Newton: Descomposición de la luz solar

 NEWTON: DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ SOLAR

Marta Impuesto, María Gómez y Álvaro López 4º ESO A

1. Resuelve el siguiente enigma: ¿Por qué Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643)?

Para responder a esta pregunta debemos trasladarnos al 46 a.C donde Julio César implantó el calendario juliano. Se fue adoptando por los países europeos y colonias hasta que en 1582 el Papa Gregorio XIII implantó el calendario gregoriano aunque en ciertos países de religión ortodoxa se mantuvo hasta el siglo XX. De hecho, en la mayoría de iglesias ortodoxas actualmente se sigue utilizando este calendario.

Debido a estos dos calendarios, las fechas de nacimiento (al igual que las de su defunción) son diferentes en aproximadamente unos 10 días. para especificar un poco más, el calendario que estaría más “adelantado” sería el nuestro actual, el gregoriano, mientras que la fecha del 25 de diciembre de 1642 pertenecería al calendario juliano.

2. ¿Qué quiso decir Newton con su expresión "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes"? ¿Esa frase es realmente original de Newton?

Isaac Newton escribió esa frase el 15 de febrero de 1676 en una carta a Robert Hooke en la que hacía mención a sus predecesores llamándolos o mostrándolos como si con este conocimiento previo, ya estaba a los hombros de los gigantes. En esa carta Newton daba muestras de humildad, al menos aparentemente, al confesarle a Hooke que realmente lo que había conseguido tenía mucho que ver con lo ya descubierto anteriormente. Esto es lógicamente cierto ya que sin ningún descubrimiento o avance ya hecho por otros científicos, Newton no podía haber partido ya de una base sino desde 0.

Refiriéndonos ahora al origen de la frase, se dice y de hecho se le atribuye a Newton pero ya antiguamente había sido mencionada por otros personajes importantes anteriores a él. En el siglo XVII hubo grandes figuras como John Donne (1625), George Hakewill (1627) y Marin Mersenne (1634), que lo repitieron. Además Robert Burton (1577), escritor y profesor de la Universidad de Oxford, ya afirmó en su momento que “un enano subido a los hombros de un gigante puede ver más lejos que el mismo gigante”.

3. Aristóteles es un filósofo clásico cuyas ideas sobre cinemática, dinámica, astronomía y cosmología predominaban en Europa desde la época de la Grecia clásica hasta la revolución copernicana. Desde una perspectiva científica, ¿cuál es la visión aristotélica del Universo o Aristotelismo? Es muy recomendable leer los siguientes artículos: Cosmología aristotélica y Filosofía de la naturaleza; así como ver el siguiente vídeo (puedes ver el documental entero en el siguiente canal, es el episodio 14):

El aristotelismo es una influencia ejercida por la filosofía de Aristóteles, que ha sido un pensamiento occidental y teológico a lo largo de la historia. Los principios se basan en la capacidad del hombre para conocerla científicamente y por la realidad inteligible.

La visión aristotélica del universo se basa en que:

1. Es esférico, finito, eterno, geocéntrico y geostático.
2. No existe el vacío, posee 5 elementos: tierra, agua, aire, fuego y éter (materia).
3. Los planetas tampoco se mueven en el vacío, lo que se mueve son las esferas de éter en las que se encuentran.
4. Es heterogéneo.
5. Existen seres que los componen y hay tres tipos: -Seres inmateriales inmóviles
   -Seres finitos y móviles
   -Seres materiales móviles pero eternos e incorruptibles
   
   
   
   4. En el capítulo se menciona a varios científicos muy importantes en el desarrollo de la Física. Construye una línea de tiempo que contenga a los físicos mencionados en el capítulo y sus principales aportaciones a dicha ciencia.
   
   
   
   5. ¿Qué ventajas presenta el telescopio reflector de Newton frente al telescopio refractor de Galileo? (La página completa es un excelente recurso, tiene hasta un simulador del telescopio de Galileo) Explica qué son la reflexión y la refracción de la luz (es muy recomendable leer las páginas 190-191 de tu libro de texto). El siguiente simulador, puede ser de gran ayuda para las cuestiones 5, 6 y 7 (nota: puedes realizar fotos de pantalla de los simuladores y añadirlos en tu entrada):
   
   Ambos telescopios supusieron un avance importante en la ciencia pero tenían ciertas diferencias que debemos destacar. Entre ella y como posiblemente la más importante es que el material usado no era el mismo, Newton utilizó espejos mientras que Galileo utilizó lentes. Debido a este uso del material, hay un gran problema que se puso en el camino de Galileo que al utilizar lentes su calidad de imagen era peor mientras que Newton al utilizar espejos tuvo una calidad mayor.
   Además Newton también obtuvo una mayor ampliación de la imagen que Galileo cuya ampliación fue de aproximadamente de 15 a 20 aumentos mientras que Newton consiguió doblar este número.
   Pero no todo era perfecto para Newton. Al utilizar espejos en vez de lentes sí que obtuvo una mayor calidad de imagen pero los espejos se podían romper con muchas más facilidad que las lentes lo que suponía que Newton había hecho un telescopio de una gran calidad pero muy frágil.
   
   
   Telescopio de Newton:
   

Telescopio de Galileo:

La reflexión y la refracción de la luz son fenómenos ópticos básicos que se pueden analizar y ver por qué se forman así las imágenes que se forman a través de estos dos fenómenos.

• Reflexión de la luz:

Se trata del cambio de dirección que sufre un rayo luminoso cuando choca contra la superficie de un objeto. Por ejemplo,esta es una foto de la reflexión de la luz en el agua:

• Refracción de la luz:

Sin embargo, la refracción de la luz tiene que ver con el cambio de dirección que soporta una onda de luz al pasar de un medio que tiene una óptica distinta. Por ejemplo, el cambio que hay entre el agua y el aire. Se puede ver bien en esta foto de estas pajitas dentro del vaso:

6. Realiza el experimento de descomposición (dispersión) de la luz mediante un prisma óptico (puede ser una botella llena de agua, tal y como sugiere el libro) y descríbelo incluyendo tu propia imagen. (es muy recomendable leer la páginas 192 de tu libro de texto)

Aquí está el experimento sobre la descomposición de la luz. Espero que se vea bien.

Si más o menos se ha visto bien podemos ver que la luz blanca que procede del teléfono al reflejarse en la pared una vez atravesado nuestro “prima” se notan ciertos colores en los que la luz blanca se ha descompuesto. Este fenómeno se llama dispersión, que es la descomposición de la luz. Realmente se trata de la descomposición de la luz en las longitudes de onda que componen en este caso a la luz del teléfono.

Aquí un esquema gráfico de lo que sería esta descomposición según la teoría:

7. Explica por qué se forma el arco iris primario y el secundario. Puedes incluir tu propia fotografía del fenómeno, si eres aficionado.

En el arco iris primario la luz atraviesa la gota de agua y se produce una   reflexión, se produce con un ángulo de 42º. El arco iris secundario se produce por una doble reflexión en el interior de la gota, se produce con un ángulo de 50º.

En el arco iris primario el color rojo se produce en el exterior y el violeta en el interior del arco iris, en cambio, en el secundario los colores se invierten.

En esta imagen se puede observar como atraviesa la luz la gota de agua, y dependiendo del ángulo se producen dos reflexiones (arco iris secundario) o una (arco

iris primario).

En esta foto se pueden observar los dos tipos de reflexiones, aunque el arco iris secundario es muy poco visible.

8. Infórmate acerca del concepto de momento lineal (lee la página 80 de tu libro de texto). Trata de escribir las tres leyes de Newton en función de esta magnitud.

Es el producto de la masa del cuerpo por su velocidad en un instante determinado. Se representa con la letra P. Sus unidades en el sistema internacional son Kg·m/s Es muy útil para determinar el impulso, o la velocidad después de un choque.

En función del momento lineal la 1ª y 2ª leyes de Newton se interpretan de una forma un poco más sencilla, es decir: 

1ª Ley:  Si la fuerza externa resultante que actúa sobre un cuerpo es nula, se conserva su momento lineal.

2ª Ley:  La resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es igual a la variación de su momento lineal respecto del tiempo.

9. Enuncia y comenta la Ley de Gravitación Universal (para este punto y el siguiente, es necesario ver los siguientes vídeos).

Los vídeos no estaban visibles pero aún así hemos podido investigar sobre esta ley.

La Ley de Gravitación Universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa. Esta ley dice:

10. En la página 112 del libro "De Arquímedes a Einstein" se alude a una fuerza centrífuga que es la causante de que la Luna no caiga sobre la Tierra. Después de ver el vídeo anterior, ¿estás de acuerdo con esa explicación? ¿es compatible con el tercer principio de Newton? ¿Qué es la velocidad orbital? Experimenta con el cañón de Newton para resolver esta cuestión.

Al intentar hacer este punto, como el vídeo anterior no estaba visible no podemos tener una opinión acerca de dicho vídeo. Sin embargo, sí podemos valorar lo dicho en la página 112 del libro. En ella se dice que es la fuerza centrífuga la que hace que la Luna no caiga sobre la Tierra.

Con lo dicho en el libro, sí estamos de acuerdo ya que dice o enuncia la 3ª Ley de Newton pero con respecto a la Luna.  De esta manera, para que la conocida “manzana de Newton” no cayese debería estar en órbita.

Ahora a lo que se refiere la teoría,  la velocidad orbital es la velocidad que tiene cualquier planeta, asteroide u otro astro tanto natural como artificial que se encuentre en órbita.

Experimentando con el cañón de Newton, vemos que dependiendo de esta velocidad orbital, la trayectoria de la bala de cañón hará una órbita más prolongada o una curva hacia la Tierra con la órbita del mismo.

En este caso, en las imágenes, se ve que con unos 5000 m/s aproximadamente se obtiene una órbita  completa. Además, tras el cañonazo la bala pierde velocidad hasta que llega al otro polo de la Tierra donde la vuelve a ganar hasta esos aproximadamente 5000 m/s.