19.La percepción del sonido. El oído

Cuando una onda sonora llega a la oreja, pasa por el conducto auditivo externo y alcanza el tímpano, una membrana muy fina que recibe la onda y vibra. Esta vibración se transmite a la cadena de huesecillos del oído medio y de estos al oído interno, desde allí pasa al nervio auditivo en forma de impulsos nerviosos. Los nervios auditivos llevan la formación al cerebro, donde se produce la sensación de audición.

El oído humano solo es capaz de percibir sonidos con una frecuencia entre 20 y 20 000 Hz. Las ondas por debajo de 20 Hz se denominan infrasonidos, y las que están por encima de 20 000 Hz, ultrasonidos.

18.Las cualidades del sonido

No todos los sonidos son iguales, hay ciertas cualidades que nos permiten distinguirlos:

-Intensidad. Es la cantidad de energía que llega a nuestro oído por unidad de tiempo. Disminuye con la distancia a la que nos encontremos de la fuente sonora. Según su intensidad, los sonidos pueden ser débiles, si llevan poca energía, o fuertes, si llevan mucha energía.

La intensidad de un sonido se mide en decibelios (dB).

-Tono. Esta determinado por su frecuencia. Según su tono, los sonidos pueden ser graves, cuando su frecuencia es baja, o agudos, cuando su frecuencia es alta.

-Timbre. Es la cualidad que nos permite distinguir sonidos de igual intensidad y tono producidos por dos fuentes sonoras diferentes.

Eco y reverberación

Cuando una onda sonora encuentra un obstáculo, rebota y cambia de dirección; es decir, se refleja. La reflexión del sonido es la causa de dos fenómenos: el eco y la reverberación.

Si en una zona silenciosa gritamos frente a una pared rocosa o un edificio de gran altura, podremos oír con claridad el sonido directo de nuestro grito y después el sonido reflejado en el obstáculo. Esta repetición de un mismo sonido reflejado se denomina eco.

Cuando el obstáculo esta a menos de esa distancia, el sonido reflejado no se distingue claramente del directo, sino que se mezlcan y se confunden. Este efecto se denomina reverberación.

17.El sonido

Cuando vibra un objeto, se produce un sonido. Al producirse, se propaga con las siguientes características:

-El sonido necesita un medio material para propagarse. No se propaga en el vació. Podemos colocar una radio encendida en el interior de una campana de vidrio y extraer el aire del interior de esta, por medio de una bomba de vació. Comprobaremos que la radio no se escucha. Si, por el contrario, no extraemos el aire de la campana, la radio se oirá perfectamente.

-El sonido se propaga en todas direcciones. Podemos oír el sonido generador por un objeto, colocándonos en cualquier posición respecto al mismo, incluso aunque exista un obstáculo entre medias.

-El sonido transporta energía, pero no materia, al propagarse. Al hacer sonar un objeto, sus partículas se ponen a vibrar, en su movimiento golpean a las partículas del medio que se encuentran próximas a ellas, estas golpean a las siguientes, y así se transmite la vibración hasta nuestro oídos.

16.La percepciòn de la luz. El ojo

El ojo es el órgano en el que reside el sentido de la vista. Tiene la capacidad de captar la energía luminosa.

La luz entra en el ojo por la córnea, pasa a través de una lente convergente llamada cristalino y forma un imagen invertida de los objetos sobre una capa interior, denominada retina.

La retina contiene células fotosensibles: conos y bastones, que transforman la luz recibida en impulsos nerviosos. Estos impulsos son transmitidos por el nervio óptico al cerebro, donde se generan las sensaciones visuales.

En una cámara fotográfica, la luz entra por el objetivo y atraviesa varias lentes para formar una imagen invertida sobre la película fotosensible, o sobre un sensor de imagen, si se trata de una cámara digital.

En el ojo, el iris controla la cantidad de luz que llega a la retina. El iris actúa como el diafragma de la cámara fotográfica, ajustando el diámetro de la pupila a la cantidad de luz ambiental. Cuando hay poca luz, la pupila aumenta de tamaño, y cuando hay mucha luz, disminuye.

En el ojo, el enfoque se lleva a cabo por la adaptación de la curvatura del cristalino, proceso conocido como acomodación. El cristalino se abomba para enfocar las imágenes cercanas y se aplana para enfocar las mas lejanas. La imagen que se forma en la retina esta invertida y es mas pequeña que el objeto real.

15.El color de los cuerpos

El color de los objetos se debe a la forma en que estos reflejan y absorben la luz blanca.

-Si refleja todos los colores y no absorbe ninguno, veremos el objeto de color blanco.

-Si absorbe todos los rayos que forman la luz blanca y no refleja ninguno, veremos el objeto de color negro.

Dos tipos de colores

Hay que distinguir entre dos tipos de colores:

-Color luz. Son los colores producidos por luces, como el Sol, lamparas, bombillas, etc. Se distinguen tres colores luz primarios: rojo, verde y azul, que son los que no resultan de la mezcla de otros. Si estos colores se mezclan por parejas, dan lugar a los colores secundarios: amarillo, magenta y cian.

-Colores pigmento. Son colores basados en la luz reflejada por los pigmentos aplicados a la superficie de los objetos. Los colores pigmentos primarios son: amarillo, magenta y cian. Si se mezclan los tres se forma el negro. Los colores pigmento secundarios son rojo, verde y azul. Mezclando adecuadamente los colores pigmento primarios se puede obtener cualquier color, excepto el blanco.

14.La descomposición de la luz

Cuando la luz blanca se descompone, se producen diferentes luces de colores que configuran el espectro visible, constituido por: el violeta, el añil, el azul, el verde, el amarillo, el naranja y el rojo.

Además de las radiaciones que forman el espectro visible, existen otras con longitudes de onda diferentes, pero nosotros no podemos verlas. La radiación con una longitud de onda superior al rojo se denomina infrarroja, y la que tiene una longitud de onda menor que el violeta se llama ultravioleta.

13.La refracción de la luz

Cuando introducimos un lápiz en un vaso de agua, parece que se ha quebrado. Esto se produce porque la luz que refleja el lápiz sufre refracción.

La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al pasar de un medio a otro en el que su velocidad es distinta.

Lentes

Cada tipo de lente provoca una refacción distinta. Hay lentes que concentran los rayos de luz y otras que los dispersan. Según esto, podemos clasificarlas en dos tipos:

-Lentes convergentes. Tienen mayor grosor en el centro que en los extremos. Hacen que los rayos de luz se concentren en un punto, que se denomina foco. Un ejemplo de lente convergente son las lupas. La imagen que se forma de un objeto a través de este tipo de lentes depende de la distancia a la que se encuentre el objeto.

-Lente divergentes. Son mas gruesas en los extremos que en el centro. Hacen que los rayos de luz se separen.

12.La reflexión de la luz

La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar contra la superficie de un cuerpo.

Se denomina rayo incidente al que llega a la superficie, y rayo reflejado al que sale rebotado después de reflejarse.

Espejos

Un espejo es un cuerpo opaco, con una superficie lisa y pulimentada, capaz de reflejar total y regularmente la luz que recibe.

Existen dos tipos principales de espejos:

-Espejos planos. Son superficies planas. Producen imágenes que tienen la misma forma y tamaño que el objeto real que reflejan, y que son simétricas con respecto a el.

-Espejos curvos. Son superficies curvas. Producen imágenes distorsionadas, de forma y tamaño diferentes a las del objeto real que reflejan. Hay dos tipos de espejos curvos:

-Espejos cóncavos, como la parte interna de una cuchara o de una esfera pulimentada. La imagen que observamos en ellos depende de la distancia a la que se encuentre el objeto del espejo.

-Espejos convexos, como la parte externa de una cuchara o de una esfera pulimentada.

11.Las sombras y los eclipses

Cuando un objeto opaco se interpone en un rayo de luz, detrás de él se crea una silueta oscura, denominada sombra.

Sin embargo, si el foco es muy grande o se encuentra próximo al objeto, la sombra no tiene contornos nítidos y a su alrededor aparecen zonas de penumbra. A la zona de penumbra llegan solamente algunos rayos de luz, por lo que aparece parcialmente iluminada.

Eclipses

Los eclipses pueden ser:

-Parciales. Si solo se oculta una parte del astro.
-Totales. Si queda oculto todo el astro.
-Anulares. Se ve un anillo del astro ocultado.

En nuestro planeta se pueden observar dos tipos de eclipses:

-Eclipse de Sol. La Luna se interpone entre el Sol y la Tierra. Nuestro satélite proyecta su sombra sobre la Tierra, y desde la zona de sombra deja de verse el Sol.

-Eclipse de Luna. La Tierra se encuentra entre el Sol y la Luna. Podemos ver la sombra de nuestro planeta proyectada sobre la Luna.

10.La luz se propaga en línea recta

Cada una de las direcciones en que la luz se propaga a partir de un foco luminoso se llama rayo luminoso. Al conjunto de rayos luminosos se le denomina haz de luz.

Velocidad de propagación de la luz

La velocidad de la luz depende del medio en el que se propague. En el vació y en el aire, la velocidad de la luz es similar y alcanza unos 300 000 km/s. Debido a esta gran velocidad de propagación, al encender un foco luminoso nos parece percibir instantáneamente luz que emite.

9.Los objetos como fuentes secundarias de la luz

Los cuerpos que emiten luz se denominan fuentes luminosas y pueden ser de dos tipos:

-Naturales, como el Sol y las demás estrellas.

-Artificiales, como las bombillas, las velas encendidas o las linternas.

Otros cuerpos solo emiten luz cuando son iluminado por fuentes luminosas. Estos cuerpos absorben parte de la luz que les llega, y reflejan otra parte en todas direcciones, lo0 que les convierte en emisores secundarios de luz. Solo podemos verlos cuando son iluminados y reflejan parte de la luz que les llega.

Todos los cuerpos absorben parte de la luz que reciben y reflejan otra parte.

Comportamiento de los cuerpos frente a la luz

Según su capacidad de absorción, los cuerpos pueden ser transparentes, traslúcidos u opacos.

8.¿Qué es una onda?

-También puede llegar mediante un fuerte ruido, como el de una explosión violenta que provoque la rotura del cristal. En este caso, la transmisión de energía se realiza mediante una forma de preparación que se llama ondas.

Una onda es una forma de preparación de energía de un punto a otro del espacio, que no va acompañada de un desplazamiento de materia.

En este ejemplo, cada punto de la cuerda se mueve oscilando alrededor de su posición inicial. Las partes mas altas de la ondulación se llaman crestas, y las mas bajas, valles. La serie de crestas y valles se denomina onda.

Las ondas se definen por dos características principales:

-Frecuencia. Numero de oscilaciones de la partícula por segundo. Su unidad en el SI es el hercio (Hz). 1 Hz es la frecuencia de una onda que realiza una oscilación completa cada segunda.

-Longitud de onda. Distancia que existe entre dos crestas. Las ondas con poca longitud de onda son muy energéticas, las del longitud de onda mayor son de menor energía. Su unidad de el SI es el metro (m).

La luz y el sonido como ondas

No todas las ondas se propagan de la misma manera ni a la misma velocidad. Alguna pueden ser detectadas por nuestros sentidos, como las ondas sonoras y las luminosas, y otras, no.

7.La piel como organo de percepcion del calor

Los receptores encargados de detectar cambios súbitos de temperatura, tanto de baja como de aumento de esta, se denomina termorreceptores.

-Los corpúsculos de Ruffini. Detectan sensaciones de calor. Se hallan en la zona profunda de la piel y son estimulados por temperaturas superiores a la de la piel. Abundan en la cara.

-Los corpúsculos de Krause. Detectan sensaciones de frio. Son mas superficiales y abundantes que los de Ruffini, hay unos 260 000 extendidos por todo el cuerpo, por ello las personas somo mas sensibles al frío.

6.Conductores y aislantes térmicos

La distinta capacidad de los sustancias para conducir el calor permite distinguir dos tipos de materiales: conductores y aislantes térmicos.

Conductores térmicos

Son materiales que conducen bien el calor de un punto a otro. En general, todos los metales, como el oro, la plata, el hierro, etc., son buenos conductores del calor.

Aislantes térmicos

Son materiales que no conducen bien el calor. Suelen ser porosos o fibrosos, con aire en su interior, como la madera o el plástico.

El aire es un buen aislante. Ello explica la eficacia que tienen, por ejemplo, la ropa de lana y las ventanas con doble cristal para evitar la transmisión de calor por conducción.

5.La propagación del calor

El calor puede pasar de un cuerpo a otro, o transmitirse de un punto a otro dentro de un mismo cuerpo, de tres formas distintas: por conducción, por convección o por radiación.

Conducción

La conducción es el mecanismo mediante el cual se propaga el calor a través de los sólidos.

Convección

La convección es el mecanismo mediante el cual se propaga el calor en los fluidos, como los líquidos y los gases.

Cuando se calienta un líquido o un gas, sus partículas adquieren más energía, se mueven más rápidamente y se separan. Debido a este proceso, tiene lugar un aumento de volumen de dicha sustancia y las partículas con mayor temperatura tiendes a elevarse.

Radiación

La radiación es el mecanismo de transmisión de calor que ocurre sin que participe un medio material.

De este modo, el calor se puede transmitir en el vacío. Por ejemplo, es como llega a la Tierra el calor del Sol.

No todos los cuerpos tienen el mismo poder de absorción de radiaciones.

4.El termómetro

Para medir la temperatura se utiliza el termómetro. Su funcionamiento se basa en el efecto que produce la variación de temperatura en alguna característica de un cuerpo, como por ejemplo la variación de volumen de un líquido, la presión de un gas, la resistencia eléctrica de un conductor, etc.:




Termómetro de mercurio



Un termómetro de mercurio consta de un depósito que contiene el metal líquido, y de un tubo de vidrio de paredes delgadas pro el que se desplaza el metal al variar la temperatura.



Cuando el termómetro entra en contacto con un cuerpo, y este le cede calor, el mercurio se dilata, alcanzando una mayor longitud en el tubo graduado.

3.La medida de la temperatura

La temperatura se puede medir utilizando diferentes escalas termométricas. La graduación de estas escalas se realiza a partir de unos puntos de referencia que son constantes.

Existen tres escalas termométricas, que utilizan diferentes puntos de referencia: Celsius, Fahrenhit y Kelvin.

Escala Celsius(ºC)

Es la escala más utilizada en la mayor parte de los países. Mide la temperatura en grados Celsius (ºC). Los puntos de referencia corresponden a la temperatura de fusión del agua, a la que se le da el valor de OºC, y a la temperatura de ebullición del agua, a la que se le da el valor de 100ºC. El intervalo entre estos valores se divide en 100 partes iguales, y cada división corresponde a 1ºC.

Se trata de una escala centígrada, ya que se establecen 100 divisiones entre los puntos de referencia.

Escala Fahrenheit(ºF)

En esta escala, la temperatura se mide en grados Fahrenheit(ºF). En ella, la temperatura de fusión del agua corresponde a 32 ºF, y la de ebullición, a 212 ºF. Entre estos dos puntos se establecen 180 divisiones, por lo que esta escala no es centígrada. Cada división corresponde a 1º F.

Escala absoluta o Kelvin(K)

Es la escala más empleada en el ámbito científico. En ella se asigna el valor 273 K al punto de fusión del agua, y 373 K, a su punto de ebullición. El intervalo entre estos valores se divide en 100 partes y cada una equivale a 1 K. Se trata, por tanto, de una escala centígrada.

2.Los efectos del calor sobre los cuerpos

Dilatación y contracción



Cuando un cuerpo se calienta, las partículas que lo componen se mueven más deprisa, ocupan más espacio, y esto hace que su volumen aumente. Si el cuerpo cede calor, sucede lo contrario.



Todos los cuerpos, ya sean sólidos, líquidos o gases, varían su volumen cuando intercambian calor con otro cuerpo.



La dilatación es el aumento de volumen que experimenta un cuerpo cuando recibe energía en forma de calor.



La dilatación puede ser causa de grandes cambios en los cuerpos. Por ejemplo, la dilatación de un puente puede hacer que aumente varios centímetros su longitud. Para evitar que este tipo de variaciones afecten a su funcionalidad, se dejan separaciones en diferentes partes del puente, que se llaman juntas de dilatación.



Cambios de estado



Casi todas las sustancias pueden existir en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Si una sustancia modifica su estado, se produce un cambio de estado.



Un cambio de estado es una modificación en la forma en que se disponen las partículas que constituyen un sustancia.



Los cambios de estado pueden ser:



-Progresivos. Si se producen suministrando calor a un cuerpo, como la fusión, la vaporización y la sublimación.



-Regresivos. Si se realizan con desprendimiento de calor por el cuerpo, como la condensación, la solidificación y la sublimación regresiva.



Al elevar la temperatura de una sustancia sólida, aumenta la agitación de sus partículas. Si seguimos calentando, llegará un momento en que sus partículas se muevan tanto que pasará a líquido. Y si el calentamiento es aún mayor, las partículas se moverán más y la sustancia llegará a pasar a gas.



Por el contrario, al enfriar una sustancia gaseosa, disminuye la agitación de sus partículas y terminará pasando a estado líquido. Si seguimos enfriando, sus partículas se moverán aún más lentamente y alcanzará el estado sólido.



Algunos sólidos, como la naftalina, puede pasar directamente de sólido a gas o de gas a sólido.

1.Conceptos de calor y temperatura

Calor y temperatura son dos términos que, muchas veces, tendemos a confundir. Así, hablamos de calor cuando queremos referirnos a la temperatura; y decimos que un cuerpo tiene calor, cuando lo correcto es decir que se encuentra a una determinada temperatura.

Entonces, ¿qué es el calor?

Coloquialmente, al hablar de calor nos referimos a una sensación. Pero las sensaciones no son iguales para todos. Así, si decimos que en una habitación hace calor, es posible que alguien no lo sienta igual.

Sin embargo, si decimos que la temperatura de una habitación es de 18ºC, nos puede parecer una temperatura alta o baja, pero ese dato es independiente de la sensación que tenga cada uno.

El calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro, cuando están en contacto y a diferente temperatura.

El calor es energía térmica que pasa de un cuerpo a otro. Esto significa que los cuerpos ceden o ganan calor, pero que no lo poseen.

Si introducimos un trozo de hierro a 80ºC en un cazo con agua a 15ºC, el hierro se enfriará y el agua se calentará. El calor habrá pasado del hierro, que estaba a mayor temperatura, al agua, que se encontraba a menor temperatura. Esta transferencia de calor se realiza hasta que ambas temperaturas se igualan, entonces se alcanza el equilibrio térmico.

Medida del calor

El calor es una energía en tránsito, por lo que sus unidades de medida son las mismas que las de la energía. En el sistema Internacional, la unidad de calor es el julio (J).

Sin embargo, frecuentemente se utiliza la caloría (cal) como unidad de medida del calor. Un julio equivale a 0,24 calorías.

1 J = 0.24 cal

Temperatura y energía interna

Todas las sustancias están formadas por partículas (átomos y moléculas), que se mueven constantemente de forma desordenada con mayor o menor intensidad. Este movimiento se llama agitación térmica.

Debido a esta agitación, cada partícula posee energía cinética. La suma de las energías cinéticas de todas las partículas de un cuerpo se llama energía interna.

La temperatura de un cuerpo mide la cantidad de energía interna que posee.

¿A qué llamamos caliente y frío?

En un mismo ambiente, diferentes personas pueden experimentar sensaciones térmicas distintas, ya que las nociones de caliente y frío dependes de las sensaciones que nos proporcionan nuestros sentidos.

Así, cuando decimos que un cuerpo está frío, es porque su temperatura es menor que la nuestra. Mientras que lo sentimos caliente cuando su experiencia.