Fenómenos Ondulatorios: Luz y Sonido

Las Ondas como Forma de Propagación de la Energía

La mayoría de las sensaciones que percibimos del exterior nos llegan en forma de ondas. Son perturbaciones que se propagan o avanzan, según su naturaleza, en el vacío o en un medio material como el aire. A pesar del distinto origen y naturaleza, los fenómenos ondulatorios ofrecen un comportamiento semejante. Los movimientos ondulatorios tienen una característica propia que los distingue del resto: la propagación de energía (movimiento) por el medio en que avanza la onda, pero no de la materia. Lo cual no significa que la presencia de un medio material no sea necesaria.

La Luz y el Sonido como dos Tipos Diferentes de Ondas

A través del sentido del oído y de la vista percibimos información que nos llega del exterior. Los fenómenos ondulatorios son parte importante, ya que por ondas nos alcanza la luz y por ondas percibimos sonidos. Aunque se pueden estudiar juntas, porque poseen características comunes, presentan aspectos que los diferencian:

El Sonido

Se origina al producirse un movimiento ondulatorio (vibración) en un foco sonoro. Para transmitirse la energía generada de un punto a otro requiere de un medio material; el sonido no se propaga en el vacío.

La Luz

Conjunto de ondas eléctricas y magnéticas (electromagnéticas) que transportan la energía luminosa originada en un foco. Se propagan en el vacío o en otros medios materiales.

Luz y Visión

Los Objetos como Fuentes Secundarias de Luz

Gracias a la luz natural emitida por el sol o artificial, se puede observar aquello que no es posible ver en su ausencia. Todos los cuerpos que emiten luz propia, como el Sol, las estrellas o las lámparas, reciben el nombre de fuentes de luz primarias o cuerpos luminosos, para distinguirlos de los cuerpos iluminados o fuentes de luz secundarias que solo reflejan la luz recibida de otras fuentes. Así, durante la noche podemos ver la luna aunque no tiene luz propia porque refleja la que recibe del sol. La luna es una fuente de luz secundaria.

Cualquier cuerpo iluminado envía la luz en línea recta y en todas las direcciones, por el vacío o por un medio material.

Los cuerpos iluminados se clasifican según la cantidad de luz que dejan pasar a través suyo en:

• Opacos: Impiden el paso total de luz (ej. los metales).
• Transparentes: Dejan pasar la luz (ej. los cristales).
• Translúcidos: Permiten el paso parcial de luz, distorsionando la imagen de los objetos (ej. el papel de fumar).

Propagación de la Luz

En un medio transparente y homogéneo la luz se propaga en línea recta, así se producen las sombras y los eclipses. La luz se propaga mediante rayos, que son rectas en la dirección de propagación de la luz a partir de un foco luminoso.

La luz se propaga en el vacío y en el aire a la misma velocidad: 300.000 km/s. Esta velocidad varía en función del medio.

Reflexión y Refracción de la Luz

Reflexión

Cuando la luz que se propaga a través de un medio encuentra una superficie que no puede atravesar, sufre un efecto de rebote. Este fenómeno se conoce como reflexión regular o especular.

Un rayo que incide sobre un espejo se llama rayo incidente y el que parte de su superficie, rayo reflejado. La perpendicular a la superficie en el punto de incidencia se le conoce como normal. Definamos plano de incidencia como el plano que contiene al rayo incidente y la normal en el punto de incidencia. El ángulo de incidencia es el formado por el rayo incidente y la normal, y el ángulo de reflexión el que forma el rayo reflejado con la normal, lo cual nos permite enunciar las conocidas como leyes de la reflexión que dicen:

1. 1ª Ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano.
2. 2ª Ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Refracción

La refracción de la luz es el cambio que experimenta la dirección de propagación de la misma, cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza.

Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción pueden expresarse en la forma:

1. 1ª Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.
2. 2ª Ley (Ley de Snell): El ángulo de incidencia y el de refracción no son iguales. Si la luz pasa del aire o vacío a otro medio, el cociente entre la velocidad de la luz en el aire o vacío y su velocidad en el otro medio se conoce como índice de refracción.

Utilización de Espejos y Lentes

Espejos

Un espejo plano es una porción de una superficie plana pulimentada que puede reflejar en más de un 95% la luz que le llega. Los espejos son placas de vidrio sobre las que se deposita una capa de plata metálica que después se cubre con una capa de pintura protectora.

La formación de imágenes en el espejo es una de las consecuencias de la reflexión de los rayos luminosos. Se obtiene la imagen simétrica o reflejada del objeto respecto al plano del espejo. La imagen de un objeto reflejada en un espejo plano tiene las siguientes características:

• a) Está detrás del espejo pero a igual distancia que el objeto.
• b) Es virtual y de igual tamaño que el objeto.
• c) Es simétrica y directa.

En faros de coches o en instrumentos ópticos como telescopios o reflectores se usan espejos esféricos para concentrar o dispersar la luz según sea la superficie curva pulimentada interior o exterior, recibiendo el nombre de cóncavo o convexo, respectivamente.

Lentes

Una lente es un medio transparente limitado por dos caras, una de las cuales, al menos, es curva. Según el tipo de superficies, los rayos luminosos cuando se refractan pueden formar imágenes diferentes. Según la forma de las superficies se dice que una lente es convergente o divergente.

Los distintos tipos de lentes hacen posible una correcta visión en las personas al permitir corregir las deformaciones producidas en el globo ocular.

• Lentes convergentes o convexas: Aquellas que están curvadas hacia afuera, son más gruesas en el centro que en los extremos. Los rayos de luz convergen en un punto llamado foco. Los objetos se ven más grandes.
• Lentes divergentes o cóncavas: Son más gruesas en los bordes, al estar curvadas hacia el interior. Los rayos de luz divergen o se separan, los objetos se perciben más pequeños pero más próximos.

Descomposición de la Luz

La luz es un conjunto de radiaciones de distinta frecuencia y longitud de onda que se descompone originando una serie de rayos de distintos colores. Este fenómeno se produce en la naturaleza cuando después de haber llovido aparece el arco iris, debido a que las gotitas de agua actúan como prismas que refractan la luz y la dividen en un espectro de colores llamado espectro visible.

La descomposición de la luz en diversos colores se conoce como dispersión de la luz. La luz que más se refracta es la violeta y la que menos la roja. La velocidad de propagación de la luz en el mismo medio no es la misma para todos los colores.

Sonido y Audición

Propagación y Reflexión del Sonido. Cualidades del Sonido

El sonido es el proceso ondulatorio nacido de una perturbación que se transmite alcanzando la posición del receptor, por vibración longitudinal de las moléculas de un medio elástico. Al hablar hacemos vibrar las cuerdas vocales, produciéndose las ondas sonoras que se propagan en forma de esferas concéntricas alrededor de la boca.

Propagación del Sonido

El sonido necesita de un medio material para su propagación. Se propaga a una velocidad constante en el mismo medio, pero varía de unos medios a otros. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s, en el agua de 1.500 m/s y en el hierro de unos 6.000 m/s.