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Historia F+Q

Enseñando física y química a través de su historia. Un blog colaborativo de los alumnos del Master de Secundaria

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2ºBac_F_Bloque 5. Óptica geométrica

El Eter y Einstein

¿Qué es la luz? ¿Cuál es su naturaleza y sus propiedades? ¿Cómo se comporta? ¿Cómo podemos utilizarla? El estudio que los científicos realizan tratando de comprender qué es y cómo se comporta la luz es sido heredado de estas cuestiones planteadas a lo largo de la historia por pensadores y filósofos que consideraban la visión como facultad animal básica para relacionarse con el mundo exterior.

El primer gran hito histórico en la búsqueda de respuesta fue la explicación de la luz con respecto a su interacción con la materia,  asumiendo así la aceptación del carácter dual de la luz como onda-corpúsculo introducido por Huygens (1690) y Newton (1704). Sin embargo quedaba una gran cuestión por resolver: si para que una onda se propague es imprescidible un medio material, ¿cómo puede entonces propagarse la luz por el ‘vacío’ si no hay ‘nada’? La respuesta a esta gran pregunta marcó a los científicos del siglo XIX que plantearon el concepto del éter.

Apartándonos de las teorías más místicas donde el éter se relacionaba con pensamientos mágicos, éste debía ser un medio material invisible e infinito que ocupaba todo el universo haciendo posible la propagación de la luz en el vació.

El problema llegó cuando  Michelson y Morley plantearon en 1887 un experimento para medir la velocidad de la luz respecto al éter y respecto a la Tierra. El resultado de este experimento fue el mismo para ambos sistemas de referencia, lo que parecía concluir en que la velocidad de la luz en el vació siempre será la misma independientemente del movimiento del observador. Esta afirmación no encajaba en el esquema de la Física clásica descrita hasta el momento y fue la base de la famosa teoría de la relatividad de Albert Einstein en 1915 quien le puso solución con su teoría de la relatividad. Ésta teoría supuso una revolución para la interpretación del universo ya que definió  la gravedad como una curvatura del espacio.

¿Afectaría entonces esta curvatura del espacio a la propagación de la luz tal y como la hemos estudiado hasta ahora? Veamos cómo lo explicó Albert Einstein a través del siguiente artículo.

https://www.textoscientificos.com/fisica/articulos/einstein-indice-refraccion-compton-dual

Objetivos:

  • Comprender la estructura de los artículos científicos e introducir su uso como herramienta de estudio y aprendizaje.
  • Repaso de los conceptos explicados en clase sobre la naturaleza de luz.
  • Asomar a los alumnos a la física moderna.

Desarrollo de la actividad:

1-Lectura individual del artículo previa a su trabajo en clase.

3-Análisis conjunto del artículo guiado por el profesor en clase:

-Cómo se escribe y estructura un artículo.

-Identificación de los conceptos definidos en clase.

-Identificación de los nuevos conceptos a partir de los anteriores.

4-Trabajo en grupo para la presentación de un breve resumen del trabajo realizado en clase (máx. 500 palabras).

Criterios de evaluación:

  • Evaluación del análisis previo del artículo mediante una ronda de preguntas inicial.
  • Nivel de participación durante la clase en el análisis conjunto.
  • Resumen presentado aplicando lo explicado anteriormente.
  •  

María Pilar Urizar

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Alhazen

Alhazen nació en Basora (actual Irak) en el 965 d.C. y falleció en El Cairo en 1040 d.C. Fue un matemático, físico y astrónomo musulmán considerado el creador del método científico y padre de la óptica1. Seguir leyendo “Alhazen”

Los fenómenos que sufren los rayos de luz.

Desde los principios de los tiempos los grandes filósofos y científicos se han preguntado porque se comportaba así la luz. Muchos otros tras comprender su comportamiento se aprovecharon del  mismo para crear ilusiones ópticas y jugar/engañar a la gente.

Debido a ello y mediante unos sencillos experimentos que podemos reproducir en nuestras casas vamos a entender el comportamiento óptico de los rayos en distintas situaciones. Con ello encontraremos respuestas a varias preguntas que todos nos hemos hecho: porque se forma el arco iris, porque cuando vemos un lápiz en vaso de agua parece que este se ha quebrado, porque al mirar nuestro reflejo en una cuchara nos vemos del revés,… o cómo funciona la fibra óptica con la que nos llega internet nuestras casas.

Estas preguntas y muchas otras las podremos resolver tras comprender estos experimentos y por ello, como se comporta un rayo de luz.

ACTIVIDAD

  1. Realizar una lectura de los conceptos más importantes de óptica en reflexión y refracción. Posterior mente se creara un debate entre todos los alumnos y el profesor para que los alumnos expongan los conceptos vistos y puedan ser aclarados por el profesor.
    https://histoptica.com/apuntes-de-optica/conceptos-basicos/la-luz/refraccion-reflexion/
  1. Realización de diversos experimentos en grupos reducidos. Para cada uno de los ellos el grupo deberá razonar y exponer en un papel, que es lo que ha observado en el experimento y porque ocurre.
    1. Dibujaremos una flecha en un papel y observaremos la diferencia cuando observamos dicha flecha a través de un vaso vacío y un vaso lleno de agua.
      https://hipertextual.com/2014/02/refraccion-experimento-agua-flechas
    2. Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, unas gotas de leche, un palito de incienso (para el humo), un frasco de cristal con tapadera y un puntero láser. Se llena la mitad del frasco de cristal con agua y unas gotas de leche y el resto con humo.
      Tras ello apuntamos con el puntero desde arriba con distintos ángulos y posteriormente desde abajo con distintos ángulos.
      https://fq-experimentos.blogspot.com/2011/06/174-luz-en-zig-zag.html
    3. Llenamos una cuba transparente de unos 50 litros con agua. La cuba dispone en la parte inferior de uno de sus laterales de un orificio circular de 1 cm de diámetro. Debido a ello se forma un chorro de agua homogéneo saliendo de la cuba. Desde el lado opuesto de la cuba incidiremos con un láser justo en dicho orificio, apagaremos la luz de la sala. Tras observar unos segundos, interpondremos nuestra mano en el chorro y observamos. Repetiremos dicha acción tres o cuatro veces.
      https://www.youtube.com/watch?v=qDV2kM80ayM
  1. Crear un debate sobre lo observado en los experimentos entre los alumnos con el profesor como moderador y guiando a estos hacia una conclusión satisfactoria.

Objetivos:

  • Estudiar la luz y entender cómo se comporta.
  • Comprender los fenómenos que se pueden producir con la luz y sus causantes.
  • Estudiar los fenómenos de reflexión y refracción, y sus características.
  • Entender el método científico basado en la experimentación.
  • Manifestar el trabajo en equipo, la actitud crítica y el consenso.

Criterios de evaluación:

  • La implicación de los alumnos en la realización y el debate de los experimentos.
  • Si han entendido los conceptos de reflexión y refracción.
  • Las conclusiones a las que han llegado en cada uno de los experimentos.

Referencias bibliográficas:

Historia de la óptica:

http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/39/historia.htm

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/historia/Historia.htm

Teoría sobre óptica:

https://histoptica.com/apuntes-de-optica/conceptos-basicos/la-luz/refraccion-reflexion/

Experimentos:

https://hipertextual.com/2014/02/refraccion-experimento-agua-flechas

https://fq-experimentos.blogspot.com/2011/06/174-luz-en-zig-zag.html

https://www.youtube.com/watch?v=qDV2kM80ayM

 

Fco Javier Saiz Mendiguren

Óptica Geométrica. Reflexión y Refracción

Óptica geométrica es la parte de la física que estudia la trayectoria de la luz cuando experimenta reflexiones y refracciones en la superficie de separación entre medios. Durante siglos se creyó que la luz consistía en un chorro de partículas emitidas por una fuente luminosa. Los demás cuerpos se veían debido a que se reflejan algunos de los corpúsculos que los golpean, y al llegar estas partículas al ojo, se producía la sensación de ver. Esto explicaba la reflexión de la luz en un espejo.

1621 Willebord Snell, astrónomo y matemático holandés ayudante de Galileo Galilei que formuló la ley de Snell para calcular el ángulo de refracción de la luz cuando atraviesa una superficie que separa dos medios con distinto índice de refracción.

Isaac Newton publica en 1704 su óptica y asienta el modelo corpuscular de la luz sobre las ideas de Descartes. Supone que la luz está formada por corpúsculos materiales que son lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Este modelo explica y se basa en:

La ley de la reflexión: al incidir la luz en una superficie lisa como la de un espejo choca con dicha superficie y se refleja del mismo modo que una bala choca contra una placa de acero. Este fenómeno permite ver objetos no luminosos

La ley de la refracción o cambio en la dirección de la trayectoria que experimenta la luz cuando pasa de un medio a otro diferente, por ejemplo, del aire al agua. La refracción es debida a la diferente densidad de los medios por los que atraviesa la luz.

Actividades:

A partir de la lectura de la siguiente presentación: https://es.slideshare.net/ablancomeza/reflexin-y-refraccin

  1. Practicar en grupo dentro de la aplicación de Walter-fendt y discutir los diferentes resultados: Usar los índices de refracción del documento si es necesario.

http://www.walter-fendt.de/html5/phes/refraction_es.htm

  1. Realizar los siguientes ejercicios teóricos aplicando los contenidos teóricos:

Ejercicio 1

Un rayo de luz incide sobre la superficie de un cristal con un ángulo de 60º. Sabiendo que el vidrio tiene un índice de refracción de 1,53. Calcular:

  1. a) Velocidad de propagación de la luz en el vidrio.
  2. b) Ángulo con el que se refracta el rayo.

Ejemplo 2

Un rayo de luz sale del agua al aire. Sabiendo que el ángulo de incidencia es de 30º y que el agua tiene un índice de refracción de 1,33, calcular el ángulo de refracción.

Ejemplo 3

Determinar el valor del ángulo límite para un vidrio cuyo índice de refracción es 1,70

Objetivos:

  • Estudiar la luz y entender cómo se comporta y comprender los fenómenos que se pueden producir con la luz y sus causantes en los diferentes medios.
  • Estudiar los fenómenos de reflexión y refracción y sus características
  • Entender el método científico basado en la experimentación.
  • Manifestar el trabajo en equipo, la actitud crítica y el consenso.

En la evaluación se tendrá en cuenta:

  • La implicación de los alumnos en la realización y el debate de los experimentos.
  • Los resultados obtenidos en los cálculos solicitados en la actividad
  • Si han entendido los conceptos de refracción, reflexión.

References

http://www.walter-fendt.de/html5/phes/refraction_es.htm

https://docplayer.es/storage/31/14761965/1539092615/A-v50eATfoZbNjbj5dOelw/14761965.pdf

https://www.slideshare.net/santiagoandresmonsalve/teoria-y-ejercicios-de-refraccion-9865817

https://es.slideshare.net/ablancomeza/reflexin-y-refraccin

Poned caras, sonrisa y… ¡SELFIE!

Hoy en día podemos encontrar en muchos de los dispositivos utilizados a diario esa pequeña lente que nos permite sacarnos una foto en el momento que queramos. Pero bien ¿cuándo se pudieron realizar las primeras fotografías como tal? (Incluyendo el color, los efectos, etc.) Debemos remontarnos al año 300 A.C., donde el científico Arquímedes utilizaba una cámara oscura para estudiar los eclipses de Sol. Se podría decir también que esto más que una cámara de fotografía fue una especie de telescopio. Pues bien, tras un gran salto pasamos al siglo XVII donde el genio Leonardo Da Vinci se da cuenta de que las imágenes que llegan a la habitación son de tamaño más reducido he invertido. Aquí comienzan los misterios de “La Óptica”.

Seguir leyendo “Poned caras, sonrisa y… ¡SELFIE!”

Enfocando…

“En la Edad Media tenían pasión por la luz y los colores vivos que para ellos tenían un significado místico. El filósofo Roberto Grosseteste en el siglo XII elaboró una doctrina, según la cual la energía creadora del mundo era la luz que procede de Dios, que se condensa y origina las sustancias naturales. Esta teoría se acerca bastante a las conclusiones de la física moderna, que establece la energía como fundamento del universo y componente último de toda la materia. […] Las primeras lentes convergentes aparecen a finales de siglo XIII en el norte de Italia, En esta zona estaba muy desarrollada la tecnología del pulido de los cristales. Las primeras lentes se fabricaron para la presbicia y eran convexos. Las lentes para miopes aparecen cien años más tarde. […] Durante los siglos XVI y XVII se dio una revolución artística y científica. Los científicos empezaron a estudiar la naturaleza a través de los experimentos. La óptica salió favorecida. Las gafas empiezan a considerarse como un elemento de moda, signo de opulencia, intelectualidad y sabiduría. En esta época, surgen las monturas con varillas, se añade un puente a las gafas para que descansen mejor sobre la nariz y se empieza a diversificar el uso de nuevos materiales.”

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/historia/Historia.htm Seguir leyendo “Enfocando…”

Young, el científico que osó “desafiar a Newton

“ Thomas Young nació el 13 de junio de 1773 en Milverton, al sudoeste de Inglaterra, en el seno de una familia cuáquera. Fue un niño prodigio. A los dos años ya leía y a los seis había leído dos veces la Biblia. Conocía una docena de lenguas y estudió medicina. Entró a formar parte de la Royal Institution de Londres. Fue uno de los primeros en descifrar jeroglíficos egipcios y desempeñó un papel fundamental en la descodificación de la piedra Rosetta.” Seguir leyendo “Young, el científico que osó “desafiar a Newton”

Refracción de la luz

“¿Os habéis fijado alguna vez que es lo que pasa cuando ponemos un lápiz dentro de un vaso de agua? El lápiz parece que esté torcido o incluso roto. Se trata de un efecto óptico basado en la refracción de la luz. La velocidad de la luz varía dependiendo del medio que atraviese. Por ejemplo, si viaja por el vacío su velocidad es de 300000 km/s, si viaja por el aire es de 299910 km/s (muy parecido al vacío), pero en cambio si viaja por el agua es de 225564 km/s y si viaja por diamante 123967 km/s. Eso quiere decir que la luz irá mas lentamente por un medio que por otro, y por tanto si vemos como cambia de medio veremos un cambio en su trayectoria, es decir un ángulo. Seguir leyendo “Refracción de la luz”

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