En ocasiones, cuando nos encontramos frente a una cortina de agua de lluvia con el Sol a nuestra espalda, podemos observar un fenómeno óptico conocido como arco iris. Pero no solamente en la lluvia, también en la neblina o en una cascada o, en general, frente a agua lo suficientemente pulverizada.
Este efecto se debe a que las gotas de agua se comportan como prismas y descomponen la luz que las atraviesa en todos los colores del espectro luminoso. ¿Y cómo es eso?
Cuando un rayo de luz topa con un objeto, determinadas longitudes de onda son absorbidas mientras otras son reflejadas. El color asociado a aquellas que rebotan es el que nuestros ojos perciben y por ello decimos que el objeto en cuestión es de determinado color. Ahora bien, cuando el objeto con el que la luz topa no es sólido o bien siéndolo no opone resistencia o pone poca al paso de la luz (objetos transparentes o translúcidos) la luz los atraviesa. Pero este cambio en el medio de propagación provoca un cambio en su velocidad, lo que se nos muestra como un cambio de dirección de aquellos rayos de luz que inciden oblicuamente.
La siguiente imagen aclarará lo dicho.
El rayo de luz incide oblicuamente sobre la superficie del agua y, al atravesarla sufre la refracción que se concreta en un cambio del ángulo con respecto a la perpendicular. Pero cada una de las diferentes longitudes de onda que componen la luz blanca se ve refractada de diferente manera porque la velocidad de propagación es diferente para cada una de ellas. Esto se traduce en diferentes ángulos de refracción para cada una en un fenómeno que se conoce como dispersión de la luz, mostrando a nuestros ojos el espectro de luz visible del rojo al violeta, cuando el rayo ya ha atravesado el medio líquido (en este caso la gota de agua) que se ha comportado como un prisma.
También, casi sin pretenderlo, hemos dado respuesta a la cuestión de ordenación de los colores, y ya sabemos por qué el rojo se encuentra en el extemo superior y el violeta en el inferior: el rojo tiene la longitud de onda más larga y el violeta la más corta.
Pero no siempre que llueve vemos el arco iris. ¿Cuándo lo vemos y cuando no?
En la imagen de la izquierda se puede ver la luz del Sol incidiendo oblicuamente sobre la superficie de la gota y refractándose al cambiar de medio de propagación. Después se refleja en el fondo cóncavo de la parte posterior de la gota y vuelve a refractarse al salir de ella.Por supuesto que no toda la luz se refracta o se refleja. Cuando el rayo de luz topa con la gota se refracta, pero otra parte se refleja. Cuando se refleja en la pared posterior de la gota una parte de luz se refracta al pasar al aire, Y en la última refracción también se produce reflexión. Ocurre que ahora no las tenemos en cuenta para simplificar y que el ejemplo se comprenda mejor. Al igual que tratamos la gota de agua como un círculo cuando en realidad es una esfera.Ahora bien, ya sabemos que la cortina de agua debe estar frente a nosotros (y alrededor según el caso, pero cuenta la parte que tenemos enfrente que es donde se mostrará el arco iris) y que el sol debe estar a nuestra espalda y por encima de nosotros. Pero el arco no ocupa todo el cielo y tampoco lo hace siempre. Todas las gotas dispersan el agua, pero solamente apreciamos el efecto en algunas de ellas. Concretamente aquellas cuyo rayo refractado forma un ángulo de 40º a 42º teniendo en cuenta la línea que representa la incidencia de luz solar y la línea imaginaria que une el rayo refractado con el ojo del observador.
Expliquemos esto un poco mejor.
Una determinada gota de agua refracta la luz y la devuelve al observador formando un ángulo mayor de 42º o menor de 40º, lo que se corresponde a una longitud de onda no visible. Resultado: no vemos nada reflejado.
Una determinada gota de agua refracta luz y la devuelve al observador formando un ángulo que va de 40º a 42º, lo que se corresponde con el espectro de luz visible. Resultado: vemos el arco iris.
Esto quiere decir que una gota que refracte la luz solar con un ángulo de 42º la veremos de color rojo (a ella y a todas aquellas con la misma característica) y a la que lo haga con un ángulo de 40º la veremos de color violeta (a ella y a todas aquellas con la misma característica). O lo que es lo mismo, veremos unas gotas de color rojo, “unas cuantas gotas más abajo” las veremos de color naranja, “unas cuantas gotas más abajo” las veremos amarillas… y así hasta completar los siete colores del arco iris en el espacio de 2º de arco.
¿Y por qué no las vemos dispuestas en línea recta como si se tratase de un pentagrama, o en forma triangular, o cuadrada, o en forma de estrella, por poner unos ejemplos?
Pues no, apreciamos el efecto en forma de arco —aunque en realidad es un círculo que el horizonte no nos permite contemplar en su totalidad— debido a que la gotas de agua que se nos muestran están dispuestas de esa manera, es decir, en círculo, Y ese círculo es la base de un cono con vértice en los ojos del observador y con un eje paralelo a los rayos del sol que inciden en las gotas, tal como muestra la imagen.
Nota sabionda: En realidad el número de reflexiones que se producen en el interior de la gota pueden ser más de dos (dependiendo de por dónde entre la luz) lo que puede dar lugar a la aparición de dos arcos iris: el primario más fuerte e interior y el secundario más débil y exterior y con los colores en orden invertido. Y la cosa se puede complicar como se puede apreciar aquí.
Nota sabionda: Como el ángulo para ver el arco iris siempre es de 40º-42º, cuanto más bajo esté el sol más alto se ve el arco iris, llegando a convertirse el arco visible en una circunferencia cuando el sol está sobre el horizonte.
Respuesta a una consulta de Yuliana Ferreira
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Las polillas y otros insectos nocturnos se sienten atraídos por la luz artificial de una manera suicida. Vuelan en cículos alrededor y se golpean una y otra vez contra la fuente luminosa hasta morir achicharradas. ¿Y por qué hacen esto? ¿A qué se debe un comportamiento tan irracional?
Su comportamiento es totalmente coherente con su naturaleza, lo que ocurre es que la luz artificial las confunde, ¡y de qué manera!
Hablemos primero de la fototaxis, que es el movimiento automático de un organismo con respecto a la luz. Las cucarachas, por ejemplo, son insectos lucífugos ya que muestran una fototaxis negativa al correr a esconderse en grietas oscuras al percibir la luz. Se trata de un mecanismo que les facilita la supervivencia. En cambio las polillas son insectos lucípetos ya que muestran una fototaxis positiva y se sienten atraídos por la luz. Este mecanismo les facilita la orientación, pues la luz del firmamento estrellado y de la Luna les permite situar el arriba-abajo en la oscuridad y les sirve de guía en sus movimientos migratorios al utilizar nuestro satélite como punto de referencia primario. Es más, al ser atraídas por la luz lunar las polillas vuelan más alto y evitan muchos obstáculos y depredadores y pueden aprovechas las corrientes de aire más efectivamente. Algunos entomólogos sugieren, incluso, que las polillas pueden definir su ruta de migración mientras la Tierra gira por el cambio de posición de la Luna.
Además la intensidad lumínica también influye en el movimiento de sus alas. Así cuando la luz proviene de una fuente distante (léase la Luna) e incide por igual en ambos ojos del insecto, éste vuela en línea recta; pero si la fuente de luz está más cerca, un ojo percibe más cantidad de luz que el otro y el ala de ese lado tiende a moverse más rápido al recibir mayor estímulo.
Entonces, cuando una luz artificial se cruza en su camino, se sienten atraídas por ella y vuelan hacia la fuente de luz. Hacia una fuente de luz que alcanzan aunque nunca deberían haberlo hecho. Y debido a su cercanía se ven impelidas volar en círculos y en trayectorias espirales.
Nota sabionda: Las polillas son más sensibles a unas longitudes de onda del espectro lumínico que a otras. Detectan la luz ultravioleta y prefieren las luces blancas y azuladas a las luces amarillas.
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La teroría más aceptada acerca de la causa de la extinción de los dinosaurios es la caída de un cuerpo celeste sobre la Tierra que impactó hace unos 65 millones de años al norte de la península del Yucatán, como ya vimos.
Según publica la revista científica británica Nature, un grupo de científicos encabezados por William Bottke, del Instituto de Investigaciones del Suroeste, en Boulder (EEUU), afirma haber descubierto la procedencia de la roca gigantesca que causó un catalismo climático que acabó con los dinosaurios y otras miles de especies de finales del Cretáceo.
La ruptura por colisión con otro cuerpo, hace unos 160 millones de años, de un asteroide de 170 kilómetros de diámetro llamado Baptistina —descubierto en 1980— sería la causa, cien millones de años después de la lluvia de escombros que impactó nuestro planeta y del fragmento que causó el cráter Chicxulub de unos 200 km de diametro en el golfo de México.
Los resultados de sus simulaciones informáticas otorgan a esta afirmación más de un 90% de probabilidad. Y además concluyen que esta colisión formó parte de un proceso más extenso que afectó a todo el Sistema Solar pudiendo ser el origen —con un 70% de probabilidad— del cráter Tycho, de 85 km de diámetro, en la Luna y otros cráteres gigantes en Venus y Marte.
Asimismo, la investigación indica que la lluvia creada por el asteroide podría se la fuente de aproximadamente un tercio de los objetos que actualmente rodean la Tierra.
La causa de la extinción de los dinosaurios, hace 65 millones de años, ha sido y es uno de los misterios que se le han planteado a la ciencia. Los investigadores han propuesto múltiples hipótesis para explicar el porqué de la desaparición repentina, en todo el mundo, del 75 por ciento de las especies (plantas y animales) que habitaban y dominaban nuestro planeta.
Apuntan a posibles cambios de temperatura y otros cambios climáticos, intensificación de la actividad volcánica, enfermedades, infertilidades, cambios en la vegetación, epidemias, inversión de los polos magnéticos, cambios en la actividad solar, superdepredación y muchas más.
Recientemente se tomaron más en serio aquellas que señalaban como causa un fenómeno ajeno al planeta: la caída de un cometa o meteorito. Y esto es así porque en la década de los 70 un grupo de científicos encontró una delgada capa de arcilla que contenía grandes cantidades de iridio, un metal raro y poco común que coincide con la época de la extinción y que podía encontrarse prácticamente en todo el mundo.
Comoquiera que la proporción de este metal aumentaba en localizaciones cercanas al Mar Caribe, las investigaciones se centraron en la zona. Descubriéndose un gran cráter submarino en el golfo de México de más de 200 km de diámetro que se supone creado por la caída de un meteorito de unos 10 km de diámetro que impactó con una velocidad de unos 25 km/s.
Tamaña colisión causaría su inmediata pulverización y una gran onda de choque que causaría una elevada temperatura, incendios y tsunamis y el envío de una gran cantidad de polvo a la atmósfera que oscurecería el cielo provocando una drástica reducción de la temperatura al impedir el paso de los rayos solares, lo que se conoce como invierno nuclear. Dando al traste con la vida de multitud de especies, tanto vegetales como animales, tanto terrestres como marinas.
Esta hipótesis es la que cuenta con más apoyos en la comunidad científica, aunque ¿quién sabe?
El color del cielo se debe a tres factores: a la composición de la luz, a la atmósfera y a nuestra fisiología.
La teoría del color, desarrollada inicialmente por Newton, explica que la luz blanca está formada por la suma de todos los colores del arcoiris. Y que cuando vemos un objeto de un color es porque refleja cierta longitud de onda y absorbe el resto, o lo que es lo mismo, refleja ese color mientras absorbe los demás.
En un extremo del espectro visible se encuentra el rojo, cuya longitud de onda es la más larga y, por ello, su frecuencia la más baja (por eso se les llama infrarrojos a las longitudes de onda más largas) y en el otro extremo el violeta, cuya longitud de onda es la mas corta y, por ello, su frecuencia la más alta (por eso se les llama ultravioleta a las longitudes de onda más cortas).
La luz del sol tiene que atravesar la atmósfera para llegar a nosotros, y aunque el aire puro es incoloro, pues todas las longitudes de onda lo atraviesan, las minúsculas partículas de polvo y de agua en suspensión, más pequeñas que las longitudes de ondas de la luz visible, no tienen tamaño suficiente para repeler la onda y solamente la desvian ligeramente de su camino original. Una y otra y otra vez. Es lo que se conoce como dispersión.
Ocurre que las longitudes de onda del extremo azul del espectro, al ser más cortas, son dispersadas en mayor medida que las del resto de colores, lo que confiere objetivamente un color azul-violeta a nuestro cielo.
Pero resulta que nuestros ojos captan el color a su manera, o mejor dicho, nuestro cerebro interpreta la frecuencia de las ondas según la información recibida a través de los ojos y de su particular fisiología.
Nuestros ojos poseen unos conos sensibles a solo tres colores: rojo, verde y azul. El resto de colores excita varios tipos de conos a la vez, o lo que es lo mismo, podemos obtener el resto de colores a partir de la combinación de esos tres. Y como nuestra vista es más sensible al color azul que al violeta, es éste el color que observamos al contemplar el cielo.
Nota sabionda: La longitud de onda dispersada mayoritariamente en nuestro cielo, aún siendo la misma para todo el mundo, es captada de diferente forma por los diferentes seres vivos. Así el mismo cielo presenta un diferente color según el observador.
Nota sabionda: El cielo de Marte, cuya atmósfera tiene una presión atmoférica 145 veces menor que la terrestre, una ausencia casi total de oxígeno y una presencia de CO2 cercana al 95%, con unos vientos huracanados que mantienen gran cantidad de partículas de polvo en suspensión, nos presenta un color rojizo porque el tamaño de estas partículas dispersa mayoritariamente las longitudes de onda del extremo rojo del espectro.
