La luz y el sonido

Para que el sonido exista, debe haber una vibración inicial (como las cuerdas de una guitarra o nuestras cuerdas vocales). Esta vibración se transmite a las partículas del medio que rodea al objeto, creando una onda de presión.

• Medio material: A diferencia de la luz, el sonido es una onda mecánica. Esto significa que necesita obligatoriamente un medio material (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse.
• El vacío: En el espacio exterior o en el vacío, el sonido no se propaga porque no hay átomos ni moléculas que puedan chocar entre sí para transmitir la vibración.

El sonido no viaja a la misma velocidad en todos los lugares. Depende directamente de la densidad y la elasticidad del medio:

1. Sólidos: Es donde viaja más rápido (ej. acero, 5000 m/s), porque las partículas están muy juntas.
2. Líquidos: Velocidad intermedia (ej. agua, 1500 m/s).
3. Gases: Es donde viaja más lento. En el aire, a temperatura ambiente, la velocidad es de aproximadamente 340 m/s.

Cuando las ondas sonoras encuentran un obstáculo, rebotan. Este fenómeno se llama reflexión.

• El eco: Se produce cuando el sonido reflejado llega a nuestro oído después de que el sonido original se haya extinguido. Para que el cerebro humano distinga dos sonidos distintos, debe haber un intervalo de al menos 0,1 segundos. Como la velocidad en el aire es 340 m/s, esto implica que el obstáculo debe estar a una distancia mínima de 17 metros.
• La reverberación: Ocurre cuando el obstáculo está a menos de 17 metros. El sonido reflejado se mezcla con el original, creando una permanencia o "alargamiento" del sonido que puede dificultar la comprensión de las palabras.

1. Intensidad: Se relaciona con la amplitud de la onda. Nos permite distinguir entre sonidos fuertes y débiles.
2. Tono: Depende de la frecuencia (número de vibraciones por segundo, medido en Hercios, Hz).
   • Alta frecuencia = Sonido agudo.
   • Baja frecuencia = Sonido grave.
3. Timbre: Es la cualidad que nos permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y tono emitidos por fuentes diferentes (por ejemplo, un piano y un violín). Depende de la forma de la onda.

El oído es el órgano encargado de convertir las vibraciones del aire en impulsos nerviosos.

• Anatomía: Se divide en oído externo (pabellón y conducto), oído medio (tímpano y cadena de huesecillos) y oído interno (cóclea o caracol).
• Límites de audición: El ser humano medio solo oye frecuencias entre 20 Hz y 20.000 Hz.
  • Infrasonidos: Frecuencias por debajo de 20 Hz.
  • Ultrasonidos: Frecuencias por encima de 20.000 Hz (usados por delfines o en ecografías médicas).

El ruido excesivo es un problema de salud pública. La intensidad del sonido se mide en decibelios (dB).

• El umbral de audición es 0 dB.
• A partir de 80-90 dB, el sonido empieza a ser perjudicial si la exposición es prolongada.
• Efectos: Pérdida de audición, estrés, insomnio y problemas cardiovasculares.
• Protección: Uso de cascos en trabajos ruidosos, doble acristalamiento en viviendas y respeto a las normas de convivencia.

• Fuentes naturales: El Sol, las estrellas o el fuego.
• Fuentes artificiales: Bombillas LED, láseres o pantallas.
• Propagación: La luz siempre se propaga en línea recta en un medio homogéneo.

Según cómo se comportan ante la luz, los objetos son:

• Transparentes: Permiten el paso de la luz y vemos nítidamente a través de ellos.
• Translúcidos: Dejan pasar algo de luz, pero no permiten ver imágenes nítidas.
• Opacos: No dejan pasar la luz.

A diferencia del sonido, la luz no necesita un medio material para viajar; puede propagarse por el vacío.

• Velocidad en el vacío ($c$): Aproximadamente $300.000$ km/s. Es la velocidad máxima del universo.
• Año luz: Es la distancia que recorre la luz en un año. Se usa en astronomía porque las distancias en el espacio son inmensas. $1 \text{ año luz} \approx 9,46 \times 10^{12} \text{ km}$

Debido a que la luz viaja en línea recta, cuando un objeto opaco se interpone en su camino, se crea una zona de oscuridad:

• Sombra y Penumbra: Si la fuente de luz es grande, aparece una zona de sombra total (umbra) y una zona de sombra parcial (penumbra).
• Eclipses:
  • De Sol: La Luna se sitúa entre la Tierra y el Sol.
  • De Luna: La Tierra se sitúa entre el Sol y la Luna, proyectando su sombra sobre el satélite.

Es el cambio de dirección que experimenta la luz al chocar con una superficie sin cambiar de medio.

• Leyes: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
• Espejos: Pueden ser planos (imagen real, misma forma) o curvos (cóncavos o convexos), que deforman la imagen para aplicaciones como retrovisores o telescopios.

Es el cambio de dirección y velocidad que sufre la luz al pasar de un medio transparente a otro (por ejemplo, del aire al agua).

• Lentes: Son objetos transparentes que aprovechan la refracción.
  • Convergentes: Son más gruesas por el centro. Concentran los rayos en un punto (foco). Se usan para la hipermetropía.
  • Divergentes: Son más finas por el centro. Separan los rayos. Se usan para la miopía.

Isaac Newton demostró que la luz blanca es en realidad una mezcla de colores. Al pasar luz blanca por un prisma, cada color se refracta con un ángulo distinto, separándose.

• Espectro visible: Los colores resultantes son rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta.
• Arcoíris: Se forma por la dispersión de la luz solar en las gotas de lluvia, que actúan como pequeños prismas.

Un objeto no "tiene" color, sino que refleja parte de la luz que recibe.

• Si un objeto es rojo, es porque absorbe todos los colores y solo refleja el rojo.
• Un objeto blanco refleja todos los colores.
• Un objeto negro absorbe toda la luz (toda la energía) y no refleja nada.
• Síntesis aditiva: Mezcla de luces (colores primarios: rojo, verde y azul).

El ojo funciona de forma similar a una cámara:

1. La luz entra por la córnea y la pupila.
2. El cristalino actúa como una lente que enfoca la imagen.
3. La imagen (invertida) se proyecta en la retina, donde células sensibles (conos y bastones) envían la información al cerebro por el nervio óptico.

• Miopía: Dificultad para ver de lejos (el ojo es "largo").
• Hipermetropía: Dificultad para ver de cerca (el ojo es "corto").

• Cámaras: Utilizan lentes para enfocar la luz en un sensor digital.
• Fibra óptica: Cables de vidrio que transportan información mediante pulsos de luz usando la reflexión total interna. Es la base de las telecomunicaciones modernas.
• Eficiencia: El paso de bombillas incandescentes a LED ha permitido ahorrar energía, ya que los LED transforman casi toda la electricidad en luz, perdiendo muy poco calor.