Dispersión
21 Dec, 2011
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PDFAtmosférica
PRESENTACIÓN: A dispersión da luz depende da lonxitude de onda, a cor azul dispérsase máis que os outros cores. Cando o sol atravesa a atmosfera, dispersándose e difundíndose preferentemente en radiacións de pequena lonxitude de onda. Iso fai que o ceo teña esa cor azulado e que a luz transmitida proporcione esa cor avermellada ao horizonte no atardecer cando hai unha alta concentración de po na atmosfera. Sen esta o ceo sería negro.
- Dispersion in spherical water drops, John C. Eliason Jr., Phys. Teach. 27, 264 (1989)
- Simulation of a pulse undergoing dispersion, Michael Chen and Arthur Hovey, Phys. Teach. 34, 398 (1996)
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El color azul del cielo se debe a la dispersión Rayleigh. Cuando la luz del Sol atraviesa la atmósfera para llegar hasta nosotros, la mayor parte de la luz roja, anaranjada y amarilla (longitudes de onda largas) pasa sin ser casi afectada. Sin embargo, buena parte de la luz de longitudes de onda más cortas es dispersada por las moléculas gaseosas del aire. A cualquier parte del cielo que miremos, estaremos viendo algo de esa luz dispersada, que es azul, y por eso el cielo es de ese color. En cambio, la luz que nos llega directamente del Sol perdió parte de su color azul, por eso el Sol se ve amarillento.
Al mirar hacia un punto más cercano al horizonte, el cielo se ve de un color azul más pálido. En este caso, esto se debe a que para llegar hasta nosotros, la luz del cielo debe atravesar una mayor cantidad de aire, y por lo tanto vuelve a ser dispersada. La luz que nos llega del cielo cercano al horizonte habrá perdido parte de su color azul y se verá pálida o blanquecina.
Este proceso de dispersión da luz tamén está relacionado cos grupos de algas.
As algas, como tódolos vexetais fan a fotosíntese grazas a unha serie de pigmentos fotosintéticos. Cada pigmento absorbe luz dunha determinada lonxitude de onda (dunha determinada cor). Así, as algas que viven máis preto da superficie da auga absorben luz na lonxitude de onda da cor verde. Debido a iso teñen coloracións verdes e chámanse algas verdes.
Pero segundo aumenta profundidade a luz vaise dispersando, facendo que os pigmentos das algas absorban luz noutras lonxitudes de onda o cal dota a estas algas doutras cores.
Así, a maior profundidade que as algas verdes atopamos algas pardas e a maior profundidade algas vermellas.
Interesante!
La dispersión es la separación de las ondas de diferente frecuencia al atravesar un material. Por ejemplo el arco iris, se forma por causa de la dispersión de la luz. Para poder comprobarlo, el sol tiene que iluminar una parte del cielo y las nubes deben tener alguna gota de agua. Cada una de las gotas de agua, actúan como prismas produciendo la dispersión de la luz. Cuando la luz incide en la gota, una parte se refleja y otra se refracta al atravesarla. El rayo que se refracta, incide sobre la pared de la gota, reflejándose otra vez y trasmitiéndose al aire, mientras que el rayo que se refleja causa una inversión. Por este motivo, en muchas ocasiones se puede observar un segundo arco con los colores invertidos.
Profundizando más en la dispersión de la luz solar y en el efecto Rayleigh, cabe destacar que, la intensidad de la luz difundida es inversamente proporcional a la potencia de la longitud de onda, por este motivo, la intensidad difundida correspondiente al azul y al violeta es mayor que la del rojo. Por esto vemos el cielo azul durante el día. Al amanecer y al atardecer vemos tonos rojizos porque la luz solar atraviesa un mayor tramo de atmósfera y la luz roja no se ha difundido en tanta medida como la azul, por ello es capaz de atravesar más distancia atmosférica. Algo muy intuitivo pero de lo que tal vez no nos demos cuenta, es que durante los eclipses lunares, vemos el satélite de color rojizo porque esta es la luz que es capaz de atravesar la atmósfera terrestre y proyectarse sobre la Luna.
No seguinte vídeo explícase un sinxelo experimento para comprobar a dispersión da luz, que explica a cor azul do ceo e tamén engade unha pequena experiencia para explicar que o sol o vexamos amarelo no atardecer. É unha experiencia que pode encaixar ben no temario de 1º ESO na materia de Bioloxía e Xeoloxía, ou incluso en Ciencias Sociais.
Descoñecía el que a éste fenómeno de dispersión se lle coñecese como efecto Rayleigh. Éste nombre causoume curiosidade, xa que sabía que en sismoloxía existen as ondas superficiais Rayleigh, e resulta que ambos son descubrimentos da mesma persoa. Grazas a isto descubrín a figura de John Strutt, terceiro barón de Rayleigh; do cal tampouco coñecía que fose gañador do premio nobel de física. Isto recórdame o importante que é poñer a ciencia en contexto humano.
En esta experiencia se explica el color azul del cielo por la dispersión de Rayleigh, por la cual las partículas de la atmósfera tienden a dispersar longitudes de onda más cortas (azul y violeta) que emiten en todas las direcciones. No sucede lo mismo al atardecer, cuando el sol está más bajo y sus rayos recorren más atmósfera, de forma que los azules sufren tal dispersión que no llegan a nuestros ojos y lo que vemos son longitudes de onda más largas, es decir, naranjas, rojos y amarillos. Cuantas más partículas sólidas suspendidas en el aire, el atardecer será más colorido y saturado. Los alumnos también podrían preguntarse por qué el mar es de color azul, el cual es un caso diferente ya que lo que vemos es la radiación reflejada. Así, las moléculas de agua absorben con mayor facilidad las longitudes de onda larga (rojo, naranja y amarillo) y reflejan las ondas más cortas (verde y azul). La presencia de material en suspensión y/o fitoplancton también afectan al color del agua al absorber ciertas longitudes de onda.
Este ejercicio resulta muy interesante para aprender y trabajar características de las ondas electromagnéticas del bloque 4 de ondas de física de 2º de BACH. En concreto se estudia el fenómeno de la dispersión de Rayleigh, que es la dispersión de una radiación electromagnética debido a partículas de menor tamaño que la longitud de onda que los fotones dispersados. En situaciones normales las longitudes de onda que se dispersan en la atmósfera son las más pequeñas (azul). En el atardecer, al estar el sol más bajo, los rayos recorren un mayor espesor de atmósfera, por lo que la radiación azul se dispersa tanto que se pierde, observando así colores naranjas, rojos y amarillos. Para que se produzca dispersión de la luz blanca, las moléculas deben ser menores a 0.5 micrómetros, y dado que las moléculas de agua que conforman las nubes son mayores, al incidir la luz sobre esta no se produce dispersión y por eso las vemos de luz blanca. Dado que el tamaño de la partícula condiciona el fenómeno de dispersión, este puede dar pie a estudiar la composición atmosférica y las características de los elementos que la componen.
Estos conceptos están muy bien explicados por el profesor del MIT Walter Lewin en los siguientes vídeos: parte 1/parte 2.
Este es un experimento bastante sencillo para explicar el color del cielo y, además, puede llevarse a cabo en los diferentes cursos de secundaria, simplemente teniendo en cuenta el nivel. En los cursos de bachillerato pueden explicarse la dispersión de Rayleigh, por la cual las ondas más cortas (azul) se dispersan más al atravesar las moléculas del aire, y la dispersión de Mie, en la que las ondas con longitudes más cortas se pierden durante el atardecer debido a que la luz del sol recorre mayor distancia a través de la atmósfera y, por lo tanto, se produce el efecto por el cual el cielo se torna de un color rojizo. Este es otro experimento parecido sobre la dispersión de la luz solar que muestra cómo la luz blanca se vuelve rojiza al atravesar las moléculas de leche en agua, las cuales dispersan la luz azul.
Los principios de dispersión, reflexión y refracción de las ondas son utilizados por los equipos de teledetección para el estudio de diversos parámetros de la superficie terrestre. Por ejemplo, el sensor LIDAR (Light Detection and Ranging) es un sensor óptico activo que emite pulsos muy cortos de luz poralizada entre el ultravioleta y el infrarrojo cercano. Esta señal interacciona con las partículas atmosféricas o con la superficie terrestre, provocando la dispersión en función del tipo de elemento encontrado. En función del tiempo y de la intensidad de la señal de retorno puede obtenerse información significativa sobre el tipo de superficie presente en la zona de estudio. Los LIDAR de fluorescencia inducida pueden utilizarse para identificar y cuantificar clorofila en el agua y para detectar y medir manchas de petróleo en el océano. Mientras que los LIDAR altimétricos sirven, fundamentalmente, para estudios de batimetría costera.
El color azul que presenta el cielo y que percibimos se debe a la luz que emite el sol, a la atmósfera de la Tierra y a los receptores de color de nuestros ojos. En este enlace se puede leer con mayor detalle información acerca de este fenómeno.
Este post recordoume a algúns atardeceres, nos que se comentaba: Este ceo tan vermello é debido a contaminación. Efectivamente, cantas máis partículas de pó e contaminación existan na atmósfera máis vermello serán os anoiteceres. O motivo é que estas partículas causan unha maior dispersión da luz azul, facendo que esta non chegue as nosos ollos e si o fagan as luces de maior lonxitude de onda como as de tonalidades vermellas. O normal é que durante as horas centrais do día, nas que a luz recorre unha menor distancia a través da atmósfera, o ceo sexa azul. Sen embargo, a medida que anoitece, a distancia que as ondas de luz recorren aumenta. Aumentando progresivamente tamén a dispersión da luz azul e facendo esta menos visible. Sen embargo, en cidades como Madrid debido agran cantidade de contaminantes na atmósfera estase a producir un fenómeno de ceo vermello tamén durante o día. Neste link, tratan esta problemática que existe en Madrid. Ademáis, ao final do post hai un vídeo que mostra o ceo desta cidade durante o día con esta tonalidade cálida.
En relación ó experimento deixo esta nova na que a tonalidade vermella e alaranxada do ceo pode axudar a predecir determinadas condicións atmosféricas. Os colores vermellos do amencer e o solpor son resultado da distancia que ten que recorrer os raios solares na atmosfera. Cando o sol está baixo (como acontece no amencer e no solpor) a distancia que teñen que recorrer os raios de sol é maior e a interaccion coas partículas da atmosfera, por exemplo os aerosois, favorece unha dispersión da luz dando como resultado os tons vermellos e alaranxados nesta altura do día. Segundo a nova, estes tons alaranxados vincúlase na sabiduría popular co bo tempo; si o solpor é moi vermello é indicativo de que na atmosfera hai moitos aerosois e a humidade é baixa, polo que non deberia chover a mañá do día seguinte. Porén, esta regra xeral non sempre se cumpre.
La llamada dispersión de Rayleigh es la causante de que cuando el Sol penetra en la atmósfera, las moléculas gaseosas del aire dispersan las longitudes más cortas del espectro (el azul) y, por eso, el cielo se ve azul. Al atardecer o al amanecer, la luz del Sol nos llega atravesando un tramo largo de atmósfera perdiendo gran parte de su azul, por eso los cielos se vuelven rojizos. En esta web se muestra un experimento alternativo para explicar por qué el cielo es azul, empleando solo un proyector para simular el Sol y una pecera para simular la atmósfera.
Muy interesante vídeo acerca de como funciona la luz visible en diferentes medios como son el espacio exterior, la atmósfera terrestre y el agua. Aquí otro vídeo donde se da una pequeña explicación de cómo funcionan las ondas electromagnéticas y en concreto la luz visible, acompañada de otro experimento que nos puede permitir entender mejor este tema.
El vídeo muestra una explicación muy interesante a un fenómeno que vemos todos los días. Una vez visto el vídeo cabe preguntarse qué ocurriría si la atmósfera terrestre tuviese otros componentes. La siguiente web responde a esta pregunta.
Unha pregunta a facerse podería ser: se a dispersíon de Rayleigh desvía máis as lonxitudes de onda curtas (alta frecuencia), por que o ceo é azul e non violeta? A resposta está en que hai que convolucionar o espectro da luz solar coa dispersión de Rayleigh e coa resposta das nosas células oculares. Podemos atopar unha explicación moi didáctica neste vídeo.
¿Y por qué los atardeceres son rojos si el cielo es azul? A medida que el Sol se pone más bajo, su luz tiene que viajar a través de más atmósfera hasta llegar a nuestros ojos, por lo que las longitudes de onda azules más cortas se dispersan por completo, dejando sólo la luz naranja y roja, haciendo que el cielo se vea rojo al atardecer. Cuantas más partículas sólidas hay suspendidas en el aire más coloridos y saturados son los atardeceres. Esto explica el color rojizo del cielo cuando se ha producido la erupción de un volcán, las cenizas del aire y otras pequeñas partículas emitidas dispersan los rayos de sol en colores rojizos y anaranjados.
A diferencia de la Tierra en Marte el cielo es rojo y los atardeceres son azules. El principal motivo de la coloración rojiza de Marte es el alto contenido de polvo que presenta. La luz diurna normal hace que el color del polvo de óxido de hierro sea más prominente, dándole esa coloración rojiza. Sin embargo, en el ocaso Marte presenta una coloración azulada. Esto podría ser debido al tamaño de las partículas de polvo en suspensión, que hacen que la parte del cielo que está cerca del sol sea prominentemente azul. Pero la razón por la cual se produce este fenómeno aún no está clara. En la siguiente página se pueden encontrar imágenes de atardeceres en Marte. En esta otra página se puede encontrar un vídeo de un atardecer en Marte.
El sol emite luz de diferentes energías además de la luz visible, las ondas luminosas más energéticas son los rayos x y los rayo ultravioleta en la naturaleza existen algunas sustancias que tienen alguna propiedad conocida como fluorescencia, estas sustancias son capaces de absorber luz ultravioleta y emitir luz visibles, es decir, emiten luz menos energética de la que absorben. Os comparto este vídeo que explica muy bien este fenómeno.
El claro ejemplo lo tenemos en las típicas “aguas cristalinas” donde se observan unos tonos azules intensos, ya que tienen muy pocas partículas en suspensión. Mientras que en aguas con una alta carga de limos o de plancton (por ejemplo, las aguas con una alta cantidad de nutrientes y fitoplancton, como las que tenemos en las Rías de Galicia), suelen observarse tonalidades más oscuras.
La dispersión, que es un caso específico de la difracción, se caracteriza por ser aquel fenómeno físico por el cual un haz de luz, al incidir sobre un medio transparente, es distribuido por reflexión o transmisión, en un amplio rango de ángulos, generando luz difusa (Matta, 2010, pp. 48). En el caso del vídeo, la dispersión justifica el color del cielo. No obstante, desde el punto de vista analítico, este fenómeno es la base de la medidas espectrométricas. En consecuencia, en los espectrofotómetros y espectrómetros se emplean prismas o monocromadores, para seleccionar la longitud de onda de la luz. Estos cuentan con elementos que dispersan la luz, permitiendo trabajar únicamente con la longitud de onda deseada (Skoog et al, 2008, pp. 164-189). En este enlace (Adriana Deschryver) se observa cómo se puede construir un espectrofotómetro de forma casera.
Ref.: Matta, E.J. (2010). Conceptos básicos sobre anatomía, fisiología y física del color. ECO ciencia y naturaleza, 21, 42-48; Skoog, D.A., Holler, F.J., Crouch, S.R. (2008). Principios de análisis instrumental. Cengage Learning
En el siguiente enlace podéis encontrar una explicación muy sencilla, al alcance de todos los públicos, de por qué el cielo es azul o si será azul también en otros planetas.
Un experimento moi atractivo para entender o concepto de dispersión, buscando a relación coa realidade que nos rodea. Deixo o enlace de outro experimento similar para o que soamente se necesita un recipiente con auga e un espello.
Un video muy útil para explicar en clase por que el cielo es azul o dicho de otra manera, la dispersión. Una vez explicado podemos preguntar por que motivo se ve de colores anaranjados y rojizos al atardecer, o incluso si es posible que el cielo se viera verde o morado. Por ejemplo en Marte el cielo es rojo y los atardeceres son azules. Muy practico para ESO y Bachiller para durante el temario relacionado con la longitud de onda, etc…
Otra pregunta que surge a raíz de ésta es: ¿Por qué el sol es amarillo? En este vídeo explican que, al ver la luz blanca a través del cielo azul, la vemos de color amarillo.
Es un vídeo muy atractivo para que los alumnos comprendan la realidad que nos rodea. Es una manera interesante de relacionar los contenidos teóricos acerca de la luz, la longitud de onda, la dispersión, etc., con la realidad. Además, se da respuesta a una pregunta que se hace la gente muy a menudo: por qué el cielo es azul?
Es un video explicativo muy bueno, con muchos alumnos y muy resolutivo para explicar la dispersión. Además de didáctico puede ser atractivo a los alumnos a iniciar a realizar videos semejantes para explicar diferentes preguntas del día a día con respuestas en la física. A estos alumnos seguramente les quedo bien claro la dispersión de la luz, se debería de ampliar hablando de los atardeceres anaranjados o rojizos y a que se debe. Además de ser didáctico el video es simpático, se ve el trabajo en equipo y la diversión aprendiendo física
El video es un claro ejemplo de cómo una pregunta tan básica como la de por qué el cielo o el mar son azules, tiene una explicación sobre un fenómeno físico detrás y cómo los alumnos se divierten investigando sobre ello. Se podría ampliar explicando por qué se forman los colores del arco iris. En este video se explica detenidamente.
Así se entende que na Terra o ceo se vexa azul e na Lúa, sen atmósfera, negro. Por curiosidade, neste enlace explican como no mundo da arte se buscou a maneira de representar os efectos da dispersión da luz solar mediante a chamada perspectiva atmosférica ou perspectiva aérea.
Que interesante, con esto sabemos que no vale la pena presumir de las zonas que tienen los atardeceres más rojizos u anaranjados, ya que probablemente sean zonas con mayor contaminación.
Un video perfecto para saber cómo responder a una pregunta que todo niño ha formulado alguna vez.
Impresionante vídeo sobre a dispersión da luz! É fascinante como a atmosfera interactúa coa luz solar, resultando no espectacular fenómeno de dispersión de Rayleigh. Non sabía que fose posible ver unha “posta de sol” utilizando un acuario.
Vídeo muy entretenido y didáctico que me ha ayudado a entender un fanómeno bastante poco intuitivo. Os dejo en este comentario una página web dónde se explica esto con mayor detalle por si queréis echarle un vistazo. Aún así, el experimento es muy sencillo para realizarlo en clase y el video explicativo permitiría a los alumnos, además, trabajar el inglés.
La dispersión de Rayleigh, esa es la responsable del color azul del cielo y también de los tonos rojizos o anaranjados que vemos al atardecer y al amanecer.