El sonido y la luz: conceptos básicos y fenómenos físicos

El sonido es una perturbación que aparece cuando se hacen vibrar las partículas de un medio elástico de forma que se produzcan variaciones en su densidad o en su presión y se propaga a través del medio en forma de ondas. Se llama efecto Doppler al cambio que tiene lugar en la frecuencia y longitud de onda de una onda como consecuencia del movimiento del emisor, receptor o ambos. Cuando una onda sonora llega a la superficie de separación entre dos medios, sufre reflexión. El sonido se refracta cuando pasa de un medio a otro en el que se mueve a distintas velocidades. El tono es la cualidad que permite distinguir sonidos agudos de graves. Está relacionado con la frecuencia de la onda. Agudos: frecuencias altas. Graves: frecuencias bajas. La intensidad es la cualidad del sonido que permite identificarlo como fuerte o débil. Está relacionado con la amplitud de onda. Sonidos fuertes: amplitudes altas, débiles: amplitudes bajas. El timbre es la característica que permite distinguir sonidos de la misma frecuencia y amplitud producidos por instrumentos distintos. La luz tiene naturaleza corpuscular: Newton explicaba que los focos luminosos emiten corpúsculos en línea recta y en todas direcciones. Éstos pueden tener distintos colores y cuando llegan a un cuerpo, este los puede reflejar, transmitir o absorber. Cuando la luz llega a la superficie de separación se produce reflexión. Los corpúsculos chocan contra la superficie elásticamente. La componente vertical de su velocidad se invierte, pero la horizontal no cambia. Por eso la luz reflejada forma un ángulo con la normal a la superficie igual al ángulo que forma la luz incidente. Cuando la luz llega a la superficie de separación y se puede propagar por el segundo medio, se produce refracción. Si el segundo medio es más denso que el primero, ejercerá una mayor atracción por los corpúsculos de luz y aumenta su velocidad vertical. Entonces, la luz refractada se acerca a la normal. La luz tiene naturaleza ondulatoria: Huygens en 1690 sostenía que la luz tiene naturaleza ondulatoria, al igual que el sonido. Las leyes de reflexión y refracción le obligaron a admitir que la luz se mueve a menor velocidad en el agua que en el aire. Römer: Hizo un experimento con Ío, un satélite de Júpiter. Para un observador que se encuentre en la Tierra, el periodo de Ío depende del punto en el que se encuentre la Tierra en su recorrido alrededor del sol. Römer propuso que el menor valor del periodo desde la Tierra sería cuando ésta se encontrase en oposición con Júpiter y el mayor, cuando se encontrase en conjunción. La diferencia entre estos periodos sería el tiempo que tarda la luz en recorrer el diámetro de la órbita terrestre, alrededor del sol. Fizeau: Fizeau ideó un experimento de laboratorio para medir la velocidad de la luz. Sobre la colina de Suresnes, París, colocó un foco luminoso cuyos rayos, tras atravesar un espejo semiplateado, llegaban a otra colina de París. Para medir el tiempo que tardaba la luz en el camino de ida y vuelta empleó una rueda dentada que giraba con velocidad angular constante, de forma que los rayos incidentes y reflejados pasaban por huecos consecutivos. Onda electromagnética: Se deduce que un campo magnético variable en el tiempo induce un campo eléctrico que varía en consecuencia y viceversa. Hertz logró reproducir y detectar ondas electromagnéticas y resultó ser 3x10 a la 8 m/s, la velocidad de la luz. De ahí el Hercio (Hz). Hertz logró construir un generador de ondas electromagnéticas mediante un circuito eléctrico capaz de producir tensiones eléctricas oscilantes. El dispositivo consistía en dos varillas de cobre unidas por un extremo a una esfera grande y por el otro a una pequeña. Puso las varillas en un soporte para que estén enfrentadas y muy juntas entre sí. Cuando conectaba el conjunto a un voltaje oscilante saltaban chispas que creaban un campo eléctrico que oscilaba igual que el voltaje. Las ondas electromagnéticas propagan en el medio la energía que se ha producido en el foco. Absorción de la luz: Cuando la luz se propaga a través de un medio material, su interacción con las partículas del mismo hace que su intensidad pueda disminuir más de lo que correspondería a la atenuación por alejamiento del foco. La disminución que experimenta la intensidad de la luz depende del espesor del medio. Efecto Doppler luminoso: Si el emisor y receptor se alejan: La luz muestra una longitud de onda que aparece desplazada hacia valores más largos (color rojo) o menor frecuencia. Es lo que se denomina corrimiento al rojo. Si el emisor y receptor se acercan: La luz muestra una longitud de onda que aparece desplazada hacia valores más cortos (color azul) o mayor frecuencia.Espectro electromagnético: Conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas existentes. La energía que transporta una onda electromagnética depende de su frecuencia y de ella depende el efecto que produce. La velocidad de propagación de una onda en un medio relaciona su longitud de onda y su frecuencia. La frecuencia es una característica es una característica de la onda pero su longitud de onda, igual que su velocidad, depende del medio en que se propaga. Rayos cósmicos > Rayos gamma > Rayos X > Rayos ultravioleta > Luz visible > Rayos infrarrojos > Microondas > Ondas de radio > Ondas de muy baja frecuencia. FÓRMULAS: -Fuente: (denominador): (+) si se aleja. (-) si se acerca. -Observador: (+) si se acerca. (-) si se aleja.