Óptica geométrica (Parte XV)

지난달


En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de steemit, en especial a #stem-espanol, #steemstem, #curie, #cervantes , #steemitasclub y #nucleo-fse, seguimos con el vínculo entre la óptica y la geometría, es decir, la óptica geométrica.

Introducción

Seguimos en la misma dirección con respecto al análisis de todos aquellos rayos o radiaciones imperceptibles para nuestros sistemas ópticos naturales (ojos), estos rayos o radiaciones conforman nuestro esencial espectro electromagnético del cual ya hemos estudiado la fracción correspondiente a la luz visible por nuestros ojos, siendo esta franja o porción nuestro punto de referencia para la comprensión de todo el espectro electromagnético.

Como se ha expresado la casi totalidad de los rayos o radiaciones pertenecientes a tal espectro es invisible a nuestra mirada, y esto lo hemos ido demostrando con el análisis de rayos como los ultravioleta, infrarrojo, rayos X, los cuales a pesar de no poderlos ver, algunos de ellos los podemos sentir en nuestra piel como es el caso de los rayos ultravioleta e infrarrojos.

En el caso de los rayos X, no es posible ni verlos ni sentirlos, por lo que es fundamental tener mayor cuidado al momento de la exposición hacia nuestra piel, según esta característica podemos afirmar que se debe a la cantidad de energía que poseen este tipo de rayos o radiaciones ya que dicha energía siempre será inversamente proporcional a la longitud de onda de una determinada radiación electromagnética.

Debemos destacar que el presente análisis al igual que los anteriores lo haremos desde la conocida percepción de la óptica geométrica, es decir, su conceptualización de rayos luminosos con propagación rectilínea, en donde es posible encontrarnos con otros importantes fenómenos como la reflexión, refracción, entre otros, de igual forma nos apoyaremos en los principios elementales de la óptica física y sus longitudes de ondas, todo esto con el firme propósito de seguir aumentando cualquier tipo de conocimiento vinculado con el referido espectro electromagnético.

En este artículo saltaremos al otro extremo de nuestro espectro electromagnético, es decir, hacia los rayos o radiaciones de mayor longitud de onda que nuestra luz visible y con ello de menor cantidad de energía, ya que en la anterior publicación nos referimos a los poderosos rayos X y su gran cantidad de energía interna debido a su menor longitud de onda, y con ello su enorme capacidad de penetrabilidad hacia muchas partículas, cuerpos u objeto presente en nuestro universo, permitiéndole de esta manera ser radiaciones ionizantes.

Por lo tanto, de acuerdo a esta alta cantidad de energía dichos rayos X (R-X), son radiaciones que al incidir sobre algún tejido pueden hacer que los mismos pierdan cierta cantidad de su energía, logrando separar determinados electrones (transformándose en iones) de los átomos que constituyen las moléculas de estos tejidos expuestos a tales rayos o radiaciones ionizantes.

En esta oportunidad analizaremos la radiación de microondas, y las mismas no son ionizantes por su relación energética, esto como se ha expresado se vincula con su longitud de onda que en este caso es mayor que la longitud relacionada con nuestro espectro referencia que es el de la luz visible, por lo tanto, este tipo de radiación al igual que nuestra luz blanca no son ionizantes.

Es importante seguir expresando que el hombre ha logrado utilizar cada una de las radiaciones o rayos constituyentes de nuestro espectro electromagnético a su favor, y con ello ha podido facilitar el desarrollo de innumerables actividades relacionadas con su cotidianidad, y las radiaciones de microondas representa una de estas importantes radiaciones presentes en nuestras vidas con la finalidad de facilitar nuestra existencia.

Sin embargo, siempre es necesario tomar toda prevención en cuanto a la exposición de todos los rayos del espectro, esto lo hemos podido comprobar en los anteriores análisis de estos rayos o radiaciones imperceptibles a nuestros ojos, por lo tanto, además de disfrutar de cualquier beneficio de los mismos debemos siempre tener la mayor precaución cuando los utilicemos sobre todo cuando nos exponemos a ellos.

Realizaremos una pequeña practica casera con la finalidad de observar la presencia o la acción de las microondas en nuestros hogares, para ello implementaremos un horno de microondas en cuyo interior colocaremos una bombilla dañada con la finalidad de visualizar la generación de luz visible a través de la exposición de radiación microondas por parte de dicha bombilla, y de esta manera poder detectar a estos rayos o radiaciones en nuestras vidas y resaltar la importancia de cualquier tipo de radiación electromagnética.

Pero son muchas las aplicaciones de estas radiaciones de microondas (MO), la comunicación a grandes distancias entre nosotros ha sido posible gracias a la utilización del espectro de las microondas, hoy en día es extremadamente común el poseer un teléfono celular y de esta forma nos mantenemos informados y en constante comunicación con personas que se encuentran ubicada en lugares remotos de nuestros hogares, hemos indicado dos de muchas aplicaciones relacionadas con las radiaciones de microondas y esto lo puede comprobar cualquier persona de nuestra sociedad.

Las Microondas (MO)


De igual forma que lo hicimos en los análisis de los rayos ultravioleta (UV), infrarrojos (IR) y rayos X (R-X), seguiremos con el principio elemental de la óptica física, es decir, el vital fenómeno de la luz es un tipo de radiación electromagnética, y de esta forma la hemos denominado energía radiante, complementándolos como de igual forma se ha hecho en toda esta serie temática con el fundamental principio de la óptica geométrica, es decir, su conceptualización de rayo luminoso cuya propagación es rectilínea.

De acuerdo a lo antes expresado podemos decir que el espectro de luz visible se convierte en nuestra punta de lanza o referencia para la interpretación de todos los rayos o radiaciones correspondiente ha dicho espectro electromagnético, por lo tanto, relacionaremos a cualquier rayo o radiación con nuestra referencia, es decir, la porción del espectro de la luz blanca o visible.

Por tanto, podemos expresar que las microondas (MO) también son radiaciones electromagnéticas propagándose en forma de ondas las cuales siguen un comportamiento rectilíneo tal y como lo hace nuestra luz visible, sin embargo, ambas radiaciones las podemos diferenciar en su longitud de ondas, ya que las microondas (pequeñas ondas) poseen mayor longitud de onda que las correspondientes a la porción espectral de luz visible, esto hace que las mismas posean menor energía que la que posee nuestro espectro referencia.

La porción espectral de las microondas se encuentra entra la fracción correspondiente a los rayos infrarrojo (IR) y las ondas de radios, entre estas fracciones espectrales podemos ubicar a las microondas, resaltando que las mismas pertenecen a las radiaciones no ionizantes por su cantidad de energía, en comparación con las radiaciones ionizantes.

Es importante poder resaltar que en el espectro electromagnético hemos podido ordenar o acomodar todo aquel conjunto de ondas evidentemente de tipo electromagnética de acuerdo a su energía, destacando además que todas estas ondas se movilizan o propagan a velocidad de la luz visible, diferenciándose dichos rayos o radiaciones por su longitud de ondas, su frecuencia y con ello su energía.

Para seguir complementando acerca de nuestro espectro electromagnético podemos decir, que una determinada onda electromagnética es aquella que se propaga a través del espacio con determinados componentes tantos eléctricos como magnéticos, en donde, dichos componentes oscilaran de forma perpendicular unos con respecto a los otros y cuya dirección es en línea recta de igual forma como se propaga la luz visible que es nuestro punto de referencia, como podemos observar en la siguiente figura 1.


Es importante poder detectar la acción de estas radiaciones en nuestros hogares en este caso son las microondas (MO), y las mismas las podemos encontrar en un horno que implementa microondas para calentar o preparar ciertos alimentos, pero estas microondas no las podemos captar con nuestros ojos por poseer longitudes de ondas mayores que la luz visible y por consiguiente menor cantidad de energía que dicho espectro de luz blanca, por tanto podemos realizarnos la siguiente interrogante:

¿Es posible poder observar o captar los efectos de las microondas?

Al observar un determinado plato o recipiente con comida extraído del interior de un horno de microonda notaríamos los efectos originados por dicha radiación, estos instrumentos electrodomésticos implementan un magnetrón para generar las microondas, por lo tanto, dicho horno cocina determinados alimentos al hacer vibrar y rotar con la radiación las moléculas de agua así como otros componentes presentes en los alimentos introducidos en el interior del horno de microondas.

Debido a las vibraciones y las rotaciones antes descritas generan el calor que evidentemente calienta a los alimentos, de esta manera visualizamos uno de los efectos de este tipo de radiación presentes en nuestros hogares, sin embargo, es importante poder observar otros efectos visibles a través de la implementación de las microondas, como podemos observar en cada una de las siguientes figuras.





En las anteriores figuras pudimos visualizar una pequeña práctica, en donde comprobamos la presencia o acción de las microondas electromagnéticas en una bombilla dañada pero debido a la exposición de dicha bombilla a este tipo de radiación notamos que la misma pudo emitir rayos luminosos que nuestros ojos pudieron captar por contener estos rayos longitudes de ondas dentro del espectro visible para nuestros ojos.

Nuestro alrededor esta colmado de ondas electromagnéticas las cuales utilizamos también en otros dispositivos electrónicos de gran utilidad para todos nosotros como lo son los teléfonos celulares, los cuales nos han permitido una efectiva comunicación a largar distancias convirtiendo a las microondas en vitales herramientas electromagnéticas para nuestro desarrollo, como podemos observar en la siguiente figura 2.


Extraordinarias aplicaciones se le ha dado a las radiaciones de microondas, en donde, resalta la antes mencionada por la gran importancia de la comunicación en nuestras vidas, y en el desarrollo de cualquier área conectada con la humanidad.

Espectro de las microondas

Como se ha expresado las microondas (MO) son radiaciones electromagnéticas y cuyo comportamiento es similar a la radiación de la luz visible diferenciándose ambas espectros en sus longitudes de ondas, frecuencia y por consiguiente en sus energías, de esta manera es posible ubicar la porción espectral de estas pequeñas ondas y las mismas se encuentran ordenadas entre la porción espectral de los rayos infrarrojo y las ondas de radio.

Por lo tanto, las microondas (MO) poseen mayor longitud de onda que las referidas a los rayos infrarrojos, pero menor longitud con respecto a las correspondientes a las ondas de radio, de forma general podemos decir que las microondas poseen aproximadamente longitudes de ondas entre 300 mm con frecuencia de 1 GHz y 1 mm con frecuencia de 300 GHz, incluyendo también el rango comprendido entre 1 GHz y 1000 GHz, sin embargo, las más implementadas se encuentra en el rango entre 1 a 40 GHz, podemos observar que a mayor longitud de onda tenemos menor frecuencia o viceversa.

Tenemos entonces que las microondas son radiaciones electromagnéticas e imperceptibles para nuestros ojos, de igual forma que los rayos ultravioleta (UV), infrarrojo (IR) y rayos X (R-X), por lo tanto, estas pequeñas ondas las encontramos dentro de la familia del espectro electromagnético, en donde dichos rayos poseen longitudes de ondas con propagación rectilínea tal y como lo ha referido la óptica (física-geométrica), la porción espectral de estas microondas la podemos visualizar en la siguiente figura 3.


En la anterior figura 3, podemos observar el lugar o fracción espectral de la radiación de microonda, cuya longitud de ondas hace que dicha radiación sea imperceptible a nuestra mirada, pero esto no influye para que las podamos implementar en diversas actividades del hombre, como las analizadas anteriormente.

Conclusión

La humanidad en pleno ha podido implementar cada uno de los rayos o radiaciones que conforma nuestro espectro electromagnético, radiaciones que las podemos encontrar en el universo de forma natural o artificial, lo importante es que a través de su entendimiento nos hemos familiarizado aún más con nuestro entorno natural, logrando a la vez facilitar el desarrollo de innumerables actividades de nuestro día a día.

Hasta ahora seguimos con el recorrido por todo el espectro electromagnético en busca de cualquier tipo de rayos o radiaciones electromagnéticas, para resaltar con ello algunas de sus innumerables aplicaciones como lo hemos realizado con los análisis de la luz visible, ultravioleta, infrarrojo, rayos X y en esta oportunidad las microondas.

Es importante poder detectar si es posible la acción de estos rayos o radiaciones en nuestros hogares, en el desarrollo de este articulo pudimos realizar una pequeña pero importante practica en donde observamos la generación de luz blanca por medio de una bombilla dañada pero que al colocarla dentro de un horno de microondas dichas radiaciones lograron la emisión de tales rayos luminosos, y de esta manera poder detectar la presencia de las microondas en dicho artefacto eléctrico.

También resaltamos la utilización del espectro de microondas en una de las actividades de mayor impacto en nuestro mundo moderno como lo es la telecomunicación, podemos expresar que las microondas al igual que la luz visible son ondas electromagnéticas las cuales se propagan en línea recta y diferenciándose ambas de acuerdo a su longitud de onda, frecuencia y en consecuencia energía.

De igual forma que en las anteriores publicaciones recalcamos la debida exposición a estos rayos o radiaciones electromagnética ya que los mismos son esenciales para nuestro desarrollo pero que a su vez pueden causar daño a nuestra salud, por lo tanto, siempre es necesario tomar todas las precauciones necesarias según sea el tipo de radiaciones a exponerse.

Hasta otra entrega mis apreciados lectores de steemit, en especial a los miembros de la gran comunidad de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de otras maravillosas comunidades como los son #steemstem y #curie, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este ejemplar proyecto, ya que nos permiten resaltar la gran labor de la academia y el gran esfuerzo del campo científico.

Nota: Todas las imágenes fueron elaboradas usando las aplicaciones Paint, Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape, las imágenes fotostáticas fueron captadas por el instrumento óptico (cámara fotográfica) del teléfono celular ZTE BLU Life Play 2.

Referencias Bibliográficas


[1] Charles H. Lehmann. Geometría Analítica. Décima tercera reimpresión. Editorial Limusa. México, D.F. 1989.
[2] Jennings, G.A. Geometría moderna con aplicaciones. Springer, New York, 1994.
[3] Raymod A. Serway y John W. Jewett, Jr. Ed. Thomson. Física. Edición 1 y 3. [4] Giancoli, D.C. Física, principios y aplicaciones, Reverté S.A. España, 1985.
[5] Cornejo Rodríguez Alejandro, Urcid Serrano Gonzalo. Óptica geométrica. Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. 2 da edición, octubre 2005.
[6] Cabrera J. Manuel, Fernando J. López, Fernando A. López. Fundamentos de Óptica Electromagnética, Addison-Wesley Iberoamericana, 1993.
[7] Young Hugh D. Fundamentos de la Óptica y Física Moderna, McGraw-Hill, 1971.
[8] Santos Benito Julio. Manual de óptica geométrica. UNIVERSIDAD DE ALICANTE.
[9] Fontal Bernardo. El espectro electromagnético y sus aplicaciones. Escuela Venezolana para la enseñanza de la química.
[10] Guillen Clara. Radiaciones no ionizantes. EMT-CBPRL-UCM (2014-15).
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Gracias a la comunidad de cervantes por su valioso apoyo. Saludos.

Excelente @rbalzan79, nos sigues impresionando con tu serie temática de óptica geométrica, en el que es necesario recalcar el aprendizaje que nos transmite con excelentes imágenes animadas y por supuesto adicionando esa parte experimental tan importante para este tipo de temática. Saludos y gracias por compartir.

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Gracias estimado @carlos84 por tu excelente comentario y apoyar mi artículo. Saludos.

Muy buen material como siempre nos tienes acostumbrados profesor! las imágenes y diagramas son únicos. Muchas gracias por seguir compartiendo contenido de alta calidad en nuestra comunidad, es un honor tenerte con nosotros.

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Gracias estimado @carloserp-2000 por tus emotivas palabras, el honor es mio por formar parte de este hermoso proyecto el cual tu lideras con gran valentía y sabiduría a pesar de las adversidades pero has mantenido nuestro barco a flote y seguro, pronto vendrán cosas muy buenas por todo tu esfuerzo y el de todos aquellos que creen en esta prestigiosa comunidad, una saludo fraterno y sigamos creciendo.


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