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Dispersión de Rayleigh y Mie |
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IR DIRECTAMENTE AL EXPERIMENTO El cielo, la atmósfera de la Tierra, el privilegio del único planeta habitado conocido. No importa en qué parte de la Tierra nos encontremos, todos tenemos el mismo cielo en común. Sus colores varían desde todas las tonalidades del azul, el blanco, rosa, verde, anaranjados, violeta... Su imagen es tan variada que nunca se repite dos veces. Las manifestaciones de color del cielo se deben fundamentalmente a la interacción de la luz del sol con la atmósfera. La luz del Sol es blanca, también llamada policromática (es la suma de todos los colores del arco iris), y la atmósfera contiene una cierta cantidad de humedad, normalmente pequeña, así como partículas de polvo y ceniza. La interacción entre la luz policromática del sol y la atmósfera, con sus partículas en suspensión, es suficiente para regalarnos un cielo lleno de color. Una forma sencilla de entender por qué el cielo es azul es considerando que dejamos pasar un rayo de sol a través de un material, por ejemplo un prisma de vidrio. Cuando un rayo de luz atraviesa un material, su dirección de propagación se desvía un cierto ángulo, que depende del tipo de material atravesado. Los materiales transparentes se suelen caracterizar por un parámetro que se llama "índice de refracción", y su valor depende del color de la luz que atraviesa el material. Así, al atravesar un material, cada color contenido en un haz de luz blanca se desviará un ángulo diferente, dando lugar a la conocida separación de la luz en varios colores detrás de un prisma. Cada color contenido en la luz blanca se caracteriza por un número que se llama "longitud de onda". La desviación de los colores de la luz es máxima para los azules (con longitud de onda menor), es decir, son los colores que más cambian su dirección con respecto al rayo blanco inicial, y es mínima para los amarillos y los rojos (con longitud de onda mayor), que casi no son desviados. Los rayos azules, una vez desviados, vuelven a chocar con otras partículas del aire, variando de nuevo su trayectoria. Realizan por tanto un recorrido en zigzag a través de la atmósfera, hasta llegar a nosotros. Es por eso que cuando llegan a nuestros ojos parece que llegan de todos los lugares del cielo. Los rayos amarillos no aparecen casi desviados y ésta es la razón de que el sol nos parezca de ese color.
Cuando el sol está muy bajo en el cielo sus rayos pasan a través de un gran espesor de aire y los rayos de luz interactuarán más veces con las partículas de la atmósfera. Los azules y los violetas son esparcidos hacia los lados con mayor fuerza que lo son los amarillos y los rojos, que continúan propagándose en la línea de visión del sol, formando esas magníficas puestas de sol en la Tierra. Dispersión de Rayleigh: Si profundizamos un poco más en los fenómenos subyacentes a la naturaleza del color azul del cielo, hay que estudiar la interacción entre la luz y las partículas de pequeño tamaño, denominada dispersión de Rayleigh. En general, cuando una onda electromagnética (como es la luz del sol) incide sobre un átomo aislado o una molécula pequeña, interacciona con una nube de electrones enlazados, comunicando energía al átomo. Esto hace que el nivel más bajo de energía del átomo (su estado base o natural) se ponga en vibración. Estos electrones oscilantes no permanecen en este estado mucho tiempo, sino que regresan a su estado base re irradiando una cierta parte de la energía que absorbieron inicialmente. Lord Rayleigh estudió la dependencia de la cantidad de luz reemitida con la longitud de onda de la luz incidente, determinando que la cantidad de luz reemitida es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la luz incidente. Esto significa que si la luz incidente es blanca, compuesta por ondas de diferente longitud de onda (diferente color), la luz reemitida contendrá mayor cantidad de colores con longitud de onda pequeña (azules y violetas) que con longitud de onda grande (amarillos y rojos). Llegamos por tanto a la misma conclusión. Dispersión de Mie: La dispersión de Mie se aplica a la interacción entre la luz y las partículas de gran tamaño. Para ser llamadas partículas "grandes", deben tener tamaño mayor que la longitud de onda de la luz. El comportamiento de las partículas grandes de la atmósfera en este caso es como si fueran un espejo, sin preferencia por ninguna componente de color de la luz blanca incidente. Este tipo de interacción ocurre con las nubes del cielo, que están compuestas por gotas de agua incoloras de gran tamaño. Estas gotas reflejan como un espejo la luz blanca policromática que incide sobre ellas sin alterar sus color. Por eso las nubes aparecen tan blancas en el cielo. Cuando las partículas en suspensión de la atmósfera son aproximadamente del tamaño de la longitud de onda de algún color, entonces esparcen la luz de forma muy distintiva, dando lugar a un gran rango de colores transmitidos. Este es el origen del resto de colores que aparecen en el cielo. Fuentes: http://www.landsil.com/Fisica/PCielo.htm
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