Materiales transparentes y opacos en ondas electromagnéticas

Materiales transparentes y opacos

¿Qué les sucede a las ondas de luz cuando encuentran objetos? ¿Atraviesan los objetos? ¿Rebotan en los objetos? Cuando una onda de luz golpea la superficie de un objeto, pueden suceder una variedad de cosas. Una de estas cosas se llama resonancia. Cuando se produce una resonancia entre una onda de luz y un objeto, el objeto absorbe la energía de esa onda de luz. La energía de la luz permanece dentro del objeto cuando ocurre la resonancia, pero ¿qué pasa cuando la resonancia no ocurre? ¿Qué sucede con las ondas de luz que se reflejan en el objeto o se transmiten a través del objeto? En esta lección, estudiaremos las ondas de luz un poco más para comprender la transparencia y la opacidad.

Transparencia y Transmisión

Se dice que un objeto es transparente cuando la luz pasa a través de él sin dispersarse o dispersarse. El vidrio transparente es transparente y el agua limpia es transparente. Aunque la luz viaja a través de estos materiales, sabemos que también bloquean elementos como el viento, las ondas sonoras y los movimientos de personas y animales. Por ejemplo, no se puede atravesar un cristal. Entonces, ¿cómo puede una onda de luz atravesar el vidrio sin cambiar en absoluto?

Las ondas de luz son absorbidas por un objeto cuando la frecuencia de la onda de luz coincide con la frecuencia de resonancia del objeto. La absorción ocurre cuando ninguna de las ondas de luz se transmite a través del objeto. Transmisión , si no está seguro, solo significa el paso de ondas electromagnéticas a través de un material. En el caso de objetos transparentes, todas las ondas de luz pasan. Los objetos transparentes exhiben una transmisión completa de las ondas de luz a través del objeto.

Un objeto parece transparente porque las ondas de luz pasan sin cambios.

¿Qué sucede realmente dentro de los materiales de vidrio cuando pasa una onda de luz? Sabemos que no hay túneles que conecten de un lado al otro. Entonces, ¿qué está pasando? Cuando una onda de luz golpea la superficie del vidrio, hace que los electrones vibren a una cierta frecuencia. Esta frecuencia no es la frecuencia de resonancia del vidrio. Las vibraciones pasan de los átomos de la superficie a los átomos vecinos y luego a más átomos a través de la mayor parte del vidrio. La frecuencia no cambia cuando las vibraciones pasan de un átomo a otro. Una vez que esta energía llega al otro lado del vidrio, se vuelve a emitir desde la superficie opuesta. La onda de luz pasa efectivamente a través del vidrio sin cambios. Como resultado, podemos ver directamente a través del cristal, casi como si ni siquiera estuviera allí. Entonces, ahora sabes: ocurre debido a la transmisión de ondas de luz a través de la mayor parte de un objeto.

¿Qué pasa con los objetos que son translúcidos? ¿Qué sucede cuando la luz se dispersa al atravesar un objeto? La dispersión de la luz está relacionada con un tema llamado refracción, pero no lo discutiremos en esta lección. A continuación, hablaremos de materiales opacos.

Opacidad y Reflexión

Entonces, hemos aprendido que las ondas de luz se absorben cuando resuenan con un objeto. Se transmiten cuando atraviesan los átomos de un objeto. Pero, ¿qué pasa si una onda de luz no hace ninguna de estas cosas? Cuando un objeto no absorbe ni transmite una onda de luz, se refleja.

La reflexión es un cambio en la dirección de una onda cuando golpea una superficie. La reflexión puede ser especular (como en objetos brillantes o de superficie lisa) o difusa (como en objetos con superficies rugosas). En cualquier caso, la reflexión se produce porque las vibraciones de los electrones de la superficie no transmiten su energía a través del material. En cambio, vibran un poco y luego vuelven a emitir la energía de regreso, lejos del material. Cuando esto sucede, el objeto nos parece opaco . Los materiales opacos no permiten la transmisión de ondas de luz. En otras palabras, no podemos ver a través de un objeto opaco. Solo podemos ver la superficie porque las ondas de luz son reemitidas desde la superficie de regreso a nuestros ojos. Opacidad ocurre debido al reflejo de las ondas de luz en la superficie de un objeto.

Cuando se reflejan las ondas de luz, un objeto parece opaco.

Ahora, apuesto a que se está preguntando: ¿qué pasa con los diferentes colores de los materiales opacos? ¿Por qué mi auto se ve rojo cuando el auto de mi amigo se ve azul? Bueno, de nuevo, tendrás que mantener ese pensamiento. El color está relacionado con la absorción selectiva de diferentes longitudes de onda de luz visible. Por ahora, solo tenga en cuenta la transparencia y la opacidad, ya sea que podamos ver a través de un objeto o material o no.

Los tipos de ondas no visibles

La transparencia y la opacidad son bastante fáciles de entender en el contexto de la luz visible. Podemos ver los resultados, ¿no? Podemos ver cuando un objeto es transparente a una onda de luz. Podemos saber cuando algo es opaco. Pero, los principios de transparencia y opacidad se aplican a todas las ondas electromagnéticas. La luz visible, recuerde, es solo uno de esos tipos. Entonces, aquí hay una pregunta: si el vidrio es transparente a las ondas de luz visibles, ¿significa eso que es transparente a las otras ondas EM? La respuesta, sorprendentemente, es no.

La transmisión y la reflexión ocurren de manera diferente para cada tipo de onda. Entonces, las reglas sobre qué objetos son transparentes y opacos también cambian. El vidrio es transparente a la luz visible pero opaco a los infrarrojos. El silicio es transparente al infrarrojo pero opaco a la luz visible. ¿Qué significa esto? Significa que si sus ojos estuvieran diseñados para captar radiación en el rango infrarrojo, entonces podría ver a través del silicio y no podría ver a través del vidrio. ¡Extraño!

La transparencia es diferente con cada tipo de ola.

Es posible que ya tenga una idea de lo que es transparente u opaco para diferentes tipos de ondas. ¿Cómo protege su piel de los fuertes rayos ultravioleta del sol? ¡Llevando protector solar, por supuesto! El protector solar es opaco a la luz ultravioleta, pero transparente a la luz visible. Es por eso que aún puede ver su piel cuando la usa.

Rayos X

Las transparencias y opacidades de las diferentes ondas electromagnéticas dictan cómo utilizamos la tecnología y los materiales modernos. Las ondas de radio atraviesan las paredes de ladrillo, pero no el acero. Los rayos gamma atraviesan el espacio exterior, pero no nuestra atmósfera. ¡Imagínese las cosas extrañas que vería si pudiera percibir la luz en las otras regiones del espectro electromagnético! ¿Qué pasaría si pudieras ver a través de las paredes de un edificio y aún así no pudieras ver la piel de tu mano? Al final, supongo que me alegro de poder ver solo con luz visible.

Resumen de la lección

La transparencia y opacidad de los objetos depende de cómo interactúan las ondas de luz con los materiales de esos objetos. Las ondas de luz provocan vibraciones en los átomos de la superficie, que son absorbidos, transmitidos o reflejados . La transparencia se debe a la transmisión de ondas de luz. Si la energía vibratoria de una onda de luz pasa a través del objeto, entonces el objeto parece claro o transparente . Si la energía solo causa vibraciones en la superficie antes de reflejarse en el objeto, entonces el objeto parece opaco . Por tanto, la opacidad es causada por el reflejo de ondas de luz.

Si bien normalmente usamos estos términos para describir nuestras percepciones en el rango de luz visible, también describen interacciones en las otras regiones a lo largo del espectro EM. Los materiales que son opacos para un tipo de onda pueden ser transparentes para otro tipo. Por lo tanto, transparencia y opacidad son términos relativos que varían según la región del espectro electromagnético.

Los resultados del aprendizaje

Después de estudiar la información de esta lección, podrá:

• Explicar las diferencias en las ondas de luz que se absorben, transmiten o reflejan.
• Resumir por qué algunos objetos parecen transparentes, mientras que otros parecen opacos
• Describe cómo algunos materiales pueden ser opacos para algunas ondas mientras que son transparentes para otras y viceversa.