Fenómenos Ópticos y Acústicos

La Luz y la Percepción del Color

Cuando la ropa está mojada, el medio por el que viaja la luz cambia debido al líquido que ha empapado la tela, un fenómeno conocido como refracción. El color intrínseco de la prenda no cambia; somos nosotros quienes la percibimos más oscura debido a que la luz incide y se dispersa de manera diferente.

La luz es radiación electromagnética; el sonido, en cambio, son vibraciones mecánicas. La luz se percibe por la vista y se transmite mediante ondas luminosas; el sonido se percibe por el oído y se transmite a través de ondas sonoras. La luz puede propagarse en el vacío, mientras que el sonido requiere un medio físico para su transmisión. Un ejemplo claro es observar una tormenta: vemos el relámpago (luz) antes de escuchar el trueno (sonido).

Sombras, Reflexión y Refracción

• Sombras: Se producen cuando objetos opacos impiden el paso de la luz, creando una zona de ausencia de iluminación.
• Reflexión: Ocurre cuando una parte de la luz que incide sobre la superficie de un medio material no penetra en él, sino que regresa al medio del que provenía.
• Refracción: Es el fenómeno por el cual la luz, al pasar por distintos medios materiales, cambia su dirección y velocidad. Un experimento clásico es el de la moneda en un vaso de agua.

Electricidad Estática

Al frotar una barra con un trapo, activamos electrones por fricción. Los electrones de la barra se atraen con los protones de los trozos de papel de aluminio, lo que provoca que estos se adhieran a la barra.

El generador de Van de Graaff es un aparato electrostático que utiliza una cinta móvil para acumular carga eléctrica en el interior de una esfera metálica. Con una varilla metálica, podemos liberar esta carga. Este proceso es equivalente al frotamiento manual. Los trozos de papel de aluminio vuelan al ser colocados cerca del generador de Van de Graaff, ya que las cargas se concentran en la esfera superior del aparato. Sin embargo, los trocitos de papel, al adquirir la misma carga que la esfera, se repelen entre sí y con la esfera, lo que explica por qué ‘vuelan’.

Principios de la Presión y Transferencia de Calor

La Presión en la Vida Cotidiana

En el caso de los esquís, la masa corporal se distribuye sobre una superficie mucho mayor y más larga, lo que reduce significativamente la presión ejercida sobre la nieve, en comparación con el uso de botas (donde la masa se concentra únicamente en la huella del pie).

Transferencia de Calor

La transferencia de calor se produce mediante tres mecanismos principales:

• Conducción: Se produce transferencia de calor a través del contacto directo entre cuerpos o partículas.
• Convección: La transmisión de calor se realiza mediante el transporte de materia, como el aire en el caso de un radiador. El conjunto de partículas con mayor temperatura asciende al disminuir su densidad, mientras que las de menor temperatura descienden. Por esta razón, los radiadores se sitúan en la parte baja de las habitaciones y los aires acondicionados en la parte alta.
• Radiación: Es la emisión de calor en forma de ondas electromagnéticas.

El Ciclo del Agua y los Estados de la Materia

Una comprensión incompleta del ciclo del agua lo presenta como un proceso lineal y unidireccional: un simple camino para el agua, con evaporación en el mar y precipitaciones en los continentes. Se muestra la evaporación con flechas que marcan el movimiento ascendente del vapor y que enlazan con las nubes, destacando la relación entre evaporación y condensación, ya que sin condensación no se forman nubes.

Una comprensión completa del ciclo del agua lo concibe como un sistema complejo en el que todo está interrelacionado. Es fundamental relacionar el ciclo del agua con los estados de la materia y sus cambios. A menudo, la dificultad radica en que no todos los fenómenos son visibles, como la evaporación del agua subterránea. Los cambios de estado son:

• Gas a Líquido: Condensación
• Líquido a Gas: Vaporización
• Líquido a Sólido: Solidificación
• Sólido a Líquido: Fusión
• Sólido a Gas: Sublimación
• Gas a Sólido: Cristalización (ej. escarcha)

Aplicaciones de la Presión y la Percepción

Presión Atmosférica y Fenómenos Cotidianos

Al usar una pajita, extraemos el aire de su interior, creando un vacío parcial. Esto provoca que la presión dentro de la pajita sea menor que la presión atmosférica exterior. Esta diferencia de presiones es lo que permite que el líquido ascienda por la pajita.

Al mojar una ventosa, se crea un sello hermético que impide la entrada de aire. La ventosa se adhiere a la superficie debido a que la presión atmosférica exterior es mayor que la presión reducida dentro del espacio de la ventosa.

A medida que se asciende en altitud, la presión atmosférica disminuye. Por lo tanto, se reduce la presión ejercida sobre un líquido, lo que provoca que su punto de ebullición sea menor. En otras palabras, a menor presión, menor será la temperatura necesaria para que un líquido hierva.

El Color de la Luz y la Percepción Visual

La finalidad principal de esta práctica es demostrar que el color no es una propiedad intrínseca de los objetos o materiales, sino una propiedad de la luz y, por tanto, una percepción. Relacionado con esto, podemos explorar la importancia del sentido de la vista, que nos permite percibir la luz y, por ende, su ausencia, manifestada como sombra.

Masa vs. Peso: Clarificando Conceptos

Al responder ‘100 kg’, se hace referencia a la masa de un objeto, no a su peso. Aunque comúnmente se atribuyen los kilogramos al peso, esta unidad se refiere estrictamente a la masa. El peso, en cambio, es una fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto y su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Newton (N).

Flotabilidad y Propagación del Sonido

El Principio de Arquímedes y la Flotación

Un mismo objeto puede parecer tener pesos diferentes según el líquido en el que se introduce, debido a la diferencia de densidades. El peso aparente del objeto será menor cuanto más denso sea el líquido, ya que este opondrá una mayor fuerza de empuje.

Según el Principio de Arquímedes, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado. Este empuje varía en función de la densidad del líquido en el que se introduce el cuerpo.

Factores que influyen en la flotabilidad:

• Del objeto:
  • Peso (fuerza gravitatoria ejercida sobre el cuerpo)
  • Densidad del sólido
  • Masa del sólido
  • Volumen del sólido
• Del líquido:
  • Empuje (fuerza ejercida por el líquido)
  • Densidad del líquido
  • Masa del líquido desplazado
  • Volumen del líquido desplazado

Experimentos Demostrativos:

1. Un experimento clásico tiene como objetivo demostrar que, conservando la masa y variando el volumen, un mismo material puede flotar o no. Por ejemplo, una bola de plastilina compacta se hunde, pero si se le da forma de cuenco (aumentando su volumen y disminuyendo su densidad media), puede flotar.
2. Otro experimento busca demostrar que objetos con diferentes masas pero el mismo volumen pueden flotar o no. Se pueden comparar dos bolas del mismo volumen pero de distinto material y peso, como una de metal (que se hundirá) y otra de corcho (que flotará).

El Helio y la Voz: Un Caso de Propagación del Sonido

El helio es significativamente más ligero que el aire. Cuando se inhala, el sonido viaja más rápido a través de él debido a su menor densidad, lo que altera la resonancia de las cuerdas vocales y hace que la voz suene más aguda. Esto ilustra cómo el medio de propagación afecta directamente las características del sonido.