Documentals no visibles degut al tancament de Megaupload

dimecres, 26 de setembre de 2012

Ones


Podem definir una ona com una pertorbació d’un medi. Tal pertorbació es propaga en el medi en qüestió, transportant energia i quantitat de moviment, però no matèria. Això significa que encara que ens sembli que l’aigua d’un estany es desplaça quan hi tirem una pedra, tan sols transporta energia i moviment. Què significa això? Primer veurem els dos tipus d’ones. 

Ones mecàniques i ones electromagnètiques 

La principal característica que ens permet diferenciar una ona mecànica d’una electromagnètica és la necessitat o no d’un medi en el qual propagar-se. Sabem que el so, que és una ona mecànica, es propaga per l’aire a una velocitat d’uns 340m/s. Aquesta velocitat incrementa quan el so es propaga en substàncies que tenen els àtoms més propers els uns dels altres. Per exemple, en l’aigua, el so es propaga unes cinc vegades més ràpid que en l’aire, mentre que en l’alumini, que és un sòlid, és vint vegades major. Aquest increment es deu al fet que el so és conseqüència de la vibració en cadena de les molècules que formen el medi on es propaga. Els àtoms que formen l’aire, que és una mescla de gasos, estan molt més separats que els d’un líquid o un sòlid. Això provoca que la velocitat de propagació en un gas sigui fins a vint vegades més petita que en un metall. Les ones elàstiques, un altre tipus d’ona mecànica, també necessita un medi per propagar-se. Les ones electromagnètiques, en canvi, no necessiten un medi per on viatjar, sinó que poden desplaçar-se pel buit. Són pertorbacions del camp electromagnètic que Maxwell va descriure per primer cop al unificar el camp elèctric i el magnètic en un sol concepte. 
Una propietat increïble d’aquestes ones és la velocitat amb la qual es propaguen en el buit: la velocitat de la llum. La llum, que en l’aire es propaga a una velocitat aproximada de 300.000 km/s, és 900.000 vegades més ràpida que el so –això explica per què primer observem el llampec i després sentim el tro -. 

Ones electromagnètiques 

Longitud d’ona

A continuació veurem les diferents classes d’ones electromagnètiques en funció de la seva longitud d’ona. 

Espectre electromagnètic                            Longitud d'ona 
Ràdio                                                          Muntanya-home
Microones                                                  Nadons-insectes
Infraroig                                                          Punta d’una agulla
Visible                                                          Bacteris (700-400 nm)
Ultraviolats                                                  Molècules
X                                                                  Àtoms
Gamma                                                          Més petit que un nucli atòmic


Potser cal recordar que la longitud d’ona és la distància que separa dues valls (punts més baixos) o dues crestes (punts més alts) successives d’una ona. En la casella “longitud d’ona” no hem sigut rigorosos, ja que les hem comparat amb cossos com muntanyes o insectes, però pensem que d’aquesta manera és més fàcil fer-se una idea mental de com són. 

Energia d’un fotó 

Hem vist en anteriors entrades que les ones electromagnètiques com la llum es comporten seguint el model de dualitat ona-partícula, és a dir, en certs casos el seu comportament és com el d’una ona i en certs casos com el d’un conjunt de partícules. Aquestes partícules les coneixem amb el nom de fotons, i, si potser no va ser el primer en imaginar-se-les, Albert Einstein sí que va ser qui demostrà la seva existència. 
L’energia dels fotons dels diferents espectres electromagnètics és un aspecte que preocupa molt a la societat. Un fotó que té poca energia tindrà poc poder de penetració i, per tant, serà poc nociu per a la nostra salut. No obstant, un que tingui molta energia serà capaç de penetrar en els nostres teixits i alterar el contingut del material genètic, la qual cosa pot originar un comportament erroni de les nostres cèl·lules que, en certs casos, traduïm com a càncer. És important saber que l’energia d’un fotó és inversament proporcional a la longitud d’ona. Així doncs, com que la longitud d’ona de les ones de ràdio és molt ampla, l’energia dels seus fotons no és nociva per a nosaltres. Si més no, escoltar la ràdio no ens produeix, que sapiguem, cap problema. La llum del Sol també és poc nociva, sempre i quan ens protegim i dosifiquem l’exposició al Sol adequadament. 

La fórmula que s’utilitza per calcular l’energia d’un fotó és molt senzilla 

E= h·f

En l’equació, h és la constant de Planck (6,626·10^-34) i f  la freqüència de l’ona, que és el nombre d’oscil·lacions per segon. 

Transport d’energia i moviment 

Tornem ara a la pregunta que ens fèiem al principi sobre què significa que una ona transporta energia i moviment. 
Si col·loquem una peça que suri en l’aigua en un estanc i provoquem una ona, veurem com la peça oscil·la amunt i avall per un moment. Aquesta oscil·lació es deu que l’ona, que transporta moviment, ha sigut capaç de produir aquest moviment en la peça. Si una ona transportés matèria, aquesta peça s’hagués desplaçat, és a dir, la posició final hagués sigut diferent a l’inicial. Per entendre el transport d’energia, si col·loquem una turbina connectada a un transformador en algun punt on l’ona xoqui fort, aconseguirem transformar l’energia de l’ona en energia elèctrica. Amb aquests exemples podem entendre què significa el transport d’energia i moviment. 

Refracció de la llum

La refracció de la llum és el fenomen que consisteix en l’alteració de la direcció de propagació de la llum quan aquesta experimenta un augment o disminució de velocitat. La llum experimenta aquesta canvi de velocitat quan passa d’un medi a un altre.  

La llum, si viatja per un mateix medi, com l’aire, es propaga en línia recta. Això és perquè l’aire, com tots els medis, té un índex de refracció que és constant si la temperatura no varia. L’índex de refracció es calcula amb la següent fórmula: 
M= C/v

Això significa que l’índex de refracció d’un medi és igual a la velocitat de la llum en el buit (c) entre la velocitat de la llum en el medi en qüestió (v). L’índex de refracció sempre és més gran que 1. 

Aire-Aigua

L’índex de refracció de l’aire és aproximadament 1,00029, mentre que el de l’aigua és 1,33. Quan la llum passa de l’aire a l’aigua varia la direcció. Això fa que un llapis sembli estar deformat quan reposa en un got mig ple d’aigua. 
Els angles de la direcció dels raigs de llum respecte el pla que anomenen “normal” varien al canviar de medi. 

1 comentaris:

TonyGerard Página ha dit...

Ostras, molt interessant Pau, sóc en Gerard Fernández, bon blog!!!

Publica un comentari