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Luz y sonido



- Reconozco y diferencio modelos para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz.

- Explico que es una onda a partir de gráficos

- Relaciono las longitudes de onda con el espectro electromagnético y las notas musicales

- Relaciono la velocidad de propagación de una onda con el medio donde se transporta

- Conozco y utilizo los adelantos tecnológicos en telecomunicaciones.

inicio




Fenómenos ópticos


A continuación van a verificar algunos fenómenos ópticos y formularán sus hipótesis. Para empezar van a tomar una taza (puede ser de icopor) y van a colocar una moneda en el fondo. Aliste en una jarra con agua y ubicándose en una posición cercana la tasa, en forma diagonal a ella sin que se vea la moneda, van a empezar agregar agua hasta llenar el recipiente. ¿Qué ocurrió?, ¿por qué sucede este fenómeno?
Para comprender mejor la anterior situación ahora tomen un recipiente de cristal (puede ser un vaso) lleno de agua y utilizando una lámpara láser (se consiguen en el comercio como indicadores) hagan incidir un rayo de luz a través del agua de forma diagonal como lo muestra la figura. Observen lo que ocurre con el rayo de luz.

1.Luz laser en agua http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/labdemfi/optica/fotos/refr_d_l_luz_e_u_in_ai_ag_g.gif


¿Qué ocurre si cambiamos el ángulo de incidencia de la luz?
Sobre el mismo recipiente ahora ubiquen un lápiz de forma vertical y observen la imagen. Formulen sus hipótesis acerca de este fenómeno y compártanlo con el resto de la clase.

Ondas y olas


En una Alberca, en un pozo de agua o en una tina con agua van a generar con la punta de un lapicero pequeñas ondas o olas. A partir de sus observaciones respondan a las siguientes preguntas:

2.Ondas en el agua http://arturogoicoechea.files.wordpress.com/2012/02/ondas-en-el-agua.jpg



¿Qué forma tienen las ondas?, ¿viajan en una sola dirección?

¿Qué transportan?

¿Qué pasa con la distancia entre una onda y otra a medida que se alejan?

¿Qué ocurre a la fuerza de la onda a medida que se alejan del lugar donde se hizo la perturbación?

¿Conocen otro tipo de ondas?

Calor, la vibración y las ondas


En sesiones anteriores estudiamos el calor como una forma de energía que se transportaba gracias a la trasferencia de vibración de una molécula a otra. Teniendo en cuenta esto, ¿viajará el calor de la misma forma como viajan las ondas en el agua?, ¿lo hará en forma circular en toda las direcciones?, dialóguenlo con sus compañeros.

Desarrollo



Las ondas



Una onda es una perturbación que avanza o se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando estas ondas necesitan un medio material se llaman ondas mecánicas. Ejemplo de ello son las ondas en el agua y el sonido. Las únicas ondas que pueden propagarse en el vacío (por ejemplo espacio exterior a la tierra) son las ondas electromagnéticas, por ejemplo las ondas de radio. Dichas perturbaciones pueden ser de naturaleza muy diversa, por ejemplo mecánica o magnética.

Comprendamos las características de las ondas


Van a realizar el siguiente trabajo para comprender lo que es una onda y sus características. Tomen una cuerda o laso de 3 m aproximadamente y amarren un extremo a la reja de una ventana. El otro extremo tómenlo con una mano y hagan un movimiento fuerte hacia arriba volviendo su mano nuevamente al lugar de partida. Observarán que la cuerda se deforma y dicha de formación continúa viajando hasta la ventana. ¿Qué viajó a través de la cuerda?, ¿se transportó materia a través de la cuerda?, ¿Se transportó energía?
Ahora realicen un movimiento fuerte hacia arriba y luego hacia abajo procurando que la distancia en que se movió la mano hacia arriba será igual que hacia abajo. Describan ahora que figura se observa en la cuerda. Este movimiento o hacia arriba y hacia debajo de la mano representa un ciclo completo en el movimiento de una onda. Ahora agiten su mano de forma continua, hacia arriba y hacia abajo procurando que la distancia recorrida por la mano hacia arriba hacia igual a la distancia de la mano recurrida hacia abajo. ¿Que figura se observa en la cuerda?

Propiedades de las ondas



A partir de la experiencia anterior podemos concluir que las ondas transportan la energía a través de las partículas del medio en el cual se genera la perturbación. Es decir la perturbación o movimiento de una partícula es transmitido a la siguiente y de esta a otra, generando una reacción en cadena en la cual se va transmitiendo energía de una partícula a otra. Por esto se dice que una onda transporta energía sin que exista transporte de masa. Sin embargo tengan en cuenta que a medida que se va desplazando la onda, se va perdiendo la fuerza y su intensidad va disminuyendo. A partir de las experiencias realizadas al inicio de esta sesión tengan en cuenta que tanto la luz como el sonido son ondas, electromagnéticas (se transportan en el vacío) y mecánicas (necesitan un medio material para transportarse) respectivamente.
Como lo observamos en los experimentos en el agua, las ondas generalmente viajan en todas las direcciones, sin embargo para comprender mejor sus características la representaremos de la siguiente manera, semejando las oscilaciones de la cuerda.
Partes de una onda http://html.rincondelvago.com/000451922.png
Llamaremos entonces longitud de onda a la distancia comprendida entre dos crestas y amplitud la distancia entre el eje de la onda y el punto máximo de la cresta. Estas características definen en la luz y en el sonido diferencias como tipo de luz (visible o no visible) o las notas musicales. Existe otro elemento conocido dentro de las ondas como la frecuencia, que es el número de ondas producidas por segundo. La frecuencia se mide en ciclos o periodos por segundo o también llamado hertz (Hz).

3.Ciclo completo de una onda http://www.analfatecnicos.net/fotos/14.jpg


Calculando la frecuencia de una onda



4.Calculo de la frecuencia http://www.topografiaglobal.com.ar/archivos/teoria/images/sonar7.gif



Identifiquen en la gráfica las variables longitud de onda, amplitud, ciclo o período y a partir de ello calculen la frecuencia en hertz y el tiempo de cada ciclo, corroborando la información presentada. Dialóguenlo con sus compañeros y Profesor de clase.

El sonido



El sonido se produce gracias a un fenómeno físico que genera una vibración. Esta vibración se considera como un movimiento de tipo vibratorio y necesita de un medio para propagarse, ya sea sólido, líquido o gaseoso. El sonido se origina al poner en vibración algún cuerpo, como una cuerda, un metal o cualquier otro objeto. Por lo tanto toda vibración producirá un sonido que puede ser audible o no para el oído humano.

Sonidos audibles y no audibles


Sonidos audibles inaudibles http://3.bp.blogspot.com/-E24GdUyDTrw/Tklkgfr_W_I/AAAAAAAAA5M/pcG5I1x82GQ/s1600/ESPECTRO+AUDIBLE001.png

Los sonidos audibles e inaudibles se diferencian básicamente por la frecuencia de la onda. Además la amplitud y la longitud de onda definen aspectos como la intensidad (cualidad que permite diferenciar un sonido fuerte de otro débil, que depende de la amplitud de onda, es decir a mayor amplitud el sonido es más fuerte) o si el sonido es agudo o grave (aspecto que depende en esencia de frecuencia estrechamente relacionada con la longitud de onda, es decir entre más pequeña sea la longitud de onda el sonido será más agudo).
A partir de la gráfica anterior definan ¿cuáles son los rangos de frecuencia que el oído humano puede percibir?, ¿a partir de qué frecuencia se catalogan como ultrasonidos?, ¿a partir de qué frecuencia se catalogada como infrasonido?, ¿Conocen algún uso del ultrasonido o el infrasonido?, ¿existen seres vivos que puedan percibir los ultrasonidos o los infrasonidos?, ¿cuáles?

Para comprender mejor



A partir de las gráficas identifiquen: ¿cuales son un sonido grave?, ¿cuáles son agudos? Sí el segmento mostrado corresponde a un segundo, ¿cuál es la frecuencia de cada uno?, ¿hay dos ondas con la misma frecuencia?, Si así es ¿cuál de los dos sonidos en más fuerte?

Propiedades del sonido



El sonido presenta tres cualidades principales:

Propiedad

Característica

Tono

El tono se refiere al número de vibraciones por segundo y permite distinguir un sonido agudo de uno grave. Este fenómeno está relacionado con la frecuencia. A mayor frecuencia, el sonido será más agudo y entre menos frecuencia el sonido será más grave.

Intensidad

La intensidad permite diferenciar un sonido fuerte de uno débil. La intensidad depende de la amplitud de onda, es decir a mayor amplitud el sonido es más fuerte

Timbre

El timbre permite identificar el foco o instrumento que emite un sonido, así tenga el mismo tono y la misma intensidad. El timbre entonces nos permite identificar un instrumento musical o reconocer la voz de una persona que nos habla



La luz



La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas, pero a la vez viaja en línea recta. Las ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman ondas electromagnéticas y la luz es una de ellas. Estas ondas se propagan en el vacío a una velocidad de 300000 kilómetros por segundo. 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 electromagnéticas es proporcional a su frecuencia, es decir que cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor de su energía. Además téngase en cuenta que entre mayor sea la frecuencia menor será la longitud de onda. La luz es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos.

Interpretación de graficas



5.Espectro electromagnético http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema5/imagenes/File0053.jpg


A medida que nos desplazamos hacia la derecha en la gráfica, ¿qué ocurre con la longitud de onda?, ¿qué ocurre con la frecuencia medida en Hz? ¿En qué rangos se ubica aproximadamente la luz visible? Tengan en cuenta que este rango es el único visible por el ojo humano, es decir que las ondas de radio, de televisión, del microondas, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, no son vistos por el ojo humano.

Propiedades de la luz



Reflexión: la reflexión se refiere al cambio de dirección que sufre la luz al chocar contra una superficie. La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan con ella y se desvían regresando formando un ángulo igual al de la luz incidente. La reflexión es entonces la propiedad que tiene la luz para reflejarse. Todos los cuerpos absorben la luz y reflejan solamente una parte de ella, por lo cual, lo que vemos de los objetos es en realidad la luz que reflejan.

6.Reflexión
http://www.construmatica.com/construpedia/images/thumb/6/6a/Reflexi%C3%B3n_de_la_luz.JPG/250px-Reflexi%C3%B3n_de_la_luz.JPG



En el grafico podemos notar que el rayo incidente de luz choca contra la superficie y se refleja con el mismo ángulo, pero en dirección contraria. Este caso lo podemos observar con los espejos.

Curiosidades de los espejos


Van a utilizar un Espejo normal y dos cucharas lo más brillantes posibles que permitan ver el reflejo de la luz. Van a observarse en cada uno de ellos y van a registrar las características de la imagen que proyecta cada uno de ellos (una cuchara la utilizaran por el derecho y la otra por el revés), en cuanto a sí es una imagen deformada y si la imagen esta derecha o esta invertida. Posteriormente van a utilizar el Espejo normal y van escribir la palabra AMBULANCIA sobre un papel y la proyectarán sobre el espejo. ¿Que se observa? Ahora escriban la palabra ambulancia sobre otro papel como se observa en el Espejo y proyéctenla nuevamente. ¿Qué observan?
Podrán concluir que está es la razón por la cual las ambulancias, rutas escolares y los autos de enseñanza tienen escritos de esta forma, de tal manera que al ser vistos por el retrovisor de otro vehículo se lea correctamente. También tengan en cuenta que las autoridades de tránsito nos dicen que los espejos retrovisores tienen una zona invisible. Según el grafico, ¿cuál de los dos autos no será visible por el retrovisor del auto azul?

7.Imagen retrovisores http://img.circulaseguro.com/2009/09/Blindspot_three_cars_illus.png



Refracción: la refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio o 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.

8.Refracción http://ciclobasico.com/wp-content/uploads/2010/09/larefraccion.jpg


El rayo de luz refractado, como se observa en la gráfica, se acerca a la normal (línea vertical en la gráfica) 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 propague a mayor velocidad. Este fenómeno se pudo observar a través de las prácticas que realizaron al iniciar la sección. Recuerden la experiencia realizada con el lápiz dentro del agua y la incidencia de la luz láser al entrar al agua. Entonces esta característica de la luz es conocida con el nombre de reflexión

La dispersión de la luz:



Tengan en cuenta que la luz blanca es una mezcla de todos los colores visibles. Los colores que conocemos realmente son diferentes tipos de radiación que poseen diferentes longitudes de onda y que al ser percibidos por las células nerviosas del ojo son interpretadas en nuestro cerebro como un color. Dicho de otra manera los colores realmente no existen sino que en realidad son radiaciones distintas con diferentes longitudes de onda. Este fenómeno lo podemos observar cuando las pequeñas gotas de agua refractan o dispersan la luz formando el arcoíris. Sin embargo en el laboratorio también lo podemos hacer haciendo incidir sobre un prisma un rayo de luz y observaremos que de la misma manera también se forma un arcoíris con sus siete colores.

9.Prisma http://ww2.educarchile.cl/UserFiles/P0001/Image/CR_FichasTematicas_Fisica_La_Luz/136148_image001.jpg



Interpretación de gráficos



10.Espectro electromagnético y luz visible:

http://img88.imageshack.us/img88/1185/espectro.jpg



En la gráfica pueden observar que la luz visible posee unas longitudes de onda entre 400 y 700 nm aproximadamente. Esta luz está constituida por la mezcla de siete colores básicos que podemos observar en un arcoíris. Como observan cada color tiene una longitud de onda y una frecuencia determinada, la cual es captada por nuestros ojos e interpretada como un color. Cuando observamos un objeto o de color rojo, realmente lo que estamos observando en el tipo de luz o la longitud de onda que ese objeto refleja, es decir que cuando sobre un objeto se irradia luz blanca, el objeto absorberá todas las radiaciones y refleja solamente el color rojo o dicho de otra manera solamente refleja la radiación con la longitud de onda específica que nos permite identificar el color rojo. A partir de este gráfico analicen ¿qué colores presentan altas longitudes de onda y cuáles bajas? Además estudien que ocurre con la frecuencia a los tipos de luz que tienen alta longitudes de onda, ¿la relación es directa o inversa?

El viaje de las ondas en diferentes medios



Para transmitirse una onda es necesario trasferir la vibración de una molécula a otra. Por lo tanto entre más cerca se encuentre las moléculas más fácil será transmitir esta vibración. Es por esto que el sonido viaja a distintas velocidades dependiendo del medio en el cual se transportó. En el aire la velocidad aproximada es de 340 m/s, sin embargo esta cambia al viajar por medios líquidos o sólidos.

Formulen su hipótesis



11.Estados de la materia http://1.bp.blogspot.com/-oBsILVgpANg/UrAGAuS5llI/AAAAAAAANRQ/OHVOyN9YWPc/s1600/los+tres+estados+de+la+materia.jpg


Teniendo en cuenta las distancias inter moleculares de un sólido, líquido y un gas, ¿en cuál de los tres se desplazará a mayor velocidad del sonido?, Dialoguen con sus compañeros y compartan sus reflexiones.

Cierre




La visión nocturna o visión infrarroja



La luz infrarroja es producida por todos los cuerpos que producen calor, por lo cual con la ayuda de algunos lentes o aparatos especializados se puede observar durante la oscuridad los cuerpos que producen este tipo de radiación. Esto ha sido aplicado comúnmente por las fuerzas militares y de seguridad para tener un mejor control y vigilancia durante la noche.

12.Imagen infrarroja http://www.ikkaro.com/files/roobre/VisionNocturna/vision_termica_4.jpg


El internet inalámbrico o wi-fi



Las ondas producidas por el internet inalámbrico o wi-fi, tampoco son visibles al ojo humano, sin embargo son posibles de detectar a través dispositivos especializados que miden la radiación que estas producen. En la actualidad se sabe que ese tipo de radiaciones afectan nocivamente la salud humana a nivel del metabolismo celular.

13.Wi-fi http://2.bp.blogspot.com/-IXoH2vTl1e4/TyKupLMAjbI/AAAAAAAAAFE/oQ-oRKRj2qQ/s1600/router-extreme-range-wifi.jpg



Cuidado con el wi-fi


El uso de las nuevas tecnologías debe ser responsable y equilibrado teniendo en cuenta que muchas de ellas afectan negativamente a la salud humana. ¿Qué cuidados podrían tener en cuenta para reducir la contaminación por radiación electromagnética producida con los wi-fi?, Dialóguenlo y compártanlo con el resto de la clase.

La medida del ruido



La unidad de medida utilizada para medir la intensidad del sonido o del ruido es el decibel. En la actualidad debido a la dinámica tecnológica que se tiene, ha sido necesario poder establecer niveles máximos de contaminación auditiva que permita favorecer la salud humana, ya que el ruido en exceso produce daños en la capacidad auditiva y genera estrés.
Unos ejemplos de la intensidad de los sonidos son: 
- 10 Decibeles son producidos por la respiración de una persona.
- 50 Decibeles son los sonidos que se escuchan en un parque o lugar tranquilo.
- 60 Decibeles son los que produce una plática normal entre dos personas únicamente.
- 70 Decibeles son ocasionados en una calle de tráfico tranquilo.
- 80 Decibeles es el ruido ocasionado por una aspiradora.
- 100 Decibeles es el sonido de un silbato de tren dentro de un túnel.
- 130 Decibeles produce el ruido de una ametralladora.
- 140 Decibeles es el sonido del despegue de un jet.
- 175 Decibeles se producen por el despegue de un cohete especial.

Establezcamos parámetros


A partir de la información anterior, ¿cuál creen ustedes que sean los niveles mínimos y máximos de ruido saludables para el ser humano?

La fibra óptica



La fibra óptica es un medio de trasmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material trasparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a trasmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total. La fuente de los puede ser un láser o un led. Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio y superiores a las de un cable convencional. Son el medio de trasmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas.

14.Fibra óptica http://imagem.juliapetit.com.br/wp-content/uploads/2011/04/optical-fiber-422887.jpg

Evaluación



- Reconozco y diferencio modelos para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz.
Teniendo en cuenta que la luz es una onda electromagnética, podríamos decir que:
a. Puede viajar en el vacío

b. No puede viajar en el vacío

c. Se refleja formando el arcoíris

d. Se refracta para permitir ver el color de los objetos
- Explico que es una onda a partir de gráficos

2 segundos
Ubique en el grafico de la onda los siguientes elementos:
Longitud de onda

Amplitud

Frecuencia

Ciclos
- Relaciono las longitudes de onda con el espectro electromagnético y las notas musicales
Teniendo en cuenta el gráfico del espectro electromagnético, ¿cuál de los siguientes colores tendrá una mayor longitud de onda y cual una mayor frecuencia?
Amarillo

Rojo

Morado

Verde
¿Cuál de las siguientes ondas representará un sonido agudo y fuerte?, Explique su respuesta
- Relaciono la velocidad de propagación de una onda con el medio donde se transporta
Teniendo en cuenta que la propagación de una onda sonora se realiza más rápido entre más cerca se encuentren las moléculas, podríamos establecer que el medio en el cual se transporta a mayor velocidad del sonido es:
a. Agua

b. En el vacío

c. En el aire

d. En una lámina de Hierro
- Conozco y utilizo los adelantos tecnológicos en telecomunicaciones.
Son adelantos en telecomunicaciones que utilizan como base las ondas, excepto:
a. Comunicación satelital

b. Fibra óptica

c. Correo certificado

d. Redes wi-fi

Actividad semipresencial




Actividad virtual


Para complementar lo estudiado en esta sesión van a visitar la web iban a estudiar algunos videos, visitando la dirección electrónica como aparece a continuación
Figuras geométricas producidas con sonido http://www.youtube.com/watch?v=6xJZQxGZfm0

Refracción http://www.youtube.com/watch?v=Olg4UBCD7s4

Reflexión http://www.youtube.com/watch?v=hCdLN0aOm_s

Contruccion del periscopio



Un periscopio es un instrumento para la observación desde una posición oculta. Fue utilizado por primera vez por un soldado británico para observar desde una trinchera el movimiento de los enemigos sin ser visto.

15.Soldado observando con periscopio

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/British_trench_periscope_Cape_Helles_1915.jpg

Para construir un periscopio casero necesitan dos cajas de igual tamaño (pueden ser cajas de crema dental), pegamento, dos espejos pequeños y tijeras. Si utilizan cajas de crema dental pueden realizar los siguientes cortes:


Tengan en cuenta quitar las tapas que cubren los extremos de cada caja. Ahora recorte en la caja como se muestra la figura anterior procurando que haya un ángulo de 45° y peguen el Espejo en la zona indicada. Posteriormente en cierren la caja de la siguiente manera

Posteriormente únanla a la caja larga de la siguiente manera

Si desean pueden forrar el periscopio y decorarlo. Al observar por una de las entradas se darán cuenta que los espejos reflejan la luz de tal manera que pueden observar a través del periscopio que acaban de construir.


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