se ve oscura porque, siendo transparente, deja pasar la luz y no refleja. Pero si se expone la hoja al trasluz, la mancha se ve blanca, luminosa, porque al ser transparente deja pasar la luz que no deja pasar la hoja de papel. ¿Y qué sucede si se ilumina la mancha por los lados?

Celofán Mágico

Basta colocar un trozo de celofán sobre el cristal glaseado para que de repente deje pasar la luz de forma más nítida. Ese tipo de vidrios tienen una de las superficies rugosa, que hace que la luz se disperse en todas direcciones y no se forme imagen del otro lado. Al poner la cinta adhesiva, el pegamento de un lado rellena las rugosidades y “pule” la superficie.

Luz y Color

Espectroscopio

Un espectroscopio es un dispositivo diseñado para separar los diferentes componentes de un espectro óptico. Para producir la descomposición de un compuesto de luz de varios colores (frecuencias), Newton utilizó un prisma. En nuestro caso, utilizamos una RED de DIFRACCIÓN, un CD, en el que por cada milímetro hay más de 500 surcos que provocan la dispersión en todas direcciones de todos los colores del rayo de luz incidente.

Prueba de Daltonismo

Si todavía no has realizado la prueba… Este es el momento. Es un defecto genético que se manifiesta por la incapacidad de ciertas células fotorreceptoras de la visión en distinguir determinados colores. Debe su nombre al químico británico John Dalton (1766-1844), quien padeció este defecto que imposibilita visualizar determinados colores. Tal como sucede con la hemofilia, el daltonismo está ligado al sexo (al cromosoma X). La retina es responsable de transmitir cualquier tipo de información de luz que llega a ella por el nervio óptico hasta el cerebro, y en ella existen unas células denominadas conos, de los que existen 3 tipos, para diferenciar las diferentes longitudes de ondas asociadas a los colores. La anomalía en estos conos es la causa del daltonismo. El daltonismo más común es el de rojo y verde.

Fluorescencia y Fosforescencia

Cuando los electrones de algunos átomos son excitados a niveles superiores de energía, no siempre vuelven directamente a su estado fundamental. Si el proceso de desexcitación es prácticamente instantáneo (inferior a 10-7 s) se denomina fluorescencia, y si dura más tiempo, fosforescencia. Estos procesos se perciben mejor al iluminar los átomos con luz ultravioleta (en nuestro caso violeta), la de mayor energía, y entonces los átomos en el proceso de desexcitación emiten una luz de menor frecuencia, por tanto visible.

No Siempre es del Color que Parece

Los colores que conocemos son identificados con luz blanca. Cuando la luz cambia de color, también cambia el color de los objetos. Cuando un objeto iluminado por luz blanca tiene un determinado color, es porque absorbe todos los colores menos su color, que es reflejado si el material es opaco o transmitido si es transparente (como el celofán que usamos). A este proceso se denomina absorción selectiva. Pero los matices se producen por mezcla aditiva, para lo que hay que tener en cuenta que blanco = rojo + azul + verde. El celofán amarillo absorbe el azul y deja pasar el rojo y el verde, con lo que los globos cambian de color.

Todos nosotros tenemos un ojo dominante o director, con una mayor agudeza visual, que es el encargado de dominar la visión de profundidad, mientras que el otro se encarga de la visión periférica y espacial principalmente, haciendo llegar entre ambos una imagen tridimensional a nuestro cerebro.

El Estereograma

El estereograma es una ilusión óptica basada en la capacidad que tienen los ojos de captar imágenes desde distintos puntos de vista. Esas perspectivas diferentes son captadas de tal forma por el cerebro, que parece ser una imagen tridimensional.

El Efecto Moire

El efecto Moire es un efecto óptico que se produce al superponer dos rejillas de líneas con un cierto ángulo o cuando éstas son de diferente tamaño. El origen de la palabra viene de un tejido en seda llamado así.

La Polarización

La polarización es un fenómeno exclusivo de las ondas transversales, y la luz lo es, ya que se trata de una onda electromagnética en las que los campos eléctrico y magnético son perpendiculares a la dirección de propagación. Mediante los filtros convenientes se puede conseguir que la luz se propague en un plano determinado (plano de polarización), y si obstaculizamos la transmisión en ese plano, conseguimos la oscuridad.