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TALLERES DE CAPACITACIÓN EN CIENCIAS NATURALES

“DESCUBRIENDO LOS FENÓMENOS FÍSICOS

EN LA NATURALEZA"

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Módulo1 – Taller Presencial A. Introducción: método científico B. Luces y sombras La luz y los objetos. Cuerpos opacos, translúcidos, transparentes,

reflectantes Sombras. Relación entre fuente de luz-objeto u orificio-sombra. Proyecto

Eratóstenes. La pupila y el ojo humano. Difusión de luz blanca. Por qué se ve azul el cielo y amarillo el sol. Refracción de luz blanca. A qué se deben los colores del arco iris. Arco iris

en el aula. Refracción de luz blanca y de luces monocromáticas.

Método de la clase A: mixto (guiado-elaboración en grupo-discusión grupal) B: mixto (demostrativo- libre- discusión grupal) Materiales que deben llevar los alumnos:

Linterna de luz blanca Cuaderno Birome o lápiz

Materiales que lleva el docente: Espejos Recipientes para agua Pantalla Papel holográfico Caja para refracción Filtros monocromáticos Material dispersante para demostración Gotero Cuchara Pecera para demostración Luz blanca para demostración Prolongador Cajas negras para método científico

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Método científico (juego de la caja negra). http://www.slideshare.net/cvida08/mtodo-cientfico-presentation

 

 

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Luces y sombras La luz y los objetos. Cuerpos opacos, translúcidos,

transparentes, reflectantes

La luz presenta algunas propiedades características: Puede propagarse en el vacío Cuando la luz se propaga en un medio transparente homogéneo lo hace en línea recta. Cuando la luz incide con un objeto, parte es reflejada, parte es absorbida y parte es refractada. Si la mayor parte es reflejada, el objeto se denomina reflectante (espejos). Si la mayor parte es absorbida el objeto se denomina opaco. Si la mayor parte atraviesa el objeto, el objeto se denomina transparente, y la luz se refracta cuando pasa de un medio a otro.

Actividad 1 – Interacción de la luz con distintos objetos

Materiales

Fuentes de luz: rayo láser, linterna común, linterna con luz de color, linterna con

rendija, lamparita con forma.

Objetos: vidrio común, vidrio esmerilado, cuerpos de acrílico de distintas formas,

espejo plano, espejo curvo, lentes, CD, acrílico rojo, acrílico azul, frascos con agua,

frascos con agua y leche, figuras fosforescentes en bolsa oscura.

Obleas de poliestireno que sirven de pantallas para recoger imágenes.

Antes de comenzar es muy importante remarcar las precauciones con las que hay que manejar

los elementos.

Si las lámparas o linternas son eléctricas tomarlas sólo de las partes aisladas y no tirar del

cable.

No mirar directamente el sol ni fuentes intensas de luz y menos aún interponiendo lentes.

No apuntar con los láseres a la cara de los compañeros.

Procedimiento: Se elige una fuente de luz y un objeto. Se anticipa o predice qué va a pasar. Se

observa. Se explica lo que sucedió. Se ensaya una explicación.

Ejemplos:

Vidrio esmerilado y láser. Se recoge el rayo que traspasó el acrílico en una pantalla. Se

observa.

Cuerpo acrílico. Desvía el rayo de luz. Lo desvía formando distintos ángulos según su

forma. Para observar cómo se desvía el rayo es útil “hacerlo caminar” sobre un papel.

Se presenta una plancha de acrílico rojo que permite ver a su través. ¿Es transparente u opaca?

Discute. Observa qué sucede si se lo ilumina un haz rojo.

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Se presenta una plancha de acrílico verde que permite ver a su través. ¿Es

transparente u opaca? Discutir.

Predice qué sucederá si se lo ilumina un haz rojo. Observa. Explica.

Objetos especiales: Hasta ahora observamos cómo diversos objetos actúan sobre la luz. Pero a su

vez, siempre, la luz actúa sobre los objetos.

Objeto fosforescente y luz. Tener guardado el objeto fosforescente en una bolsa

oscura. Observar dentro de la bolsa (no se ve nada). Introducir un rato en la bolsa una

linterna encendida. Volver a observar el interior de la bolsa. Se ve el objeto brillante.

Sombras.

Actividad 2 –Relación entre fuente de luz-objeto u orificio-sombra

Materiales

Fuentes de luz (linternas o lámparas) , cartones con orificios de distintos tamaños

y formas.

Procedimiento: Se elige una fuente de luz y un objeto. Se anticipa o predice qué va a pasar. Se

observa. Se explica lo que sucedió. Se ensaya una explicación.

Objetos –fuentes de luz. Se iluminan los objetos desde distintas distancias y

distintos ángulos. Se observa.

http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema5/index.htm

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Cartulina con pequeños agujeros y lámparas. Se recoge la luz que atraviesa el agujerito en

una pantalla. Se observa. ¿Puedes explicar lo observado en la fotografía?

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La pupila y el ojo humano.

El ojo humano es un sistema óptico formado por un dioptrio esférico y una lente, que reciben, respectivamente, el nombre de córnea y cristalino, y que son capaces de formar una imagen de los objetos sobre la superficie interna del ojo, en una zona denominada retina, que es sensible a la luz.

En la figura anterior se ven claramente las partes que forman el ojo. Tiene forma aproximadamente esférica y está rodeado por una membrana llamada esclerótica que por la parte anterior se hace transparente para formar la córnea.

Tras la córnea hay un diafragma, el iris, que posee una abertura, la pupila, por la que pasa la luz hacia el interior del ojo. El iris es el que define el color de nuestros ojos y el que controla automáticamente el diámetro de la pupila para regular la intensidad luminosa que recibe el ojo.

El cristalino está unido por ligamentos al músculo ciliar. De esta manera el ojo queda dividido en dos partes: la posterior que contiene humor vítreo y la anterior que contiene humor acuoso. El índice de refracción del cristalino es 1,437 y los del humor acuoso y humor vítreo son similares al del agua.

El cristalino enfoca las imágenes sobre la envoltura interna del ojo, la retina. Esta envoltura contiene fibras nerviosas (prolongaciones del nervio óptico) que terminan en unas pequeñas estructuras denominadas conos y bastones muy sensibles a la luz. Existe un punto en la retina, llamado fóvea, alrededor del cual hay una zona que sólo tiene conos (para ver el color). Durante el día la fóvea es la parte más sensible de la retina y sobre ella se forma la imagen del objeto que miramos.

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Los millones de nervios que van al cerebro se combinan para formar un nervio óptico que sale de la retina por un punto que no contiene células receptores. Es el llamado punto ciego.

La córnea refracta los rayos luminosos y el cristalino actúa como ajuste para enfocar objetos situados a diferentes distancias. De esto se encargan los músculos ciliares que modifican la curvatura de la lente y cambian su potencia. Para enfocar un objeto que está próximo, es decir, para que la imagen se forme en la retina, los músculos ciliares se contraen, y el grosor del cristalino aumenta, acortando la distancia focal imagen. Por el contrario si el objeto está distante los músculos ciliares se relajan y la lente adelgaza. Este ajuste se denomina acomodación o adaptación.

El ojo sano y normal ve los objetos situados en el infinito sin acomodación enfocados en la retina. Esto quiere decir que el foco está en la retina y el llamado punto remoto (Pr) está en el infinito.

Se llama punto remoto la distancia máxima a la que puede estar situado un objeto para que una persona lo distinga claramente y punto próximo a la distancia mínima.

Un ojo normal será el que tiene un punto próximo a una distancia "d" de 25 cm, (para un niño puede ser de 10 cm) y un punto remoto situado en el infinito. Si no cumple estos requisitos el ojo tiene algún defecto.

La información precedente fue extraída de: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/Instrumentos/ollo/ollo.htm

Actividad 3 – El ojo de lata o la cámara estenopeica

Para comprender cómo se forma la imagen en nuestro ojo es útil observar la cámara estenopeica (del griego στένω/steno estrecho, ὀπή/ope abertura, agujero), que es una cámara fotográfica sin lentes que consiste en una caja a prueba de luz con un pequeño agujero donde entra luz y una pantalla o película donde se recoge la imagen.

Materiales

Un ojo de lata construido con: una lata de conservas, papel de calcar, bandita

elástica, taladro, cartulina con orificios, cinta adhesiva .

Procedimiento:

Se observan las imágenes que se forman sobre el papel de calcar y sus diferencias a medida que la luz entra por un orificio más pequeño.

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 http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_estenopeica

Difusión de luz blanca. Por qué se ve azul el cielo y amarillo el sol.

Actividad 4 – Difusión de la luz

Materiales:

Pecera, Agua, Leche, Gotero

Lámpara blanca de bajo consumo Se llena una pecera mediana con agua. Se ilumina a través de ella con una luz blanca y se observa cómo 

se ve la lámpara desde el otro lado de la pecera, una vez que la luz ha atravesado el agua. Para esto se 

coloca la pecera de manera que los alumnos observen a través de la cara más pequeña de la pecera y la 

luz de  la  lámpara haya  travesado  la  longitud más  larga dentro del  agua posible.  Se  ve blanca,  de  la 

misma manera que se ve en el aire ya que tanto el aire como el agua son medios transparentes. Se  le 

agrega unas gotitas de  leche al agua y  se observa nuevamente cómo  se ve  la  lámpara a  través de  la 

pecera. Repetir agregando cada vez más  leche, de a gotitas. Se observa que  la  lámpara se ve cada vez 

más amarillenta, hasta llegar a verla anaranjada. En este punto en necesario girar la pecera para que los 

alumnos observen la cara más grande de la pecera, aunque la lámpara sigue alumbrando desde la más 

pequeña. Puede observarse que el agua con gotas de  leche se ve  ligeramente azulada. ¿Por qué pasa 

esto? ¿Tiene esto alguna  relación con que a veces, al atardecer, vemos el  sol anaranjado? ¿Está este 

fenómeno relacionado con el color azul del cielo? 

Marco teórico

Para comprender lo que sucede en este experimento veamos primeramente una explicación del color del cielo. El secreto del color azul del cielo está relacionado con la humedad de la atmósfera y con la composición de la luz solar, integrada por los distintos colores del arco iris.

Imaginemos que dejamos pasar un rayo de sol por un prisma de vidrio. La luz se abre en un abanico de colores (se dispersa) por refracción, mostrando así que está formada por una gama de colores: violeta, índigo, azul, verde, amarillo, naranja y rojo. El rayo violeta es el que se ha separado más de la dirección del rayo de sol y ahí está precisamente la explicación del color del cielo. La desviación es máxima para los rayos de color violeta y azul, y mínima para los de color amarillo y rojo, que casi no son desviados. Cuando la luz del sol, entra en la atmósfera terrestre los rayos violetas y azules, chocan con partículas de aire y varían apreciablemente su trayectoria, y así sucesivamente: realizan, pues, una danza en zigzag en el seno del aire antes de alcanzar el suelo terrestre. Cuando, al fin, llegan a nuestros ojos, no parecen venir directamente del Sol, sino que nos llegan de todas las regiones del cielo, como en forma de fina lluvia. De ahí que el cielo nos parezca azul, mientras el Sol aparece de color amarillo, pues los rayos amarillos y rojos son poco desviados y van casi directamente en línea recta desde el Sol hasta nuestros ojos.

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El color del cielo, debería ser violeta por ser ésta la longitud de onda más corta, pero no lo es, por dos razones fundamentalmente: porque la luz solar contiene más luz azul que violeta y porque el ojo humano (que en definitiva es el que capta las imágenes -aunque el cerebro las interprete-), es más sensible a la luz azul que a la violeta.

El color del sol es amarillo-rojizo y no blanco, porque si a la luz blanca procedente del Sol -que es suma de todos los colores- se le quita el color azul, se obtiene una luz de color amarillo-roja.

La difusión producida por los gases es muy débil; sin embargo, cuando el espesor de gas es muy grande, como sucede en la atmósfera, fácilmente se puede observar la luz difundida.

Al atardecer, el camino que la luz solar recorre dentro de la atmósfera es más largo, los rebotes sucesivos en unas partículas y otras hacen crecer la probabilidad de que la luz acabe chocando con una partícula absorbente y desaparezca, de manera que incluso la parte amarilla es afectada y difundida, y sólo los rayos rojos, los más direccionales, siguen un camino casi rectilíneo. De ahí el color rojo del sol poniente.

Por supuesto, el mismo fenómeno es el que ocurre en el experimento que realizamos. La luz proveniente de la linterna es blanca, en el sentido de que está formada por rayos de todos los colores. Cuando atraviesa el agua pura, la cantidad de partículas difusoras es escasa y no se aprecian cambios importantes. Cuando atraviesa agua con leche, hay mayor cantidad de partículas difusoras que dispersan la componente azul de la luz, haciendo que la luz sea de tono anaranjado.

Refracción de luz blanca. A qué se deben los colores del arco iris. Arco iris en el aula. Refracción de luz blanca y de luces monocromáticas.

Actividad 5 – Refracción y colores

La luz se comporta como una onda con valles y crestas que viaja a diferentes velocidades en distintos materiales. Si dos rayos de luz provenientes de la misma fuente se reflejan en distintas capas de un material se desfasan por lo tanto sus crestas y valles ya no coinciden. Si las crestas de un haz coinciden con los valles de otros, la luz se anula. A este fenómeno se lo conoce como interferencia destructiva. Si las crestas de uno coinciden con las crestas del otro, la luz se refuerza, lo que se denomina interferencia constructiva. Al reflejarse la luz en distintas capas del papel se produce interferencia constructiva en distintas direcciones según la longitud de onda de la luz. Si se observa el reflejo de la luz blanca desde distintos ángulos, se ven distintos colores. Si se ilumina con luz monocromática, sólo es esa longitud de onda la que se refleja.

Interferencia constructiva

Interferencia destructiva