El efecto Doppler explica el por qué cuando pasa una ambulancia a alta velocidad se escucha más agudo mientras se acerca y más grave mientras se aleja. Este mismo fenómeno se usa para encontrar el movimiento de las estrellas. a)¿Qué debería suceder con el color de una estrella amarilla si se acerca a nosotros y qué debería pasar con su color si se aleja? Argumenta tu respuesta. Problema 2 A continuación, se muestra la potencia radiante respecto a la longitud de onda, es decir, la potencia con que se emite cada longitud de onda de un foco incandescente y una lámpara led. Nota: observa con cuidado las escalas de sus ejes. Considerando que el espectro de luz visible corresponde de los 380 nm (nanómetros) a 750 nm (nanómetros). a)¿En qué región del espectro electromagnético emite la mayoría de su energía una bombilla? b)¿Por qué las lámparas led tienen mayor eficiencia que las lámparas incandescentes? Problema 3 Si una persona tiene un problema congénito que no le permite producir eritropsina (sustancia que permite mayor sensibilidad para las longitudes de onda largas en el cono de la retina) en cantidades suficientes. ¿Qué problemas en su visión le ocasionaría? Argumenta tu respuesta. Problema 4 De las siguientes figuras, identifica si se trata de un lente o un espejo, su tipo (convergente, divergente, cóncavo o convexo) e indica en dónde se encuentra su foco (izquierda o derecha). a) b) c) d)
Respuestas
Empezando por el efecto Doppler, es un cambio aparente en la frecuencia y por consiguiente la longitud de onda de una onda cuando su fuente se mueve respecto al observador. El cambio observado en la frecuencia si la velocidad relativa de la fuente respecto al observador es pequeña frente a la velocidad de la onda es:
dv es la diferencia entre la velocidad del receptor y la velocidad de la fuente y v es la velocidad de la onda. Si la fuente se viene acercando dv va a ser positivo y la frecuencia percibida aumentará, viceversa si la fuente se aleja, con esto respondemos el punto A. Ahora a los problemas:
a) El color de una fuente de luz está dado por la longitud de onda de la luz que emite, entre 380nm y 780nm está el visible, la frecuencia de una onda de luz respecto de la longitud de onda cuando el medio es el vacío es:
donde C es la velocidad de la luz en el vacío (3x10^8m/s), si la estrella es amarilla la longitud de onda de su luz será entre 565 y 595nm, si aumenta la frecuencia la longitud de onda disminuye, lo que significa que el tono de luz se desplazará en el espectro visible hacia el verde (500-565nm) y si la velocidad es suficientemente alta, se acercará al azul (450-500nm), para que aumente la frecuencia de la onda de luz la estrella tiene que estar acercándose por lo anteriormente expresado sobre el Efecto Doppler, por lo que Si la estrella se acerca el color comenzará a tender al azul.
Si la estrella se aleja, por la misma razón el tono de luz se desplazará sobre el espectro visible hacia abajo en frecuencia (porque dv ahora va a ser negativo) lo que significa un aumento de la longitud de onda, la luz se irá acercando al naranja (595-620nm) y si la velocidad relativa es suficientemente alta hacia el rojo por lo que si la estrella se aleja el color comenzará a tender al rojo.
2A) Aquí estaría faltando el gráfico de potencia radiante. Pero sabemos que una lámpara incandescente tiene un elemento emisor que es un hilo de tungsteno que alcanza una temperatura aproximada de 2800 K, aplicando la fórmula de Wien:
El máximo del espectro está claramente en el infrarrojo, lo cual nos dice que la mayor parte de la radiación se emite en esta región del espectro, a los efectos prácticos emite cerca del 10% de la radiación en el visible.
2B) Las lámparas LED en cambio no se comportan igual que los focos, como cuerpos negros, sino que su espectro es discreto (emite solo en ciertas longitudes de onda dadas por el material del que está hecho el elemento semiconductor), y se las fabrica para que la mayor cantidad posible de estas líneas de emisión estén en el visible, por eso las lámparas LED son mucho más eficientes que las incandescentes.
3) Si una persona tiene un problema congénito por el cual no puede producir eritrospina y por ende tiene afectada su sensibilidad a longitudes de onda larga, longutides de onda largas significa ubicarnos en la región del espectro visible donde están los tonos rojos, por ende esta persona tendrá problemas para ver y distinguir correctamente los tonos rojos.
4) Faltan las imágenes, pero para responderla hay que analizar qué es una lente y qué un espejo:
Una lente modifica la trayectoria de los rayos que pasan a través de ella, por lo que distorsiona (según la forma de la lente) la imagen del objeto detrás de la lente.
Un espejo modifica la trayectoria de los rayos que se reflejan en su superficie, por lo que proyectará una imagen distorsionada (según la geometría de la superficie) de lo que hay frente al espejo. Una forma de ver si un lente o espejo es convergente, es ver donde está el foco, cuando los rayos que empiezan siendo paralelos pasan por la lente o se reflejan en el espejo siguen las rectas normales a la superficie del espejo o lente que pasan por el foco imagen. Así si en una lente el foco imagen está del mismo lado por donde entra la luz, será divergente y si está al otro lado será convergente. En un espejo si es cóncavo, es decir su foco imagen está del mismo lado de donde entra la luz este será convergente y si está del otro lado o sea es convexo, será divergente.