¿Cuál es la relación entre física y medioambiente?
La
Física en el medioambiente y en las técnicas de control y medición de
contaminantes se centra en tres áreas: el Sol, la Atmósfera, alta y baja
(estratosfera y troposfera), y la Tierra.
Si
consideramos la Atmósfera, nos adentramos en la Física de Fluidos.
¿Porqué?, pues por que si hablamos de la contaminación atmosférica, esta
se desplaza según la Dinámica de la propia Atmósfera. Un ejemplo lo
tenemos en la catástrofe de Chernobil, que sucede en Rusia pero
que a los pocos días se detecta en Escocia, como consecuencia de un
movimiento de masas de aire. De modo que conocer la Dinámica de la baja
atmósfera, aquella que va desde el suelo hasta los 10.000 m. de altura,
es fundamental para entender y predecir accidentes en nuestro
medioambiente.
La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la
onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio
de velocidad de propagación de la onda, cuando pasa de un medio a otro.
Indice de refracción
Como se ha dicho la rapidez de propagación de la luz cambia según el
medio por el que viaja. El índice de refracción relaciona la velocidad
de la luz en el vacío con la velocidad de la luz en el
medio.
En la ecuación
c= es la velocidad de la luz en el vacío
v= velocidad de la luz en el medio
n= Indice de refracción
La reflexión de la luz es un fenómeno óptico básico en la naturaleza que es conocido y analizado desde la Grecia clásica.
Las leyes que rigen los fenómenos de reflexión y refracción de la luz
fueron enunciadas conjuntamente por el astrónomo y matemático neerlandés
W. Snel en 1621 y unificadas bajo un principio de mínimo, en este caso para el tiempo como variable, por el matemático francés Pierre de Fermat en 1657.
La Fotometría es la ciencia que se encarga de la medida de la
luz, como el brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la
capacidad que tiene la radiación electromagnética de estimular el
sistema visual. No debe confundirse con la Radiometría, encargada de la medida de la luz en términos de potencia absoluta.
Se considera a la óptica como la parte de la física que trata de la luz y de los fenómenos luminosos.
En la Edad Antigua
se conocía la propagación rectilínea de la luz, la reflexión y
refracción. Varios filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados
sobre óptica. Entre ellos: Empédocles y Euclides.
Ya en la Edad ModernaRené Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de un medio elástico perfecto (el éter)
que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos
rotatorios de diferentes velocidades de las partículas en el medio.
La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657Pierre de Fermat anunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción.
1- ¿Qué es el sonido?
Todos tenemos una idea de lo que se llama sonido, puesto que a menudo
hablamos del "sonido de un piano", del "sonido de una campana", etc. El sonido es un fenómeno físico percibido por el oído.
Pero, ¿cómo se produce? ¿Qué lo produce? ¿Cómo se propaga?
1.1- ¿Cómo y qué lo produce?
Por lo pronto, si escuchamos un sonido pensamos que debe habre algo que
lo produce. Ese algo es relativamente fácil de encontrar. Si oímos el
sonido de una campana, sabemos que él proviene de un golpe dado a la
misma. Ese golpe hace vibrar la masa metálica,
cosa que podemos comprobar si acercamos un dedo y la tocamos con
suavidad: sentimos un cosquilleo, que indica una rápida vibración
(movimientos en vaivén).
¿Qué pasa si apoyando fuertemente nuestra mano impedimos que la campana
siga vibrando? Todos hemos hecho alguna vez esa experiencia y conocemos
el resultado: el sonido se apaga rápidamente. Es decir, parece que el sonido es causado por la vibración, puesto que terminada la vibración, el sonido se apaga.
El sonido es producido por un movimiento vibratorio.
1.2- Propagación
Si arrojamos un trozo de madera en el agua, observamos que oscila en el lugar de caída, sin salir de él.
La oscilación de la madera se comunica a las
masas vecinas, cuyas oscilaciones, a su vez, se transmiten a nuevas
partículas. El movimiento se propaga hasta puntos alejados, por medio de
ondas circulares, pero sin que exista acarreo de líquido, o corriente
líquida, como lo prueba el hecho de que la medera permanezca siempre en
el mismo lugar.
Del mismo modo, una campana qie vibra en el aire transmite sus
vibraciones a las partículas de aire vecinas; éstas, a su vez, sin
trasladarse, o sea, sin producir viento, provocan las ascilaciones de
otras partículas de aire, propagándose la perturbación (la vibración de
la campana) hasta puntos alejados de la misma, en forma de ondas sonoras.
Para transmitirse, el sonido necesita siempre un medio elástico, sólido, líquido o gaseoso:
En el vacío las ondas no se propagan.
Los líquidos transmiten el sonido: Un nadador puede oír
debajo del agua el golpe de dos piedras o el ruido de un motor de un
barco, o bien la conversación de dos personas. Los sólidos transmiten el sonido: Si ponemos el oído sobre las vías del tren, puede escucharse la marcha de un tren distante.
2- Velocidad de propagación
Recordando que una velocidad se obtiene dividiendo una distancia por el tiempo empleado en recorrerla,
v = d / t
basta reemplazar los datos y se obtiene la velocidad del sonido, que en el aire es de aproximadamente 340 m/s.
La velocidad de propagación varía considerablemente de unas ondas a otras y depende del medio y
las condiciones en que estas se encuentren.Por ejemplo, el sonido viaja
a 331 m/s en el aire, a 1 480 m/s en el agua y a 5 100 m/s en el acero.
En los sólidos, donde la distancia entre las partículas es fija, la
velcidad permanece prácticamente constante.En los líquidos, y sobre todo
en los gases, la velocidad aumente con la temperatura porque las
partículas del gas se mueven con más velocidad.
En condiciones normales de presión y temperatura (1 atmósfera y 0°C), la
velocidad del sonido en el aire es de 331 m/s, mientras que, a 20°C, la
velocidad aumenta a 340m/s.
3- Características del sonido
La intensidad, la frecuencia y el tono con las características del sonido.
1.1- Intensidad
Permite diferenciar los sonidos como fuertes (intensos) o débiles. La
intensidad depende de la amplitud de onda: a mayor amplitud, mayor
intensidad del sonido. También depende de la cantidad de energía que
transporta la onda en una unidad de tiempo. Su unidad de medida es el
bel (B), en honor al inventor norteamericano Alexander Graham Bell,
quien en 1876 investigando con dispositivos para corregir la sordera
inventó el teléfono, aunque se utiliza con más frecuencia el decibelio
(dB).
3.2- Tono
Permite diferenciar los sonidos agudos y graves. El tono está
relacionado con la frecuencia de la onda. A mayor frecuencia se obtiene
un sonido más agudo y a menor frecuencia un sonido más grave.
Una onda longitudinal es una onda mecánica
en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es
paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas
longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas de
compresión. Algunos ejemplos de ondas longitudinales son el sonido y las ondas sísmicas de tipo P generadas en un terremoto.
Una onda transversal es una onda
en la que cierta magnitud vectorial presenta oscilaciones en alguna
dirección perpendicular a la dirección de propagación. Para el caso de
una onda mecánica de desplazamiento, el concepto es ligeramente
sencillo, la onda es transversal cuando las vibraciones de las
partículas afectadas por la onda son perpendiculares a la dirección de
propagación de la onda. Las ondas electromagnéticas
son casos especiales de ondas transversales donde no existe vibración
de partículas, pero los campos eléctricos y magnéticos son siempre
perpendiculares a la dirección de propagación, y por tanto se trata de
ondas transversales.
