¿Por qué el cielo es azul: cómo explicárselo a un niño y a un adulto? ¿Por qué el cielo es azul? La razón del color azul del cielo en la Tierra es.

¿Por qué el cielo es azul: cómo explicárselo a un niño y a un adulto?  ¿Por qué el cielo es azul?  La razón del color azul del cielo en la Tierra es.

si hablamos en lenguaje sencillo, el cielo es azul porque cuando la luz se descompone, el violeta es el que más se dispersa y el rojo el que menos.

Luz a través de un prisma

Como sabes, la luz blanca se compone de siete colores primarios que cambian a medida que disminuye la longitud de onda de la luz: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, índigo y violeta. Y, por ejemplo, los astronautas en órbita ven el deslumbrante sol blanco sobre el fondo de un cielo negro. Así debe ser: los componentes de la luz blanca llegan a ellos sin distorsión en el espacio sin aire, mientras que llegan a la Tierra a través del “filtro” de la atmósfera.

Si miramos con más detalle, necesitamos entender qué es. radiación difusa del cielo- la radiación solar que llega a la superficie terrestre después de haber sido dispersada por moléculas o partículas en la atmósfera. De toda la radiación solar dispersada en la atmósfera, aproximadamente dos tercios llegan finalmente a la Tierra en forma de radiación difusa (si el Sol está muy por encima del horizonte, al menos el 25% de la radiación incidente se dispersa).

Los principales mecanismos de dispersión de la luz en la atmósfera (dispersión de Rayleigh, dispersión de Mie) son elásticos, es decir, la dirección de la radiación cambia sin cambiar la longitud de onda.

La razón por la que el cielo parece azul es porque el aire dispersa más la luz de longitud de onda corta que la luz de longitud de onda larga. La intensidad de la dispersión de Rayleigh, causada por fluctuaciones en el número de moléculas de gases del aire en volúmenes acordes con las longitudes de onda de la luz, es proporcional a 1/λ 4, λ es la longitud de onda, es decir, la porción violeta del espectro visible se dispersa aproximadamente 16 veces más intenso que el rojo. Debido a que la luz azul tiene una longitud de onda más corta, al final del espectro visible, se dispersa más en la atmósfera que la luz roja. Debido a esto, la zona del cielo fuera de la dirección del Sol tiene un color azul (pero no violeta, ya que el espectro solar es desigual y la intensidad del color violeta en él es menor, y también debido a la menor sensibilidad del ojo al color violeta y mayor sensibilidad al azul, lo que irrita no sólo a los sensibles a los conos de color azul en la retina, sino también a los sensibles a los rayos rojos y verdes).

Durante el atardecer y el amanecer, la luz viaja tangencialmente a la superficie terrestre, de modo que el camino transitable por la luz en la atmósfera se vuelve mucho mayor que durante el día. Debido a esto La mayoría de La luz azul e incluso verde se dispersa de la luz solar directa, por lo que la luz directa del sol, así como las nubes y el cielo iluminado por él y el cielo cerca del horizonte, se tiñen de rojo.

Probablemente, con una composición diferente de la atmósfera, por ejemplo, en otros planetas, el color del cielo, incluso al atardecer, puede ser diferente. Por ejemplo, el color del cielo en Marte es rosa rojizo.

La dispersión y la absorción son las principales razones del debilitamiento de la intensidad de la luz en la atmósfera. La dispersión varía en función de la relación entre el diámetro de la partícula dispersante y la longitud de onda de la luz. Cuando esta relación es inferior a 1/10, se produce la dispersión de Rayleigh, en la que el coeficiente de dispersión es proporcional a 1/λ 4. Para valores grandes de la relación entre el tamaño de las partículas dispersantes y la longitud de onda, la ley de dispersión cambia según la ecuación de Gustave Mie; cuando esta relación es mayor que 10, las leyes de la óptica geométrica se aplican con suficiente precisión para la práctica.

"Mamá, ¿por qué el cielo es azul y no rojo o amarillo?" Esta frase confunde a muchos padres. Resulta que nosotros, los adultos, al presentarle a nuestro bebé el mundo que nos rodea, no sabemos la respuesta a una “pregunta tan compleja” 🙂 y simplemente, sin saber qué responderle a nuestro bebé, traducimos el tema, o, Para componer una explicación accesible al niño, tenemos que romper la cabeza. Por lo tanto, averigüemos por qué el cielo es azul y cómo explicárselo a un niño pequeño de una manera sencilla.

La luz, compuesta por siete colores espectrales, atraviesa la atmósfera. Los fotones solares chocan con las moléculas de gas en el aire, provocando que se dispersen. Y lo más interesante es que después de esto el número de partículas que emiten una onda azul corta se vuelve ocho veces mayor que otras. Resulta que ante nuestros ojos. luz de sol en su camino a la Tierra cambia de blanco a azul.

¿Cómo explicarle todo esto a un niño? Es demasiado pronto para hablar de fotones de rayos solares que chocan con moléculas de gas. Ofrecemos varias versiones de la respuesta a esta difícil pregunta.

¿Porque el cielo es azul?

  • La luz del sol se compone de 7 colores combinados: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. (Mire las imágenes con el espectro, recuerde el arco iris). Cada rayo pasa a través de una gruesa capa de aire muy por encima de nosotros, como a través de un colador. Todos los colores se salpican en este momento y es el azul el que se hace más visible, porque es el más persistente.
  • El aire parece claro, pero en realidad tiene un tinte azulado. El sol está muy lejos. Cuando miramos al cielo, vemos una capa de aire muy espesa, tan espesa que vemos que es azul. Puedes coger celofán transparente, doblarlo muchas veces y ver cómo cambia de color y transparencia. Y luego haz una analogía.
  • El aire que nos rodea está formado por partículas diminutas y en constante movimiento (gases, partículas y motas de polvo, vapor de agua). Son tan pequeños que sólo se pueden ver con la ayuda de dispositivos especiales: microscopios. Y la luz del sol combina 7 colores. El rayo que atraviesa el aire choca con partículas diminutas y sus matices se separan. Y como el azul predomina en la combinación de colores, eso es lo que vemos. Aquí debes mostrarle al niño el espectro.
  • O puede ser bastante simple: el sol tiñe el aire de azul.

Si el niño es muy pequeño y es demasiado pronto para hablar de espectros :) entonces puedes pensar en algo :) (opciones de los foros)

gatito Bueno, por ejemplo, así: vive en el mundo un mago que tiene un pincel con hermosas pinturas azules, se despierta, y para que los niños se sientan ligeros y felices, saca pintura azul y pinta el cielo con ella, la pintura también es mágica: no se derrama y se seca inmediatamente :) pero cuando está molesto, el cielo no es azul, sino azul oscuro, y la pintura no se seca, pero llueve y el mago tiene una hermana hada. , y cuando ve que los niños están cansados, dibuja el cielo en color oscuro y lanza estrellas para que no esté demasiado oscuro - y luego los niños tienen sueños coloridos :)

Vladimir Gor Hay muchos mares y océanos en la tierra (mostrar en el mapa) y cuando hace sol el agua se refleja en el cielo y el cielo se vuelve tan azul como el agua de los océanos y mares, tal como sucede en el espejo (mostrar en el espejo algo azul). Esto será suficiente para que el niño satisfaga su curiosidad.

chena Un hada volaba, tenía pinturas en su canasta, se cayó una botella de pintura azul y la pintura se derramó, entonces el cielo es azul. En general, todo depende de la edad del bebé...

Es muy importante involucrar a su pequeño en la discusión. A veces, invita a tu chica por qué a pensar primero en la respuesta a la pregunta. Intenta insinuarlo, llévalo a sacar conclusiones. Y luego discuta y resuma la información. El bebé necesita tu atención, reconocimiento de sus intereses y respeto por sus primeros intentos de comprender el mundo. De esta forma, ayudarás a desarrollar en tu hijo una personalidad abierta e inquisitiva.

¡Nota para las mamás!


Hola chicas) No pensé que el problema de las estrías me afectaría también, y también escribiré sobre eso))) Pero no hay adónde ir, así que escribo aquí: ¿Cómo me deshice de las estrías? ¿Marcas después del parto? Estaré muy feliz si mi método también te ayuda...

¿Por qué el cielo es azul? Es muy difícil encontrar respuesta a una pregunta tan sencilla. Muchos científicos se devanaron los sesos en busca de una respuesta. La mejor solución al problema la propuso hace unos 100 años el físico inglés Lord John Rayleigh.

Pero empecemos desde el principio. El sol emite una luz blanca deslumbrantemente pura. Esto significa que el color del cielo debería ser el mismo, pero sigue siendo azul. ¿Qué sucede con la luz blanca en la atmósfera terrestre?

Un poco sobre el color

La luz blanca es una mezcla de rayos de colores. Usando un prisma podemos hacer un arcoíris. El prisma divide el haz blanco en franjas de colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Combinados, estos rayos vuelven a formar luz blanca. Se puede suponer que la luz del sol primero se divide en componentes coloreados. Entonces sucede algo y sólo los rayos azules llegan a la superficie de la Tierra.

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Hipótesis planteadas en diferentes momentos.

hay varias explicaciones posibles. El aire que rodea la Tierra es una mezcla de gases: nitrógeno, oxígeno, argón y otros. También hay vapor de agua y cristales de hielo en la atmósfera. El polvo y otras partículas pequeñas quedan suspendidas en el aire. En las capas superiores de la atmósfera hay una capa de ozono. Podría ser ésta la razón?

Algunos científicos creían que las moléculas de ozono y agua absorben los rayos rojos y transmiten los azules. Pero resultó que simplemente no había suficiente ozono y agua en la atmósfera para colorear el cielo de azul.

En 1869, el inglés John Tyndall propuso que el polvo y otras partículas dispersan la luz. La luz azul es la que menos se dispersa y atraviesa capas de tales partículas para llegar a la superficie de la Tierra. En su laboratorio creó un modelo de smog y lo iluminó con un haz blanco brillante. El smog se volvió de un azul intenso.

Tindall decidió que si el aire estaba absolutamente claro, nada dispersaría la luz y podríamos admirar el cielo blanco brillante. Lord Rayleigh también apoyó esta idea, pero no por mucho tiempo. En 1899 publicó su explicación: es el aire, no el polvo ni el humo, lo que vuelve azul el cielo.

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La relación entre color y longitud de onda: una explicación de por qué el cielo es azul


Algunos de los rayos del sol pasan entre moléculas de gas sin chocar con ellas y llegan a la superficie terrestre sin cambios. La otra parte, mayor, es absorbida por las moléculas de gas. Cuando los fotones son absorbidos, las moléculas se excitan, es decir, se cargan de energía, para luego emitirla en forma de fotones. Estos fotones secundarios tienen diferentes longitudes de onda y pueden ser de cualquier color, desde rojo hasta violeta.


Se dispersan en todas direcciones: hacia la Tierra, hacia el Sol y hacia los lados. Lord Rayleigh sugirió que el color del haz emitido depende del predominio de cuantos de un color u otro en el haz. Cuando una molécula de gas choca con fotones de rayos solares, hay ocho cuantos azules por cada cuanto rojo secundario.

Cual es el resultado? Una intensa luz azul literalmente cae sobre nosotros desde todas direcciones desde miles de millones de moléculas de gas en la atmósfera. Esta luz tiene fotones de otros colores mezclados, por lo que no es puramente azul.

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Características del espectro de colores.


Antes de llegar a la superficie de la Tierra, donde la gente puede contemplarla, la luz del sol debe atravesar toda la envoltura de aire del planeta. La luz tiene un amplio espectro, en el que aún destacan los colores primarios y las tonalidades del arco iris. De este espectro, el rojo tiene la longitud de onda de luz más larga, mientras que el violeta tiene la más corta. Al atardecer, el disco solar rápidamente se vuelve rojo y se acerca al horizonte.

En este caso, la luz tiene que superar un espesor de aire cada vez mayor y parte de las ondas se pierden. Primero desaparece el violeta, luego el azul y el cian. Las ondas más largas de color rojo continúan penetrando en la superficie de la Tierra hasta el último momento, por lo que el disco solar y el halo que lo rodea tienen tintes rojizos hasta el último momento.

¿Por qué el cielo es azul durante el día?


Las ondas de luz largas pueden penetrar profundamente en la atmósfera porque casi no son absorbidas ni dispersadas por los aerosoles y suspensiones que circulan constantemente en la atmósfera del planeta. Cuando la estrella está más cerca del cenit, surge una situación diferente, que garantiza el azul del cielo. El azul tiene longitudes de onda más cortas que el rojo y se absorbe más. Pero su capacidad de dispersión es 4 veces mayor en comparación con el rojo.

En un día claro y soleado, el cielo sobre nosotros se ve de un azul brillante. Por la noche, la puesta de sol tiñe el cielo de rojo, rosa y naranja. Entonces, ¿por qué el cielo es azul y qué hace que el atardecer sea rojo?

¿De qué color es el sol?

¡Por supuesto que el sol es amarillo! Todos los habitantes de la tierra responderán y los habitantes de la Luna no estarán de acuerdo con ellos.

Desde la Tierra, el Sol aparece amarillo. Pero en el espacio o en la Luna, el Sol nos parecería blanco. No hay atmósfera en el espacio que disperse la luz del sol.

En la Tierra, algunas de las longitudes de onda cortas de la luz solar (azul y violeta) son absorbidas por dispersión. El resto del espectro aparece amarillo.

Y en el espacio, el cielo parece oscuro o negro en lugar de azul. Esto es el resultado de la ausencia de atmósfera, por lo que la luz no se dispersa de ninguna manera.

Pero si preguntas por el color del sol por la tarde. A veces la respuesta es que el sol es ROJO. ¿Pero por qué?

¿Por qué el sol está rojo al atardecer?

A medida que el Sol se acerca al atardecer, la luz del sol tiene que viajar una distancia mayor en la atmósfera para llegar al observador. A nuestros ojos llega menos luz directa y el Sol parece menos brillante.

Dado que la luz solar tiene que recorrer distancias más largas, se produce una mayor dispersión. La parte roja del espectro de la luz solar atraviesa el aire mejor que la parte azul. Y vemos un sol rojo. Cuanto más desciende el Sol hasta el horizonte, más grande es la “lupa” aérea a través de la cual lo vemos y más rojo es.

Por la misma razón, el Sol nos parece mucho más grande en diámetro que durante el día: la capa de aire desempeña el papel de una lupa para un observador terrestre.

El cielo alrededor del sol poniente puede tener diferentes colores. El cielo es más hermoso cuando el aire contiene muchas partículas pequeñas de polvo o agua. Estas partículas reflejan la luz en todas direcciones. En este caso, se dispersan ondas de luz más cortas. El observador ve rayos de luz de longitudes de onda más largas, por lo que el cielo aparece rojo, rosa o naranja.

Luz visible Es un tipo de energía que puede viajar a través del espacio. La luz del sol o de una lámpara incandescente parece blanca, aunque en realidad es una mezcla de todos los colores. Los colores primarios que componen el blanco son el rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Estos colores se transforman continuamente unos en otros, por lo que, además de los colores primarios, también hay una gran cantidad de tonos diferentes. Todos estos colores y tonalidades se pueden observar en el cielo en forma de arco iris que aparece en una zona de alta humedad.

El aire que llena todo el cielo es una mezcla de diminutas moléculas de gas y pequeñas partículas sólidas como el polvo.

Los rayos del sol, provenientes del espacio, comienzan a dispersarse bajo la influencia de los gases atmosféricos, y este proceso ocurre según la Ley de Dispersión de Rayleigh. A medida que la luz viaja a través de la atmósfera, la mayoría de las longitudes de onda largas del espectro óptico pasan sin cambios. Sólo una pequeña parte de los colores rojo, naranja y amarillo interactúa con el aire, chocando con moléculas y polvo.

Cuando la luz choca con las moléculas de un gas, la luz puede reflejarse en varias direcciones. Algunos colores, como el rojo y el naranja, llegan directamente al observador al pasar directamente por el aire. Pero la mayor parte de la luz azul se refleja en las moléculas de aire en todas direcciones. Esto dispersa la luz azul por todo el cielo y lo hace parecer azul.

Sin embargo, las moléculas de gas absorben muchas longitudes de onda de luz más cortas. Una vez absorbido, el color azul se emite en todas direcciones. Está esparcido por todas partes en el cielo. No importa en qué dirección mires, parte de esta luz azul dispersa llega al observador. Dado que la luz azul es visible en todas partes del cielo, el cielo parece azul.

Si miras hacia el horizonte, el cielo tendrá una tonalidad más pálida. Este es el resultado de que la luz viaja una distancia mayor a través de la atmósfera para llegar al observador. La luz dispersada es nuevamente dispersada por la atmósfera y llega menos luz azul a los ojos del observador. Por lo tanto, el color del cielo cerca del horizonte aparece más pálido o incluso parece completamente blanco.

¿Por qué el espacio es negro?

No hay aire en el espacio exterior. Como no hay obstáculos desde los cuales la luz pueda reflejarse, la luz viaja directamente. Los rayos de luz no se dispersan y el “cielo” parece oscuro y negro.

Atmósfera.

La atmósfera es una mezcla de gases y otras sustancias que rodean la Tierra en forma de una capa delgada y mayoritariamente transparente. La atmósfera se mantiene en su lugar gracias a la gravedad de la Tierra. Los principales componentes de la atmósfera son nitrógeno (78,09%), oxígeno (20,95%), argón (0,93%) y dióxido de carbono (0,03%). La atmósfera también contiene pequeñas cantidades de agua (en diferentes lugares su concentración oscila entre el 0% y el 4%), partículas sólidas, gases neón, helio, metano, hidrógeno, criptón, ozono y xenón. La ciencia que estudia la atmósfera se llama meteorología.

La vida en la Tierra no sería posible sin la presencia de una atmósfera que proporcione el oxígeno que necesitamos para respirar. Además, la atmósfera cumple otra función importante: iguala la temperatura en todo el planeta. Si no hubiera atmósfera, en algunos lugares del planeta podría haber un calor sofocante, y en otros lugares un frío extremo, el rango de temperatura podría oscilar entre -170°C por la noche y +120°C durante el día. La atmósfera también nos protege de la radiación dañina del Sol y del espacio, absorbiéndola y dispersándola.

La estructura de la atmósfera.

La atmósfera está formada por diferentes capas, la división en estas capas se produce según su temperatura, composición molecular y propiedades eléctricas. Estas capas no tienen límites claramente definidos, cambian estacionalmente y, además, sus parámetros cambian en diferentes latitudes.

Homosfera

  • Los 100 km inferiores, incluidas la troposfera, la estratosfera y la mesopausa.
  • Constituye el 99% de la masa de la atmósfera.
  • Las moléculas no están separadas por peso molecular.
  • La composición es bastante homogénea, salvo algunas pequeñas anomalías locales. La homogeneidad se mantiene mediante mezcla constante, turbulencia y difusión turbulenta.
  • El agua es uno de los dos componentes que se distribuyen de manera desigual. A medida que el vapor de agua asciende, se enfría y se condensa, y luego regresa al suelo en forma de precipitación: nieve y lluvia. La propia estratosfera es muy seca.
  • El ozono es otra molécula cuya distribución es desigual. (Lea a continuación sobre la capa de ozono en la estratosfera).

heterosfera

  • Se extiende por encima de la homósfera e incluye la Termosfera y la Exosfera.
  • La separación de las moléculas en esta capa se basa en su pesos moleculares. Las moléculas más pesadas, como el nitrógeno y el oxígeno, se concentran en la parte inferior de la capa. Los más ligeros, el helio y el hidrógeno, predominan en la parte superior de la heterosfera.

División de la atmósfera en capas en función de sus propiedades eléctricas.

Atmósfera neutra

  • Por debajo de 100 kilómetros.

Ionosfera

  • Aproximadamente por encima de los 100 km.
  • Contiene partículas cargadas eléctricamente (iones) producidas por la absorción de luz ultravioleta.
  • El grado de ionización cambia con la altitud.
  • Diferentes capas reflejan ondas de radio largas y cortas. Esto permite que las señales de radio que viajan en línea recta se doblen superficie esférica tierra.
  • Las auroras ocurren en estas capas atmosféricas.
  • Magnetosfera es parte superior La ionosfera se extiende hasta aproximadamente 70.000 km de altitud, altitud que depende de la intensidad del viento solar. La magnetosfera nos protege de las partículas cargadas de alta energía del viento solar manteniéndolas en el campo magnético de la Tierra.

División de la atmósfera en capas según sus temperaturas.

Altura del borde superior troposfera Depende de las estaciones y la latitud. Se extiende desde la superficie terrestre hasta una altitud de aproximadamente 16 km en el ecuador y hasta una altitud de 9 km en los polos norte y sur.

  • El prefijo "tropo" significa cambio. Los cambios en los parámetros de la troposfera se deben a las condiciones climáticas, por ejemplo, al movimiento de los frentes atmosféricos.
  • A medida que aumenta la altitud, la temperatura desciende. Aire caliente se eleva, luego se enfría y desciende de regreso a la Tierra. Este proceso se llama convección y se produce como resultado del movimiento de masas de aire. Los vientos en esta capa soplan predominantemente verticalmente.
  • Esta capa contiene más moléculas que todas las demás capas combinadas.

Estratosfera- se extiende desde aproximadamente 11 km hasta 50 km de altitud.

  • Tiene una capa muy fina de aire.
  • El prefijo "strato" se refiere a capas o división en capas.
  • La parte inferior de la estratosfera está bastante tranquila. Los aviones a reacción vuelan a menudo hacia la estratosfera inferior para evitar el mal tiempo en la troposfera.
  • En la parte superior de la estratosfera hay fuertes vientos conocidos como corrientes en chorro de gran altitud. Soplan horizontalmente a velocidades de hasta 480 km/h.
  • La estratosfera contiene la "capa de ozono", situada a una altitud de aproximadamente 12 a 50 km (dependiendo de la latitud). Aunque la concentración de ozono en esta capa es de sólo 8 ml/m 3, es muy eficaz para absorber los dañinos rayos ultravioleta del sol, protegiendo así la vida en la Tierra. La molécula de ozono consta de tres átomos de oxígeno. Las moléculas de oxígeno que respiramos contienen dos átomos de oxígeno.
  • La estratosfera es muy fría, con una temperatura de aproximadamente -55°C en el fondo y que aumenta con la altitud. El aumento de temperatura se debe a la absorción de los rayos ultravioleta por el oxígeno y el ozono.

mesosfera- se extiende a altitudes de aproximadamente 100 km.

Probablemente todo el mundo se ha enfrentado al menos una vez en la vida a esta sencilla pregunta: ¿Por qué un cielo despejado y sin nubes es azul o azul?¡Obviamente, por el aire que respiramos, por la atmósfera terrestre! Nuestro aire probablemente sea “azul” o algo así. Sólo parece transparente, pero a grandes distancias los aviones, las montañas, los barcos parecen estar envueltos en una neblina azulada... Tal razonamiento no resuelve la pregunta principal: ¿por qué el cielo es azul? ¡El aire no está pintado de azul!

La respuesta simple y corta es: el cielo es azul porque las moléculas de aire dispersan el color azul del sol más que el rojo.

Debido a que el aire dispersa la luz azul, el cielo aparece azul y el propio Sol aparece amarillo. Además, al atardecer, cuando la luz del sol atraviesa una mayor parte de la atmósfera, vemos sol rojo y el amanecer, pintado de colores amarillo-rojos. Todo esto es posible sólo porque la atmósfera dispersa la luz azul en su camino hacia nosotros.

Pero, ¿de dónde vino la luz azul en primer lugar? Para empezar, la luz blanca del Sol es una mezcla de todos los colores del arcoíris, desde el violeta al rojo. Para, dices ¿La luz del sol es blanca? Sí, . Segundo punto: ahora estamos hablando de luz, no sobre color. Si mezclamos pinturas de diferentes colores, obtenemos, por supuesto, algo casi negro.

El color de la luz no es el color de ningún objeto. Si mezclamos luz roja, amarilla, naranja, verde, cian, índigo y violeta en cantidades aproximadamente iguales, obtenemos luz blanca. Isaac Newton fue el primero en demostrarlo utilizando un prisma para separar diferentes colores y formar un espectro.

Los científicos han descubierto que la luz coloreada es simplemente luz de diferentes longitudes de onda. La parte visible del espectro va desde la luz roja con una longitud de onda de unos 720 nm hasta el violeta con una longitud de onda de unos 380 nm, con naranja, amarillo, verde, cian y azul en el medio. Tres tipos diferentes de receptores de color en la retina del ojo humano responden con mayor fuerza a las longitudes de onda roja, verde y azul, brindándonos en conjunto toda la variedad de colores.

Sí, entonces, ¿qué dice la física sobre por qué el cielo es azul?

Efecto Tyndall

Dio los primeros pasos hacia una correcta explicación del color del cielo John Tyndall en 1859. Descubrió un efecto curioso: si pasas luz a través líquido claro, en el que se suspenden pequeñas partículas, estas partículas dispersarán la luz azul más que la luz roja.

Esto se puede demostrar fácilmente. Tome un vaso de agua y revuelva unas gotas de leche, un poco de harina o jabón hasta que el agua del vaso se vuelva turbia. Luego apunte una linterna a través del cristal. Verás que la luz del interior del cristal se ha vuelto azulado. Más precisamente, la luz que entró en tus ojos desde el cristal se volvió azulada, es decir, ¡fue rechazada y dispersada en la solución!

Pero lo más interesante es que ¡La luz que sale del cristal, habiendo perdido parte de su componente azul, ya no será blanca, sino amarillenta! Si toma un recipiente lo suficientemente ancho, entonces la luz, habiéndose dispersado muchas veces a lo largo del camino, finalmente perderá su componente azul y saldrá del recipiente ya no amarillo, sino rojo.

El efecto Tyndall se refiere a la dispersión de la luz en líquidos turbios. Las partículas en un líquido de este tipo deben tener una estructura superficial especial: ranuras, rejillas, poros, esquinas, cuyo tamaño sea comparable a la longitud de onda de la luz.

Gracias al efecto Tyndall existen hermosos crustáceos zafiros azules. Estos diminutos animales, como si brillaran desde dentro, a veces se vuelven completamente invisibles para el observador (la dispersión de la luz pasa a la región ultravioleta)…

¡El efecto Tyndall también es responsable de los ojos azules en los humanos!

Sí, sí, los ojos azules no son creados por el pigmento azul en absoluto, simplemente no existe, pero melanina, que difunde la luz en consecuencia.

Unos años más tarde, Lord Rayleigh estudió en detalle el efecto Tyndall. Desde entonces, la dispersión de la luz por partículas muy pequeñas pasó a denominarse la dispersión de Rayleigh. Rayleigh demostró que la cantidad de luz dispersada es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda para partículas suficientemente pequeñas. De ello se deduce que la luz azul sobre tales partículas se dispersa más que la luz roja, aproximadamente 10 veces: (700 nm/400 nm) 4 = 10

¿Polvo o moléculas?

Todo esto es maravilloso, pero nuestro cielo está lleno de aire, no de líquido, y no hay trozos de jabón ni de leche flotando en el cielo... ¿Qué tipo de partículas esparcen la luz en el aire? Tyndall y Rayleigh creían que el color azul del cielo debía deberse a pequeñas partículas de polvo y gotas de vapor de agua, que están suspendidas en la atmósfera exactamente como las partículas de leche están suspendidas en el agua.

Esto es un error, aunque todavía hoy algunas personas dicen que el color del cielo está determinado por el vapor y el polvo. Si esto fuera así, entonces el color del cielo cambiaría mucho más dependiendo de la humedad o la niebla de lo que realmente cambia. Por lo tanto, los científicos asumieron (¡correctamente!) que las moléculas de oxígeno y nitrógeno eran suficientes para explicar la dispersión. ¡Es el aire mismo, o mejor dicho, sus moléculas esparcen la luz!

Cielo azul y nubes sobre él. El aire dispersa la luz según la dispersión de Rayleigh y las partículas de nubes más grandes según la dispersión de Mie. Foto: Andrei Azanfirei/Flickr.com

La cuestión fue finalmente resuelta por Albert Einstein en 1911, quien calculó una fórmula detallada para la dispersión de la luz en función de las moléculas y experimentos posteriores confirmaron brillantemente sus cálculos. ¡Dicen que Einstein incluso pudo utilizar sus cálculos como una prueba adicional del número de Avogadro!

¿Por qué el cielo es azul y no morado?

Por cierto, si la luz azul se dispersa 10 veces más que la luz roja, ¡entonces las ondas violetas aún más cortas deberían dispersarse más que las azules! Surge la pregunta: ¿Por qué el cielo no se ve morado?

En primer lugar, el espectro de emisión de luz del sol no es el mismo en todas las longitudes de onda: la energía máxima en el espectro solar se produce en la luz verde. En segundo lugar, la luz violeta de onda corta se absorbe activamente en las capas superiores de la atmósfera (¡al igual que la luz ultravioleta!), por lo que llega menos violeta que azul a la superficie de la Tierra.

Finalmente, la tercera razón son nuestros ojos. menos sensible a la luz violeta que la luz azul.

Curvas de sensibilidad para tres tipos de conos en el ojo humano.

Tenemos tres tipos de receptores de color, o conos, en la retina de nuestros ojos. Se llaman rojo, azul y verde porque reaccionan con mayor fuerza a la luz en estas longitudes de onda. Pero, de hecho, son capaces de captar luz de otras longitudes de onda, cubriendo todo el espectro.

Cuando miramos al cielo, los conos rojos reaccionan a una pequena cantidad de luz roja dispersa, pero también, con menor intensidad, en longitudes de onda naranja y amarilla. Los conos verdes responden a ondas amarillas y verdes y azulverdes más fuertemente dispersas. Finalmente, los conos azules son estimulados por colores en longitudes de onda azules, que están muy dispersos. Si no hubiera azul ni violeta en el espectro, el cielo aparecería azul con un ligero tinte verdoso. Pero las longitudes de onda más dispersas de azul y violeta también estimulan ligeramente los conos rojos, por lo que estos colores aparecen azules con un tinte rojo añadido. El efecto general es que Cuando miramos al cielo, los conos rojos y verdes se estimulan aproximadamente por igual., y los azules se estimulan con más fuerza. Esta combinación crea en última instancia un cielo azul o azul.

Hermosos atardeceres

¿Qué podría ser más hermoso que los tranquilos atardeceres a la orilla del mar o en la estepa? Cuando el aire esté limpio y claro, la puesta de sol será amarilla, como el rayo de una linterna que atraviesa un vaso de jabón: parte de la luz azul se dispersará y el color general del Sol cambiará al extremo rojo del espectro.

Los atardeceres pueden tener colores muy variados dependiendo del estado de la atmósfera. Foto: Alex Derr

Otra cosa es si el aire está contaminado con pequeñas partículas: humos, polvo, smog. En este caso, el atardecer será anaranjado e incluso rojo. Los atardeceres sobre el mar también pueden aparecer de color naranja debido a las partículas de sal suspendidas en el aire, que pueden crear el efecto Tyndall. El cielo alrededor del sol se ve enrojecido, al igual que la luz que proviene directamente del sol. Esto se debe a que toda la luz se dispersa relativamente bien en ángulos pequeños, pero entonces es más probable que la luz azul se disperse dos veces o más en distancias mayores, dejando el amarillo, el rojo y el naranja.

Nubes, luna azul y neblina azul.

Las nubes y la neblina de polvo parecen blancas porque están formadas por partículas con longitudes de onda de luz más largas. Estas partículas dispersarán todas las longitudes de onda por igual (dispersión de Mie).

Pero a veces puede haber partículas mucho más pequeñas en el aire. Alguno áreas montañosas famoso por su neblina azul. Los aerosoles de terpenos de la vegetación reaccionan con el ozono de la atmósfera para formar partículas finas de unos 200 nm de diámetro que son excelentes para dispersar la luz azul.

Neblina azul sobre la bahía de Kotor en Montenegro. Foto: Rocher/Flickr.com

En ocasiones, un incendio forestal o una erupción volcánica pueden llenar la atmósfera con pequeñas partículas con un diámetro de 500 a 800 nm, que es el tamaño adecuado para dispersar la luz roja. Esto es lo opuesto al efecto Tyndall normal y puede hacer que la Luna se vea azul cuando estas partículas dispersan la luz roja de la Luna. Real Luna azul- ¡algo muy raro!

¿Por qué el cielo de Marte es rojo?

Ahora hemos llegado a Marte, cuyo cielo, a juzgar por las fotografías de los rovers y de los vehículos de descenso automático, es rojo, amarillo arenoso, azul grisáceo... ¿Cómo es realmente?

Según la física, el cielo marciano debería ser azul. Eso y hay azul, pero sólo cuando la atmósfera en el Planeta Rojo esté en calma. Sin embargo, se sabe que los vientos soplan con frecuencia en Marte. A pesar de que la atmósfera del planeta está extremadamente enrarecida, los vientos son capaces de levantar millones de toneladas de arena y polvo y provocar auténticas tormentas de arena. ¡Algunas tormentas pueden oscurecer casi toda la superficie de Marte!

Después de estas tormentas, las partículas de polvo rico en hierro permanecen suspendidas en el aire durante mucho tiempo. El color de este polvo es rojo (esto es óxido) y, en consecuencia, el cielo de Marte se vuelve de color naranja amarillento.

Nebulosas de reflexión

Finalmente, miremos hacia el espacio, donde ahora nacen las estrellas.

El complejo de nebulosas de Ophiuchi. Foto: Jim Misti/Steve Mazlin/Robert Gendler

Aquí hay todo un complejo de nubes cósmicas de gas y polvo ubicadas en el borde de las constelaciones de Ofiuco y Escorpio. Tenga en cuenta: algunas nubes brillan intensamente con un brillo rojizo, la otra parte, por el contrario, absorbe la luz y se parece a los agujeros negros. Finalmente, la tercera parte tiene un color azulado.

Los tres tipos de nubes están compuestos principalmente de hidrógeno con una pequeña mezcla de polvo y moléculas. ¿Por qué se ven diferentes? Se trata de su temperatura. Calentadas por la luz de las estrellas sumergidas en ellas, las propias nubes comienzan a brillar. El resplandor rojo es radiación de hidrógeno. Las nubes muy frías, por el contrario, absorben la luz y, por tanto, nos resultan opacas. Por último, frío, pero situado cerca de estrellas brillantes las nubes se ven azuladas. Ellos ¡Refleja la luz de las estrellas, dispersándola como la atmósfera de la Tierra!

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