1. SEMANA 2: LUZ Y AGUA
CIENCIAS
NATURALES
Lic. Juan Manuel Carlos Villarreal Página 1
LA LUZ
1.- ¿Qué es la luz?
La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas. Las ondas que se
pueden propagar en el vacío se llaman ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. La luz
es una radiación electromagnética.
Características de las ondas electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de 300000
km/s, que se conoce como "velocidad de la luz en el vacío" y se simboliza con la
letra c (c = 300000 km/s).
Características de las ondas
Propiedades de las ondas
La velocidad de la luz en el vacío no puede ser superada por la de ningún otro
movimiento existente en la naturaleza. En cualquier otro medio, la velocidad de la
luz es inferior. La energía transportada por las ondas es proporcional a su
frecuencia, de modo que cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es su
energía.
Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia como puede verse en el siguiente diagrama:
La LUZ es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos.
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2) Algunas propiedades de la luz
La luz presenta tres propiedades características:
2.1 Se propaga en línea recta.
2.2 Se refleja cuando llega a una superficie reflectante.
2.3 Cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro (se refracta).
2.1.- La luz se propaga en línea recta
La luz se propaga en línea recta. La línea recta que representa la dirección y el
sentido de la propagación de la luz se denomina rayo de luz (el rayo es una
representación, una línea sin grosor, no debe confundirse con un haz, que sí
tiene grosor).
Un hecho que demuestra la propagación rectilínea de la luz es la formación de
sombras. Una sombra es una silueta oscura con la forma del objeto.
Sombras, penumbras y eclipses
- Si un foco, grande o pequeño, de luz se encuentra muy lejos de un objeto
produce sombras nítidas.
- Si un foco grande se encuentra cercano al objeto, se formará sombra donde
no lleguen los rayos procedentes de los extremos del foco y penumbra donde no lleguen los rayos procedentes
de un extremo pero sí del otro. Este fenómeno de sombra y penumbra es el que tiene lugar en los eclipses.
2.2.- La luz se refleja
La reflexión de la luz se representa por medio de dos rayos: el que llega a una superficie, rayo incidente, y el que
sale "rebotado" después de reflejarse, rayo reflejado.
Si se traza una recta perpendicular a la superficie (que se denomina normal), el rayo incidente forma un ángulo
con dicha recta, que se llama ángulo de incidencia.
La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar contra la superficie
de los cuerpos. La luz reflejada sigue propagándose por el mismo medio que la incidente.
La reflexión de la luz cumple dos leyes:
- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano perpendicular a la superficie.
- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
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¿Por qué vemos los objetos?
Podemos ver los objetos que nos rodean porque la luz que se refleja en ellos llega hasta nuestros ojos.
Existen dos tipos de reflexión de la luz: reflexión especular y reflexión difusa.
Reflexión especular: La superficie donde se refleja la luz es perfectamente lisa (espejos, agua en calma) y todos
los rayos reflejados salen en la misma dirección.
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Reflexión difusa: La superficie presenta rugosidades. Los rayos salen reflejados en todas las direcciones.
Podemos percibir los objetos y sus formas gracias a la reflexión difusa de la luz en su
superficie.
2.3.- La luz se refracta
La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al
pasar de un medio a otro en el que se propagan con distinta velocidad. Por ejemplo, al
pasar del aire al agua, la luz se desvía, es decir, se refracta.
Las leyes fundamentales de la refracción son:
- El rayo refractado, el incidente y la normal se encuentran en un mismo plano.
- El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa de un medio en el que se propaga
a mayor velocidad a otro en el que se propaga a menor velocidad. Por el contrario, se
aleja de la normal al pasar a un medio en el que se propaga a mayor velocidad.
La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio en el que pueda
propagarse se denomina índice de refracción (n) de ese medio: n = c / v
La dispersión de la luz, una manifestación de la refracción
La luz blanca es una mezcla de colores: si un haz de luz blanca atraviesa un medio dispersor, como, por
ejemplo, un prisma, los colores se separan debido a que tienen diferentes índices de refracción.
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Las lentes
Se emplean para muy diversos fines: gafas, lupas, prismáticos, objetivos de cámaras, telescopios, etc. Existen
dos tipos:
- Lentes convergentes: Son más gruesas por el centro que por los extremos. Los rayos refractados por ellas
convergen en un punto llamado foco.
- Lentes divergentes: Son más gruesas por los extremos que por el centro. Los rayos refractados no convergen
en un punto, sino que se separan.
3) La luz y la materia: los colores de las cosas
La materia se comporta de distintas formas cuando interacciona con la luz:
- Transparentes: Permiten que la luz se propague en su interior en una
misma dirección, de modo que vuelve a salir. Así, se ven imágenes
nítidas. Ejemplos: Vidrio, aire, agua, alcohol, etc.
- Opacos: Estos materiales absorben la luz o la reflejan, pero no
permiten que los atraviese. Por tanto, no se ven imágenes a su través.
Ejemplos: Madera. metales, cartón, cerámica, etc.
- Translúcidos: Absorben o reflejan parcialmente la luz y permiten que
se propague parte de ella, pero la difunden en distintas direcciones. Por
esta razón, no se ven imágenes nítidas a su través. Ejemplos: folio, tela
fina, papel cebolla, etc.
La luz blanca se compone de los diferentes colores del arco iris: violeta,
azul, verde, amarillo, naranja y rojo.
.
En realidad, existen tres colores: rojo, verde y azul, llamados colores primarios, que al mezclarse en
diferentes proporciones dan lugar a todos los demás. Si se mezclan en las mismas cantidades
producen luz blanca.
Los colores de los objetos se deben a dos causas distintas:
- Color por transmisión: Algunos materiales transparentes absorben toda la gama de colores menos uno, que es
el que permiten que se transmita y da color al material transparente. Por ejemplo, un vídrio es rojo porque
absorbe todos los colores menos el rojo.
- Color por reflexión: La mayor parte de los materiales pueden absorber ciertos colores y reflejar otros. El color o
los colores que reflejan son los que percibimos como el color del cuerpo. Por ejemplo, un cuerpo es amarillo
porque absorbe todos los colores y sólo refleja el amarillo.
Un cuerpo es blanco cuando refleja todos los colores y negro cuando absorbe todos los colores (Los cuerpos
negros se perciben gracias a que reflejan difusamente parte de la luz; de lo contrario no serían visibles).
EL AGUA
El agua, al mismo tiempo que constituye el líquido más abundante en la Tierra, representa el recurso natural más
importante y la base de toda forma de vida.
El agua puede ser considerada como un recurso renovable cuando se controla cuidadosamente su uso,
tratamiento, liberación, circulación. De lo contrario es un recurso no renovable en una localidad determinada.
No es usual encontrar el agua pura en forma natural, aunque en el laboratorio puede llegar a obtenerse o
separarse en sus elementos constituyentes, que son el hidrógeno (H) y el oxígeno (O). Cada molécula de agua
está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos fuertemente en la forma H-O-H.
En nuestro planeta las aguas ocupan una alta proporción en relación con las tierras emergidas, y se
presentan en diferentes formas:
mares y océanos, que contienen una
alta concentración de sales y que llegan
a cubrir un 71% de la superficie
terrestre;
aguas superficiales, que comprenden
ríos, lagunas y lagos;
aguas del subsuelo, también
llamadas aguas subterráneas, por fluir
por debajo de la superficie terrestre.
Aproximadamente 97% del agua del planeta es
agua salina, en mares y océanos; apenas 3%
del agua total es agua dulce (no salina) y de esa
cantidad un poco más de dos terceras partes se
encuentra congelada en los glaciares y
casquetes helados en los polos y altas
montañas.
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Desde los mares, ríos, lagos, e incluso desde los seres vivos, se evapora agua constantemente hacia la
atmósfera, hasta que llega un momento en que esa agua se precipita de nuevo hacia el suelo. De esta agua que
cae, una parte se evapora, otra se escurre por la superficie del terreno hasta los ríos, lagos, lagunas y océanos,
y el resto se infiltra en las capas de la tierra, y fluye también
subterráneamente hacia ríos, lagos y océanos. Esta agua
subterránea es la que utilizan los vegetales, los cuales la
devuelven después de nuevo a la atmósfera.
Como observamos, al volver el agua a la atmósfera se
completa un ciclo, que se denomina ciclo hidrológico o del
agua.
De esta manera la naturaleza garantiza que el agua no se
pierda y pueda volver siempre a ser utilizada por los seres
vivos.
Importancia del agua para la vida. La vida en la Tierra ha
dependido siempre del agua. Las investigaciones han
revelado que la vida se originó en el agua, y que los grupos
zoológicos que han evolucionado hacia una existencia terrestre, siguen manteniendo dentro de ellos su propio
medio acuático, encerrado, y protegido contra la evaporación excesiva.
El agua constituye más del 80% del cuerpo de la mayoría de los organismos, e interviene en la mayor parte de
los procesos metabólicos que se realizan en los seres vivos. Desempeña de forma especial un importante papel
en la fotosíntesis de las plantas y, además, sirve de hábitat a una gran parte de los organismos.
Dada la importancia del agua para la vida de todos los seres vivos, y debido al aumento de las necesidades de
ella por el continuo desarrollo de la humanidad, el hombre está en la obligación de proteger este recursos y evitar
toda influencia nociva sobre las fuentes del preciado líquido.
El agua dulce es un recurso renovable pero la disponibilidad de agua fresca limpia, no contaminada, está
disminuyendo de manera constante. En muchas partes del mundo, la demanda de agua ya excede el
abastecimiento; a medida que aumenta la población mundial, así también aumenta la demanda de agua limpia.
Es una práctica acostumbrada el ubicar industrias y asentamientos humanos a la orilla de las corrientes de agua,
para utilizar dicho líquido y, al mismo tiempo, verter los residuos del proceso industrial y de la actividad humana.
Esto trae como consecuencia la contaminación de las fuentes de agua y, por consiguiente, la pérdida de grandes
volúmenes de este recurso.
PROPIEDADES DEL AGUA
Densidad
La mayoría de las sustancias se contraen cuando se congelan. Sin embargo, el agua, es una de las pocas sustancias que al
congelarse aumenta de volumen disminuyendo de este modo su densidad.
El agua tiene un comportamiento peculiar, ya que su
densidad máxima es a 4 ºC.
A temperaturas menores, las moléculas de agua se ordenan,
separándose unas de otras, lo que aumenta su volumen y
disminuye su densidad.
Esta propiedad evita que los océanos de las regiones
polares de la Tierra se congelen por completo. Puesto
que el hielo, al flotar en el agua, impide que se congele
las aguas más profundas y al quedar expuesto a los
cambios de temperatura de la atmósfera protege la vida
en los océanos.
Polaridad
El conjunto de los tres átomos del agua forman una molécula angular polar, cargada negativamente en el vértice donde se
ubica el oxígeno y positivamente, en los extremos de la molécula, donde se encuentran los hidrógenos.
Disolvente
La polaridad determina si una sustancia es soluble o no es soluble en agua. Como ya sabemos, las sustancias polares tienen
como los imanes dos polos; uno positivo y otro negativo. Cuando la otra sustancia también es polar los polos contrarios de
ambas sustancias se atraen y consecuentemente, las sustancias se mezclan.
Al disolver cloruro de sodio (NaCl), los átomos de oxígeno del agua (polo -) rodea a los iones Na+ y los átomos de
hidrógeno del agua (polo +) rodea a los iones de Cl-rompiendo así de esta forma la estructura cristalina del cloruro de sodio.
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Termorreguladora
Como ya sabemos, el clima de las zonas costeras es más suave que en el interior de los continentes. Esto se debe a
excepcionales propiedades del agua.
Para que la temperatura del agua suba un grado, necesita coger mucho calor, mucho más que la tierra. Por eso, el agua, se
calienta y se enfría más lentamente que la tierra y por la noche cuando la tierra ha pedido todo su calor, el agua todavía lo
conserva y lo desprende lentamente suavizando así las temperaturas de las zonas costeras.
Tensión superficial
Salinidad
La salinidad es el contenido de sal disuelta en agua. En los mares y océanos, el porcentaje medio de sal disuelto es de 35
g/L mientras que en los ríos y lagos es prácticamente despreciable.
El contenido de sales disuelto afecta a la densidad del agua de mar. Así pues, en el Mar Muerto, la salinidad promedio es
aproximadamente ocho veces mayor que en cualquier otro océano.
Tan elevada salinidad impide a un ser humano hundirse en sus aguas de forma natural, pudiéndo flotar sin ningún esfuerzo.
Hundirse en estas aguas es imposible.
ACTIVIDAD 1: Realiza un esquema diferenciando la forma de propagación y velocidad de la luz, así como los
fenómenos que presenta.
ACTIVIDAD 2: Realiza un esquema diferenciando las etapas del ciclo hidrológico.