QUÈ SAPS DE…?1. Com es produeix l’eco.2. Què és la contaminació sonora.3. Quant tarda la llum del Sol a arribar a la Terra.4. Decideix si és verdader o fals:

a) El so pot viatjar per l’espai exterior a la Terra. b) A través de l’aigua sentim millor. c) El so és més ràpid que la llum. d) Res és més ràpid que la llum. e) Les lents sempre concentren la llum. f) Els prismes amplien les imatges.

APRENDRÀS A…— Estudiar el comportament dels sons.— Preveure possibles problemes causats per

un ambient sonor o una conducta auditivainadequats.

— Valorar el problema de la contaminació acústicai lumínica.

— Utilitzar lents i espills per a formar imatges delsobjectes.

— Conéixer per què els objectes tenen color.

5LLUM I SO

L’adquisició de la parla per part dels humans ha anat parella al creixement evolutiu del nostre cervell, a l’adquisició de complexos hàbits socials i a la creació d’un univers abstracte que comprén des dels mites i les llegendes fins als càlculs matemàtics i les idees científiques. Les idees es van gestar en les nostres ments al mateix temps que les primeres paraules. La nostra capacitat de generar i processar sons és superior a la de qualsevol altre animal. Per tant, els humans van idear complexos sistemes de signes que han transmés les paraules de generació en generació. La humanitat va aprendre a «parlar i escoltar amb els ulls». Les imatges i els sons s’entrecreuen en el nostre cervell i gràcies a ells podem entendre’ns amb les persones. La nostra espècie és filla de les paraules.

FABRICAR UN TELÈFON«AMB FIL»Forada amb atenció dos pots de conserva o dos pots de beguda metàl·lics en el centre de la seua base (el forat ha de ser menor que el cable). Introdueix en el forat de cada pot un dels extrems d’un cable o fil d’aram metàl·lic de més de deu metres de longitud i fes un nuc en la part interior perquè no fuja.

Agafa un dels gots i que un company n’agarre l’altre, i separeu-vos fins on us permeta la longitud del cable. Mentre un dirigeix la seua veu al got que sosté, l’altre posa l’orella al seu got i escolta.

• Explica el fonament físic d’aquesta pràctica.

• Se sent millor a través del cable?

Bé està dues vegades tancada la llengua i dues vegades obertes les orelles, perquè sentir ha de ser el doble que parlar.

Baltasar Gracián (1601-1658)

90

5 LES ONES COM A PROPAGACIÓ D’ENERGIA

Les ones són un fenomen físic molt conegut. Per exemple, es produeixen ones entirar una pedra a un estany o en prémer la corda d’una guitarra. Fenòmens naturalscom els terratrémols o les marees són realment ones. La televisió, la ràdio, la llum oel so són també producte de les ones.

Les ones propaguen energia però no desplacen matèria. En sacsar una corda perun extrem, l’energia viatja a través de la corda però cap part de la corda es trasllada.Igual succeeix amb les onades, que mouen l’aigua amb un vaivé de pujada i baixadasense desplaçar la seua posició (pensa en un objecte que sura en la superfície).

Una ona és una propagació d’energia sense propagació de matèria.

El punt d’origen de l’ona es coneix com a font. Una llanterna o el Sol són fonts llu-minoses i un altaveu és una font sonora. Les partícules del medi per on passa l’onaexperimenten una vibració o oscil·lació, és a dir, es desplacen alternativament aun costat i a l’altre de la seua posició inicial tal com fa un pèndol.

Quan una ona es propaga, els punts del medi material experimenten unmoviment de vibració.

Precisament, segons siga aqueix moviment, les ones es classifiquen en transversals i longitudinals.

• Transversals. Si es lliga una corda a una paret i es mou un extrem cap amunti cap avall es produeix una ona que es trasllada al llarg de la corda. En aquestcas, tenim dos moviments. El de les parts de la corda (que es mouen cap amunti cap avall, i el de propagació de l’ona, que ho fa en una direcció perpendicular al’anterior. El primer s’anomena vibració o moviment de vibració. Les ones quees produeixen en l’aigua són un altre exemple d’ones transversals.

Una ona és transversal quan el moviment de vibració del medi pel qual espropaga és perpendicular al moviment de propagació de l’ona.

• Longitudinals. Quan es penja un moll en un suport, es comprova que totesles espires es troben separades la mateixa distància. Si s’estira i comprimeix elmoll, les espires es mouen cap amunt i cap avall de forma que es produeixenunes zones en què les espires estan molt juntes i altres en què es troben mésseparades. La pertorbació produïda es mou al llarg del moll. Així, el movimentde les espires del moll i el moviment de propagació de l’ona coincideixen. Lesones sonores, per exemple, també són longitudinals.

Una ona és longitudinal quan el moviment de vibració del medi i el depropagació de l’ona tenen la mateixa direcció.

11

Moviments de vibració i de propagació en una ona longitudinal.

Fig. 5.2

Moviments de vibració i de propagació en ones transversals.

Fig. 5.1

Sentit de propagació

de l’ona

Vibració

En el CD de l’alumne pots trobar diversos enllaços a pàgines web que expliquen els moviments ondulatoris.

CD

91

t

CARACTERÍSTIQUES DE LES ONES

La forma més senzilla per a comprendre les característiques de les ones és veure comes reflecteixen en casos pràctics que tots coneixem. Així, si s’observa, per exemple,l’onatge d’un llac prenent com a punt de referència una barca que s’hi troba damunt,es veu que, a mesura que passen les onades, la barca pujarà i baixarà. Si es fa unarepresentació de les onades que passen per la barca, s’obté una gràfica com la dela Figura 5.3. Les zones de més altura s’anomenen crestes i les de menor, valls. Les ones queden definides per una sèrie de característiques: longitud, amplitud, freqüència i velocitat.

• Longitud d’ona. La distància entre dues crestes o dues valls consecutivess’anomena longitud d’ona. Es representa per la lletra grega λ (lambda).

• Amplitud. És la distància entre una cresta o una vall i la posició d’equilibri de lespartícules de l’aigua, és a dir, el nivell de l’aigua quan no hi ha onatge.

• Freqüència. Si la barca es troba en la part alta d’una cresta i es compta el nombrede crestes que passen per davall de la barca en un segon, el nombre obtingut ésla freqüència de l’ona. La freqüència es representa per la lletra f i es mesura enuna unitat anomenada hertz que s’abreuja Hz. També es diu que la freqüènciaés el nombre de vibracions per unitat de temps. Una vibració és el movimentd’un cos quan parteix d’una posició inicial i hi torna passant pel punt d’equilibri.En una barca correspondria al moviment que té lloc quan la barca es troba ini-cialment, per exemple, en una cresta, descendeix fins a arribar a una vall i tornaa pujar fins a la cresta.

• Velocitat. És l’espai que recorre l’ona en la unitat de temps, i té el mateix valoren tots els punts pels quals es propaga l’ona. En el cas de les ones, la freqüènciainforma del temps en què es recorre una longitud d’ona, de manera que el càlculde la velocitat es pot generalitzar de la manera següent.

velocitat = longitud d’ona · freqüència

v = λ · f

AA

1 Imagina que hi ha un suro situat en l’aigua d’unestany i que descriu una ona de manera que puja ibaixa deu vegades en dos segons. Calcula la freqüènciade l’ona.

2 Calcula la freqüència de l’ona que descriu en na-dar un dofí que segueix una embarcació i salta tresvegades fora de l’aigua i s’hi submergeix unes altrestres en l’interval de 20 segons. Si recorre 300 m entreel primer i l’últim salt, quina és la velocitat de l’ona?

Activitats

Fig. 5.3 Característiques d’una ona.

Representació gràfica del recorregut ondulatori.Fig. 5.4

Cresta

Punt d’equilibri

Vall

CrestaAmplitud d’ona

Punt d’equilibri

Longuitud d’ona (λ)

Vall

CD

Per experimentar amb les ones, accedeix a la secció d’enllaços del CD de l’alumne.

92

5 NATURALESA I PROPAGACIÓ DEL SOEl so és un fenomen que ens resulta molt familiar. Els humans i molts animals femservir sons per a comunicar-nos. Fins i tot aquells sons que no percebem de maneranatural amb el nostre sentit de l’oïda han trobat aplicacions pràctiques.

En general, el so és una propagació d’energia mitjançant la vibració de les par-tícules del medi per on es propaga. El moviment vibratori conjunt de aquestespartícules constitueix el que es coneix com a ona sonora.

EL SO ES PRODUEIX QUAN VIBRA UN COS

Perquè el so es produïsca ha d’existir un cos capaç de produir vibracions. Si es col·locaun regle en la vora d’una taula i es fa força sobre l’extrem lliure, quan es deixa solta, elregle comença a vibrar i produeix un so. En el cas dels platets, quan xoca un contra unaltre, vibren i provoquen el so. Els altaveus, els instruments musicals, un pardal quecanta o una persona que parla són exemples de cossos que produeixen sons.

EL SO NECESSITA UN MEDI DE PROPAGACIÓ

El so necessita un medi per a propagar-se, no pot fer-ho en el buit. Cal tindre encompte que l’aire està format per unes partícules molt xicotetes, encara que no espoden veure a simple vista.

Per exemple, si un altaveu està col·locat verticalment i la seua membrana vibra, esmourà cap avant i cap arrere. Quan la membrana es mou cap avant, espenta lespartícules de l’aire i fa que es disposen més juntes. Aquesta zona s’anomena decompressió. Les partícules de l’aire xoquen amb les seues veïnes, els comuniquenel moviment de la vibració i reboten cap a les seues posicions inicials. El resultat ésque la pertorbació es propaga per l’aire.

Si la membrana es mou cap arrere, les partícules de l’aire se separaran. El mateix queha ocorregut abans, la zona de separació també es propagarà per l’aire. El procéses repeteix, de manera que en l’instant següent, la membrana es mourà una altravegada cap avant i produirà una zona de partícules molt juntes. D’aquesta manera,en l’aire es produeixen una sèrie de zones on les partícules estan juntes, desprésseparades, després juntes, etc. L’ona produïda és longitudinal perquè es mou capavant i les partícules ho fan cap avant i cap arrere. La direcció del moviment de l’onai de les partícules coincideix.

22

AA

BB

Les partícules que transmeten el so vibren longitudinalment.

Fig. 5.6

Zona decompressió

Vibracióde l’ona

Propagacióde l’ona

Robert Boyle va ser el primer a demostrar que el so no es transmetia en el buit.

Fig. 5.5

93

Longitud d’ona ( l )

FREQÜÈNCIA D’UN SO

La freqüència d’una ona sonora és el nombre de zones de compressió que es pro-dueixen cada segon en l’ona. Coincideix amb la freqüència del cos que vibra i queproduïx el so. Igual que ocorre amb qualsevol ona, la freqüència es mesura en hertzs(Hz).

L’orella humana té màxima sensibilitat per a les freqüències compreses entre 2 000i 3 000 Hz, encara que pot percebre sons des de 20 Hz fins a 20 000 Hz. Els sons quel’orella humana no pot percebre es denominen infrasons i ultrasons.

• Infrasons. Corresponen a les ones sonores amb freqüències per davall del mínimaudible de 20 Hz. Per exemple, les ones d’un terratrémol.

• Ultrasons. Són els sons amb freqüències superiors a 20 000 Hz. Alguns animalscom els dofins i les rates penades utilitzen ultrasons per a orientar-se, a manerade radar. Els humans fem servir ultrasons en multitud d’aplicacions industrials ien medicina (ecografia i fisioteràpia).

AMPLITUD I LONGITUD D’ONA D’UN SO

L’amplitud és l’altura de la cresta de l’ona sonora. Com més gran és el seu valorsignifica que la partícula vibra amb més energia. L’amplitud és percebuda per lanostra orella com a intensitat sonora. Comunament s’utilitza el terme «volum» pera referir-se a la intensitat sonora.

La longitud d’ona és la distància que hi ha entre dues zones de compressió con-secutives.

VELOCITAT

La velocitat és la distància recorreguda per l’ona en la unitat de temps. La velocitatdel so en l’aire és de 340 m/s a una temperatura de 20 ºC i una pressió d’1 atm. Peròaquesta velocitat no és sempre la mateixa perquè depén de la temperatura, de lahumitat i de la pressió de l’aire.

La velocitat del so en els líquids, com l’aigua, és molt superior que en l’aire i depénde diversos factors (temperatura, profunditat, salinitat, etcètera).

En medis sòlids, la velocitat del so encara és superior que en medis líquids. En ge-neral, com més lligades estiguen les partícules constituents d’un medi, més ràpid estransmet el so (vegeu Taula 5.1).

CC

DD

EE

3 Dues balenes estan separades 10 km de distància.Si la primera emet una crida i la segona li respon, cal-

cula quant tarda la primera a rebre la resposta. (Utilitza1 500 m/s com la velocitat del so en l’aigua marina).

Activitat

Activitat resolta

Un indi de la tribu sioux vol ajudar a creuar les vies del tren una bandada de bisons. Per a això aplica l’orella sobre les vies metàl·liques del ferrocarril. Tarda 5 s a començar a sentir el so de la locomotora. Sabent que la velocitat del so en l’acer és de 5 050 m/s, a quina distància és el tren?

S’hi aplica v = st

i se substitueix: 5 050 m/s =s

5 sD’on: s =25 250 m

Fig. 5.7 Característiques d’una ona sonora.

Aire (0 ºC) 3 31,6 m/s

Aire (20 ºC) 340 m/s

Hidrogen (0 ºC) 1 280 m/s

Aigua (0 ºC) 1 390 m/s

Aigua (20 ºC) 1 484 m/s

Fusta (20 ºC) 3 900 m/s

Acer (20 ºC) 5 050 m/s

Vidre (20 ºC) 5 200 m/s

Taula 5.1 Velocitat del so en alguns medis.

94

5 PROPIETATS DEL SOQuan el so arriba a les nostres orelles ens produeix unes sensacions anomenadesintensitat, to i timbre.

• Intensitat. Està relacionada amb l’energia que transporta l’ona sonora en unsegon. La intensitat depén de l’amplitud de l’ona. Els sons forts, com el d’un tro,corresponen a ones l’amplitud de les quals és gran. Al contrari, els sons dèbils sónones sonores d’amplitud xicoteta. La intensitat dels sons es mesura en decibels. Aquesta unitat es representa per dB. La intensitat més dèbil que pot percebreuna orella humana normal correspon a 0 dB.

• To. La freqüència d’una ona sonora determina el to del so. Si la freqüència és gran,el to s’anomena agut. Si és xicoteta, greu. La sirena d’una ambulància produïxun so agut. El tro és un exemple d’un so greu.

• Timbre. Si diversos instruments de música toquen la mateixa nota, la nostra orellapot identificar cada instrument. Diem que cada instrument té un timbre diferent.Les notes que produeix cada instrument musical no estan formades per una solaona sinó per la suma de diverses. En cada instrument la combinació d’ones ésdiferent per la qual cosa cadascun produeix un so amb un timbre distint.

33

4 Dibuixa dues ones sonores que tinguen: a) El mateix to, però diferent intensitat.

b) La mateixa intensitat, però diferent timbre.c) El mateix timbre, però diferent to.

Activitats

Sabies que...*La unitat d’intensitat sonora rep el nom de bel en honor d’Alexander Graham Bell (1847-1922), estu-diós del so i creador de la patent del telèfon. Per a mesurar el so s’utilitza generalment un múltiple del bel, el decibel (dB).

So agut i so greu (a). Dos sons del mateix to; un de fort i un altre de dèbil (b). Sons de la mateixa freqüència i de timbre distint (c).

Fig. 5.8

Llindar d’audicióRespiració pausadaRemor de fullesMurmuri suauConversa normalAutomòbil en marxa

Perill en exposició constantTrànsit densCamió (a 15 m)Tren en un túnel

Llindar de dolorConstrucció (a 3 m)Concert de rockMartell pneumàticEnlairament d’un reactorCoet espacial

0 dB10 dB20 dB30 dB 50 dB60 dB

70 dB 90 dB100 dB

110 dB120 dB130 dB150 dB180 dB

Taula 5.2 Escala d’intensitat sonora.

t

t

t

t

t

t

t

Violí

Piano

Diapasó

a) b)

c)

Agut Fort

Greu Feble

95

REFLEXIÓ DEL SOEl so viatja necessàriament a través d’un medi, que pot ser gasós, líquid o sòlid. Men-tres viatja pel mateix medi, la seua velocitat es manté constant. Si les ones sonoresarriben a una frontera en què el medi canvia, poden ocórrer dos fenòmens:

— Les ones penetren en el nou medi i continuen viatjant-hi.— Les ones reboten o es reflecteixen en la frontera dels dos medis i tornen al medi

inicial.

La reflexió del so és el canvi de direcció que experimenta quan arriba a lasuperfície d’un medi.

En la majoria dels casos, ocorren simultàniament la transmissió en el segon medi ila reflexió cap al primer. L’energia que transporten les ones sonores inicialment esreparteix entre les ones que es transmeten i les ones reflectides. La reflexió de lesones sonores és un problema important a l’hora d’estudiar l’acústica de les sales deconcert i els auditoris. Al mateix temps, ha permés desenvolupar tècniques com elsonar o l’ecografia de gran utilitat en molts camps. Si una ona sonora incideix per-pendicularment sobre una superfície reflectora, torna sobre si mateixa en la mateixadirecció i sentit contrari. Però si l’ona incident forma un angle no perpendicular ambla superfície reflectora, l’angle de l’ona reflectida és igual a l’angle de l’ona incidentde la manera que es mostra en la Figura 5.9.

ECO I REVERBERACIÓ

L’eco és un fenomen pel qual un so es reflecteix en algun obstacle i, al cap d’untemps, les ones reflectides tornen en part al punt de partida. El temps que transcor-re entre l’ona emesa i la reflectida ha de permetre percebre-les clarament com distintes.Quan l’ona reflectida torna al punt de partida, l’original ja ha d’haver-se extingit.

El temps mínim perquè l’orella reconega com distintes l’ona original i la reflectidaes coneix com a temps de persistència. Aquest temps és 0,1 s per a sons musicalsi 0,07 s per a sons com les paraules. També pot saber-se si hi haurà eco o no a partirde la distància entre el focus emissor i la paret o obstacle en què les ones sonores esreflecteixen. Aquesta distància mínima és d’11,34 m per a sons com les paraules. Pera sons musicals la distància ha de ser superior, fins a uns 17 m, per a poder apreciarbé l’efecte de l’eco.

44

AA

Activitat resolta

Després de donar un colp a una certa distància d’un talús, l’eco tarda 1,2 segons a escoltar-se. A quina dis-tància és el talús?

Prenent 340 m/s com a velocitat del so en l’aire i aplican v =st

:

340 m/s =s

1,2 s D’on es dedueix s = 408 m

Reflexió d’ones segons el seu angle d’incidència.

Fig. 5.9

Ona originalOna reflectida

Angle de reflexió

Angle d’incidència

Superfície reflectora

CD

En el CD de l’alumne trobaràs activitats interactives i curiosi-tats sobre el so per a refermar els teus coneixements.

96

5Ús de la sala t (s)

Teatre parlat 0.4 – 1

Música orquestral 1.5

Òpera 1.6 - 1.8

Taula 5.3 Temps de reverberacióòptims per a una sala.

Sabies que...*Les rates penades i els dofins dis-posen de sonars naturals que els orienten en els seus moviments i localització de preses.

La reverberació és un fenomen molt paregut a l’eco. Es produeix quan les onesreflectides arriben a l’oient abans que l’ona original deixe de sentir-se. L’efecte ésparegut a una lleugera prolongació del so original.

Les sales es construeixen de manera que el seu temps de reverberació siga l’adequatper a l’ús que se’ls done. Una sala de conferències necessitarà un temps de reverbera-ció curt, de manera que no es produïsquen reflexions que dificulten la intel·ligibilitatdels discursos. D’acord amb les dades de la taula 5.3, els teatres han de tindre untemps de reverberació menor que el d’un teatre d’òpera.

SONAR

El sonar (de l’anglés, Sound Navigation And Ranging) és un sistema de càlcul dedistàncies i localització d’objectes que treballa amb ultrasons. Va ser desenvolupatdurant la Segona Guerra Mundial i usat en la guerra submarina, tant per a detectarels submarins enemics com per a guiar els torpedes cap als seus blancs.

El funcionament del sonar és simple. Un emissor envia ultrasons. Quan xoquen ambun objecte, es reflectixen i són captats pel receptor.

Té gran aplicació per a «veure» el fons marí i posar en avís vaixells i submarins deperills per a la seua navegació. Per a vaixells pesquers té utilitat en la localització debancs de peixos.

ECOGRAFIA

L’ecografia és una tècnica que s’utilitza en medicina. Es basa en la utilitzaciód’ultrasons, és a dir, sons la freqüència dels quals és superior a 20 000 Hz. Com re-cordaràs, aqueixa és la màxima freqüència que pot percebre l’orella humana.

L’ecografia permet observar òrgans i teixits així com els tumors. També és molt usadaper a observar el desenvolupament i els moviments del fetus durant l’embaràs. Unaltre camp d’aplicació és el de la cardiologia perquè permet visualitzar el cor i el seufuncionament en temps real.

BB

CC

Fig. 5.10 Ecografies d’un home adult i d’una dona embarassada. Les imatges mostren un renyó i un fetus.

97

L’ORELLA I L’AUDICIÓEls animals poden emetre sons de freqüències molt diverses.Perceben les vibracions que es transmeten a través de l’aigua,de l’aire i fins i tot les del sòl o la fusta. En el cas dels humans lesones sonores arriben a l’orella, penetren per un conducte i fanvibrar el timpà. Aquesta vibració es transmet a l’orella internai, d’allí, al cervell.

L’òrgan de l’orella intervé en dos processos: l’audició i el man-teniment de l’equilibri. Es pot considerar dividit en tres parts:orella externa, orella mitjana i orella interna. Els dos últimss’allotgen en l’interior de l’os temporal del crani.

SOROLL I CONTAMINACIÓ ACÚSTICAEl soroll es defineix com un so molest amb una intensitat elevada. Així, una conver-sació pot ser considerada com a soroll per les persones que no hi participen.

La contaminació acústica és l’alteració de les condicions normals del so d’una zona.La provoquen activitats humanes com el trànsit d’automòbils i avions, les indústries,la construcció d’edificis, les obres públiques, les discoteques, etc. La contaminacióacústica pot causar greus danys en la salut i en la qualitat de vida de les persones.

RISCOS DE LA CONTAMINACIÓ ACÚSTICA

Els principals riscos de la contaminació acústica són la disminució en la capacitatauditiva i la possibilitat de trastorns psicològics i fisiològics.

• Els trastorns fisiològics inclouen mal de cap, tensió muscular, dilatació de lespupil·les, parpelleig accelerat, increment de la pressió arterial, acceleració delritme de la respiració i del batec del cor (taquicàrdia), que pot arribar a l’infart.

• Els trastorns psicològics inclouen una disminució de l’atenció i de la memòria,insomni, sensació de fatiga i depressió. També, estrés i ansietat, irritabilitat i agres-sivitat.

• Els trastorns auditius són els més freqüents. Un so fort (d’uns 140 dB) com unaexplosió o un tir prop de l’orella pot produir la ruptura del timpà i altres lesionsirreversibles anomenades trauma acústic. L’exposició prolongada a sorolls degran intensitat produeix lesions progressives amb una pèrdua parcial d’audició.D’altres s’acompanyen de sorolls i brunzits en l’orella interna (tinnitus).

MESURES CONTRA LA CONTAMINACIÓ ACÚSTICA

El nivell de soroll o sons no desitjats es pot reduir si s’usen diversos elements:

— Taps i orelleres per a les orelles com els utilitzats pels treballadors que fan servirels martells d’aire comprimit.

— Materials aïllants i reflectors, com els vidres dobles de les finestres.— Substàncies absorbents, com les estores i les cortines.— Barreres acústiques per a amortir el soroll produït en les carreteres.— Silenciadors que es col·loquen en els tubs d’escapament dels cotxes i les motos.

55

66

AA

BB

Sabies que... *Les principals activitats amb nivells perillosos de soroll són el trànsit, les indústries, l’envol d’avions, les obres públiques, la construcció i els pubs i les discoteques.

Fig.5.12

Sonòmetre per a mesurar soroll.

Fig.5.11 Estructura interna de l’orella.

5 NATURALESA I PROPAGACIÓ DE LA LLUMDes de molt antic, els científi cs han intentat esbrinar què és la llum, com es produeix i com es propaga.

La llum és un tipus de les anomenades ones electromagnètiques. Aquestes ones presenten una diferència fonamental respecte a les ones vistes fi ns ara, perquè, al contrari que altres tipus d’ona, es propaguen pel buit, és a dir, pels llocs on no hi ha cap classe de matèria.

El conjunt de les ones electromagnètiques, també conegut com a espectre elec-tromagnètic, comprén des de les ones que transporten més energia, com els rajos gamma, fi ns a les menys energètiques, com les ones de ràdio.

LA LLUM TRANSPORTA ENERGIA

Hi ha fets experimentals que confi rmen que la llum transporta energia. Per exemple, els rajos de llum concentrats amb una lupa poden arribar a cremar un paper; amb la llum, les plantes fan la fotosíntesi i produeixen substàncies. Segons emeten o no llum pròpia, els objectes poden ser fonts primàries o secundàries.

• Fonts emissores o fonts primàries. Així es comporta una bombeta encesa, una fl ama, una pantalla de televisor, el Sol o qualsevol estrela.

• Reemissors de llum o fonts secundàries. Són objectes que no emeten llum pròpia però reemeten, en part o totalment, la que els arriba. Són exemples un espill o la Lluna.

Les fonts lluminoses ho són per distintes causes. Molts cossos emeten llum quan assolixen temperatures elevades o per mitjà de reaccions químiques, com les que produeixen les lluernes.

COMPORTAMENT DELS COSSOS ENFRONT DE LA LLUM

Quan la llum arriba a un objecte, una part d’aquesta es refl ecteix. Si l’objecte és trans-parent, com el vidre, la llum també passa a través seu i es refracta. També pot ocórrer que una fracció de la llum siga absorbida per l’objecte. Normalment, l’absorció dóna lloc a un augment de la temperatura del cos. Els objectes, segons deixen passar o no la llum, s’anomenen opacs, transparents o translúcids.

• Opacs. Si no deixen passar la llum en absolut, com els metalls.

• Transparents. Si deixen passar totalment la llum a través seu, com el vidre.

• Translúcids. Si deixen passar parcialment la llum, però no permeten distingir les formes dels objectes quan es mira a través seu. Per exemple, els vidres de les fi nestres del bany.

77

AA

BB

Rajos gamma 10-14 – 10-12 J

Rajos X 10-17 – 10-14 J

Rajos ultraviolats 10-18 – 10-19 J

Llum visible 10-19 J

Rajos infraroigs 10-23 – 10-20 J

Microones 10-25 – 10-33 J

Ones de ràdio 10-31 – 10-25 J

Taula 5.4 Energia de distintes ones elec-

tromagnètiques.

Font primària: bombeta (a) i font secundària: Lluna (b).

Fig. 5.14

a)

b)

98

400 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm 750 nm

Infraroig

Ultraviolat Espectre visible pel ser humà (Llum) Infraroig

Freqüència extremadament

baixa

Ona mitjana

Ona curta

Ona llarga

RàdioMicroones

Rajosgamma

Rajoscòsmics

Rajos X UV-A/B/C

Ultraviolada

UHFVHF

RadarEspectre visible per l’ésser humà dins de l’espectre electromagnètic.

Fig. 5.13

99

VELOCITAT DE LA LLUM

La llum es propaga per distints medis i també per l’espai buit (a diferència del so), onassoleix la màxima velocitat. Aquesta velocitat és la més gran que qualsevol cos potassolir en l’Univers. És una de les anomenades constants universals i és en multitudde fórmules físiques sobre el comportament de l’Univers. Es representa per la lletrac i el seu valor és:

c = 299 792 458 m/s

Per recordar-ho més fàcilment, s’utilitza c = 300 000 000 m/s.

En l’aire, l’aigua o el vidre, la llum viatja més lentament que en l’espai buit. El quociententre la velocitat de la llum en el buit (c) i la velocitat de la llum en un medi determinat(v) es coneix com a índex de refracció (n) del medi:

n = c

v

Activitat resolta

La distància entre la Terra i la Lluna és de 384 400 km. Calcula el temps que tardaria un senyal lluminós a arribar a la Terra des del nostre satèl·lit.

La velocitat de la llum és c = 300 000 000 m/s i s = 384 400 km

En l’equació v =st

se substitueixen aqueixos valors:

300 000 000 m/s =384 000 000 m

tD’on, t = 1,28 s

LA LLUM ES PROPAGA EN LÍNIA RECTA

Una característica destacada de la llum és el fet que es propaga en línia recta. Açòes posa en evidència amb distints experiments.

Si s’observa un feix estret de llum com el que passa per un xicotet forat practicat enuna pantalla opaca, es veu que el feix és rectilini. És més, si es practica un segon foraten una altra pantalla i s’alineen ambdós forats amb la font lluminosa, es comprovacom la llum arriba a passar per tots dos.

Una altra prova de la propagació rectilínia de la llum és la formació d’ombres. Unaombra és una zona on no arriben els rajos de llum d’una font perquè hi ha un obstacle.Si es col·loca un objecte opac, com un llibre, davant d’una bombeta o un tub fluores-cent, s’observa que al voltant de l’ombra es forma una zona menys fosca, l’anomenadapenombra. Açò es produeix sempre que la font lluminosa siga extensa.

Un cas a gran escala d’ombres és el dels eclipsis. L’eclipsi solar es produeix quan laLluna s’interposa entre la Terra i el Sol, i projecta la seua ombra sobre la Terra. L’eclipsilunar es produeix quan és la Terra la que s’interposa i projecta la seua ombra sobrela Lluna, de manera que impedeix rebre els rajos solars.

CC

DD

Aire 1,003

Aigua 1,33

Quars 1,46

Polietilé 1,50

Vidre de plom o Flint 1,62

Diamant 2,4

Silicona 4,01

Taula 5.5 Índexs de refracció d’alguns

mitjans.

Penombra

Ombra totalOmbra nítida

Font lluminosa extensaFont lluminosa puntual

La llum es propaga en línia recta.Fig. 5.15

Formació d’ombres nítides i de penombres.

Fig. 5.16

5 REFLEXIÓ DE LA LLUM. ESPILLSQuan un raig de llum incideix sobre una superfície, com la d’un espill o l’aiguatranquil·la d’un llac, canvia la seua direcció i continua la propagació pel medi delqual provenia.

La reflexió és el canvi de direcció que pateix un raig de llum quan arriba a lasuperfície d’un cos.

El raig que arriba es coneix com a raig incident i el raig que ix, com a raig reflectit. La recta imaginària perpendicular a la superfície de reflexió, que passa pel puntd’incidència, es coneix com a normal. L’angle que forma el raig incident amb lanormal s’anomena angle d’incidència i el que forma el raig reflectit amb la normal,angle de reflexió (Figura 5.17).

• El raig incident, el raig reflectit i la normal són en el mateix pla.

• L’angle d’incidència és igual a l’angle de reflexió.

REFLEXIÓ ESPECULAR I REFLEXIÓ DIFUSA

Si la llum incideix sobre una superfície perfectament llisa, els rajos que arribenparal·lels ixen també paral·lels després de reflectir-s’hi. És la reflexió especular. Lasuperfície de l’aigua d’un llac tranquil produeix aquesta classe de reflexió.

En canvi, en superfícies rugoses, els rajos incidents paral·lels produeixen rajos reflec-tits que no són paral·lels entre si, pel fet que la inclinació de la superfície varia d’unpunt d’incidència a un altre. Rep el nom de reflexió difusa. La reflexió de la llumproduïda en un full de paper és de tipus difús.

ESPILLS

Els espills són objectes les superfícies dels quals s’han polit extremadament perquèproduïsquen reflexió especular de la llum que hi incideix. Un espill perfecte seriaaquell que reflectira totalment, de mode especular, la llum que hi incideix.

Espills plans

Si es col·loca un objecte davant d’un espill pla, es pot veure la seua imatge. Elsrajos que ixen de l’objecte arriben a l’ull després de reflectir-se i l’ull interpreta queels rajos procedeixen d’un punt imaginari darrere de l’espill, per això es diu quela imatge és virtual perquè s’ha format amb rajos no reals. Hi ha una altra classed’imatges anomenades reals. Aquestes imatges estan formades per la interseccióde rajos reals i es poden projectar en una pantalla com ocorre en un projector dediapositives o en el cine.

88

AA

BB

B1B1

x

x

100

Pantalla

Espill

Imatgeprojectada

Imatgereflectida

Objecte

Formació d’una imatge virtual (a) i d’una imatge real (b).

Fig. 5.19

a)

b)

Fig. 5.18 Reflexió especular (a) i reflexió difusa (b).

Superfície llisa

Raigs incidents

Raigs reflectits

Superfície rugosa

a) b)

Fig. 5.17 Reflexió d’un raig de llum.

Angle d’incidència

Angle dereflexió

Normal Raigreflectit

Raigincident

^r^ı

Experimenta amb espills amb les activitats que es proposen en el CD de l’alumne.

CD

101

Espills corbs

Hi ha dues classes d’espills corbs: còncaus i convexos.

Els espills còncaus estan corbats cap a dins i els convexos cap a fora. La part exteriord’una cullera molt polida es podria utilitzar com a espill còncau i la part exterior,com a convex.

• Tots els rajos paral·lels que arriben a un espill còncau es reflecteixen de formaque es concentren en un punt anomenat focus F. Per aqueixa raó es diu que elsespills còncaus són convergents.

• Els espills convexos es comporten de manera diferent. Reflecteixen els rajosparal·lels de manera que tots pareixen procedir d’un punt que també s’anomenafocus F. Els espills convexos són, per tant, divergents.

Els espills corbs són, en realitat, un tros d’una esfera. Com que l’esfera té un centre,en els espills corbs també es podrà definir un punt C com a centre de l’espill i co-rrespon al centre de l’esfera. El focus dels espills convergents i divergents està situaten el punt mitjà de l’eix que uneix el centre de l’espill amb el centre C de l’esfera. Lalínia que passa pel centre i pel focus d’un espill s’anomena eix.

Per a obtindre gràficament les imatges que es formen en els espills corbs, es potutilitzar el procediment representat en la figura:

D’acord amb les seues característiques, una imatge pot ser més gran o més menuda en comparació amb la grandària de l’objecte; dreta o invertida (si la imatge apareixcap per avall).

Els espills còncaus s’utilitzen com a reflectors en els fars dels cotxes. Amb els espillsconvexos es poden obtindre observacions panoràmiques de grans angles en super-mercats i encreuaments de carrers.

B2B2

Fig. 5.20 Espills còncaus i convexos.

5 El periscopi està format per dos espills plans. Serveix per a veure els ob-jectes als quals l’observador no té accés. Són típics els utilitzats en submarinso en trinxeres. Explica el seu funcionament utilitzant l’esquema de la figura.Si tens algun dubte, pots utilitzar distintes fonts d’informació, com ara llibres,enciclopèdies o Internet, per a comprendre com funcionen. Recorda que elsperiscopis s’utilitzen en submarins situats davall l’aigua per a veure objectesque són en la superfície.

Activitat

Visor

Espills

1 1

22

3

3

FC

F

C

F = focusC = centre

a b

Formació d’imatges en espills corbs: imatge real (a) i virtual (b).

Fig. 5.21

1 Raig paral·lel a l’eix i que passa pel focus. 2 Raig perpendicular a l’espill que passa pel seu centre.

3 Punt on tallen els rajos anteriors.

102

5 REFRACCIÓ DE LA LLUM. LENTS I PRISMES

La refracció és la desviació que pateix un raig de llum quan passa d’un medi aun altre, per exemple de l’aire a l’aigua, de l’aire al vidre o al revés.

El raig que arriba a la superfície de separació es coneix com a raig incident, i el queix del punt d’incidència i penetra en el segon medi s’anomena raig refractat.

També en el cas de la refracció és útil tindre en compte la normal o recta imaginàriaperpendicular a la superfície de separació dels dos medis en el punt de d’incidència.(Vegeu la Figura 5.22).

• El raig incident, el raig refractat i la normal són en el mateix pla.

• Quan la llum passa d’un medi a un altre en què es propaga a una velocitat menor,el raig refractat s’acosta a la normal, i se n’allunya, si ocorre al revés. Si el raigincideix perpendicularment a la superfície, no es desvia.

El fenomen de la refracció explica diversos fets, com que els objectes submergits enaigua ens pareguen corbats o desplaçats de la seua posició. Açò es pot comprovar ensubmergir una vareta en un got d’aigua. També explica que les piscines o els aquarisens pareguen menys profunds del que realment són.

LENTS

Les lents són objectes transparents que presenten corba almenys una de les seuescares. Quan la llum procedent dels objectes passa a través seu, produeix imatges.Igual que ocorre en els espills, les imatges formades poden ser reals o virtuals, demés o menys grandària que l’objecte, i dretes o invertides.

Normalment, es construeixen de vidre i són la base de la majoria d’aparells òptics:microscopis, telescopis, càmeres fotogràfiques, etc. També s’utilitzen per a corregirels defectes visuals tant en forma d’ulleres com de lentilles.

Es classifiquen en convergents i divergents.

• Lents convergents, si els rajos que hi entren paral·lels es troben en un punt al’eixida. Aquest punt s’anomena focus F de la lent.

• Lents divergents, si els rajos que hi entren paral·lels n’ixen separant-se entresi. El focus d’aquestes lents es troba prolongant aquests rajos divergents cap alcostat en què convergirien. S’anomena focus virtual F’.

L’eix d’una lent és la línia recta que passa pel focus i pel punt central de la lent.

En la Figura 5.23 es pot veure com les lents convergents són més gruixudes pel centreque pels extrems, mentres que en les divergents ocorre el contrari.

99

AA

r̂

i^

Llum

refra

ctad

a

Llum

inci

dent

Línia imaginària (normal)

Bicòncava Planocòncava ConcavoconvexaPlanoconvexaBiconvexa

Lent divergent. Focus virtual

Focus

Focus

Lent convergent. Focus real

Representació de la recta normal.Fig. 5.22

Trajectòria dels rajos de llum i situació del focus en una lent convergent (a) i en una de divergent (b).

Fig. 5.23

Tipus de lents segons la forma

de les seues cares.

Fig. 5.24

Aire

AiguaAigua

Aire

= Angle de refracció = Angle d’incidència

^r^ı

a)

b)

103

1

2

3

1

2

3

F C F’

F C F’

F C F’

FCF’

FCF’

FCF’

2

1

3

FORMACIÓ D’IMATGES

Per a obtindre gràficament les imatges que es formen en les lents convergents idivergents es donen els passos següents:

BB Sabies que... *Les populars lupes són lents convergents que produeixen imatges més grans que l’ob-jecte.

6 Dibuixa la trajectòria dels rajos de llum després de reflectir-se en cadascun dels espills següents. Tin en compteles lleis de la reflexió i ajuda’t amb un dibuix de la normal a la superfície de l’espill en el punt d’incidència dels rajos.

7 Dibuixa la trajectòria dels rajos de llum en passar a través de les lents següents:

8 Completa els dibuixos i indica els rajos de llum que ixen de les lents:

Activitats

Raig paral·lel a l’eix que passa pel focus F’

Punt on es tallen els rajos anteriors

Raig que passa pel centre de la lent i no es desvia

F = focusC = centre Fig. 5.25 Formació d’imatges.

Focus Focus

a) b)

104

5 DESCOMPOSICIÓ DE LA LLUM

En la Figura 5.26 pots veure que un raig de llum blanca, com la del Sol, es descom-pon en colors quan travessa un prisma transparent. Aquest fenomen s’anomenadispersió. També observaràs que la llum que més es desvia és la violeta i la quemenys ho fa és la roja.

En realitat, la llum blanca és una barreja de llums de diferents colors. Cadascuna espropaga amb una velocitat distinta. La més ràpida és la llum violeta i la més lenta, lallum roja. Quan les diferents llums es refracten, la llum violeta ho farà amb un anglesuperior al de la llum roja.

La dispersió pot veure’s també en la llum que travessa els diamants i altres pedresprecioses transparents, la qual cosa ocasiona les irisacions característiques. Així ma-teix, aquest fenomen és originat per les gotes d’aigua de pluja i forma en el cel elconegut arc de Sant Martí.

CC

9 Traça el camí d’un raig de llum monocolor quantravessa el sistema format pels dos prismes de la fi-gura:

10 Si el primer prisma de la figura següent descom-pon un raig de llum blanca en els seus components,dibuixa què ocorrerà si es disposa un segon prismaidèntic i invertit respecte al primer amb una de lesseues cares paral·leles.

Activitats

Normal

Raig incident

Descomposició de la llum blanca en colors (roig, ataronjat, groc, verd blau, anyil i violeta) en travessar un prisma.

Fig. 5.26Les gotes de pluja descomponen la llum igual que un prisma.

Fig. 5.27

En el CD trobaràs divertides activitats, anècdotes i curiositats per a facilitar i ampliar els teus coneixements.

CD

105

ELS COLORS

La llum blanca del Sol és una barreja de llums de diferents colors. S’ha descobertque qualsevol color que forma part de la llum blanca pot obtindre’s a partir de trescolors bàsics: roig, verd i blau. Aquests tres colors s’anomenen primaris perquè nopoden formar-se a partir dels altres colors que formen la llum blanca.

En la Figura 5.28 es pot observar que la combinació dels tres colors primaris pro-dueix llum blanca. A més, la suma de dos dels colors primaris dóna lloc a altres ques’anomenen secundaris.

El color dels objectes es produeix de forma diferent en els objectes transparents ien els opacs.

• Objectes transparents. Un vidre verd es veu d’aqueix color quan s’il·lumina ambllum blanca perquè el vidre absorbeix tots els colors de la llum excepte el verd.Aqueix color és l’únic que es transmet a través del vidre. En general, qualsevolcos transparent té un color determinat perquè absorbix tots els colors de la llumexcepte el seu.

• Objectes opacs. Un cos opac pot veure’s perquè la llum del Sol o de qualsevolaltra font s’hi reflecteix i arriba fins als nostres ulls. El color dels objectes opacses produeix per absorció i reflexió de la llum. Les fulles d’un arbre es veuen decolor verd perquè absorbixen tots els colors de la llum blanca i només reflecteixenel verd. Un objecte és de color blanc perquè reflecteix tots els colors de la llum.Si un cos absorbeix tots els colors, es veurà de color negre.

Un altre factor que influeix en el color d’un cos transparent o opac és el color de lallum que l’il·lumina. Si un vidre verd s’il·lumina amb llum blau, apareixerà negre per-què el vidre només pot transmetre la llum verda. Quan s’il·lumina amb llum roja unobjecte opac de color blanc, es veurà roig perquè el cos només reflectirà el roig.

DD

11 Explica de quin color es veurà:

a) Un vidre roig il·luminat amb llum blava.b) Un cos blau il·luminat amb llum blava.

12 Quins colors primaris s’absorbeixen i es reflec-teixen quan s’il·lumina amb llum blanca un paper roig?

13 Quins colors primaris s’absorbeixen i es transme-ten quan es mira un objecte blau a través d’un vidreverd?

14 Explica amb les teues paraules el fonament delcolor dels objectes, segons si són transparents o opacs.Posa’n exemples.

Activitats

La combinació dels tres colors primaris (roig, verd i blau) produeix llum blanca.

Fig. 5.28

Fig. 5.29 Color d’un cos transparent.

Fig. 5.30 Color d’un cos opac.

106

5 VISIÓ

L’ULL

La visió dels humans i de la majoria d’animals superiors constitueix el seu sentitmés desenvolupat i el que proporciona més informació del medi que ens envolta.Mitjançant la vista percebem la grandària, la forma i els colors dels objectes i tambéa quina distància són i com es mouen.

L’ull o globus ocular té forma esfèrica. Està rodejat per una capa opaca anomenadaescleròtica o «blanc de l’ull». La llum entra en l’ull per la còrnia, que és la part trans-parent de l’escleròtica. La quantitat de llum que hi penetra és regulada per l’iris. Lallum travessa una lent convergent, coneguda com a cristal·lí, que pot variar la seuadistància focal per a produir una imatge en la retina. En aquesta, la llum es transfor-ma en impulsos nerviosos que es transmeten al cervell. La retina està formada perdues classes de cèl·lules:

• Cons. Són sensibles a la llum de gran intensitat i proporcionen la visió dels co-lors.

• Bastons. S’estimulen quan la llum és molt dèbil (visió nocturna). Permeten lavisió en blanc i negre.

DEFECTES DE VISIÓ

Els problemes de visió que presenta normalment l’ull estan relacionats amb elcristal·lí, la lent que permet enfocar la imatge sobre la retina.

• Miopia. Un ull miop és més gros que un de normal. Per aqueixa raó, la imatgedels objectes llunyans es forma davant de la retina. Els miops hi veuen bé deprop, però la imatge dels objectes llunyans resulta borrosa. Es corregeix amblents divergents.

• Hipermetropia. Les persones hipermètropes veuen sense dificultat els objectesllunyans, però no els pròxims. En aquest cas, l’ull és més xicotet que un de normali la imatge dels objectes pròxims es forma darrere de la retina i no sobre seu. Pera corregir la hipermetropia s’utilitzen lents convergents.

• Astigmatisme. L’ull astigmàtic veu deformades les imatges dels objectes. Ladeformació és produïda per un defecte en la curvatura de la còrnia. Les lentscilíndriques permeten corregir l’astigmatisme.

1010

AA

BB

Iris

Retina

Còrnia

Pupil·laNerviòptic

EscleròticaFormació d’imatges en un ull miop segons la curvatura de la

còrnia i la lent correctora corresponent.

Fig. 5.31

Recorda les parts de l’ull amb els mots encreuats interactius del CD de l’alumne.

CD

107

CONTAMINACIÓ LUMÍNICAL’ús irresponsable de l’energia elèctrica ha generat un nou tipus de contamina-ció. Es coneix com a contaminació lumínica l’emissió directa o indirecta de llummolesta procedent de fonts artificials. Els seus principals tipus són la intrusió, l’enlluernament i la dispersió.

• La intrusió lumínica. Es produeix per entrada de llum artificial del carrer a l’interiordels habitatges a causa d’una il·luminació del carrer sense pantalles, o de fatxadesamb potents focus o de retolació lluminosa sovint rutilant o animada.

• L’enlluernament. Quan es passa a un ambient molt més il·luminat, els ulls tardenuns segons a adaptar-s’hi; durant aqueix temps es perd momentàniament la visió.L’enlluernament és més intens com més adaptada estiga la visió a la foscor. Sien molt poc de temps es passa d’una carretera fosca a un carrer molt il·luminat,els ulls s’enlluernen, aquesta és la causa de molts accidents de trànsit a la nit. Elconductor d’un cotxe pot ser enlluernat si es troba amb un altre cotxe que circulaen sentit contrari amb els llums mal regulats.

• La dispersió de la llum. Quan s’estudia en una habitació i s’utilitza un flexo, lallum il·lumina només una zona de la taula. Si es lleva la pantalla, la llum arribaa tota l’habitació. Quan els rajos de la llum nocturna d’una ciutat passen propd’algunes partícules contaminants, com la pols, els rajos es propaguen en totesdireccions i el cel s’il·lumina de la mateixa manera que ocorre en el cas del flexosense pantalla. Es diu que la llum s’ha dispersat. Aquest fenomen ocasiona l’halolluminós que recobreix les ciutats. Per exemple, l’halo de Madrid s’eleva 20 kmper damunt de la ciutat i el de Barcelona és perceptible a 300 km de distància,per la qual cosa es pot veure des de Mallorca.

RISCOS DE LA CONTAMINACIÓ LUMÍNICA

Els perills de tots els tipus de contaminació lumínica són:

— Desaparició de la nit. La foscor natural es fa rara.— Dificultat per a les observacions astronòmiques. La brillantor dels cossos celests

es perd entre els halos lluminosos contaminants.— Problemes d’orientació per a animals salvatges. S’han descrit casos d’aus migra-

tòries perdudes i de tortugues que equivoquen el lloc de la posta.— Problemes d’ansietat i agressivitat en les persones. S’estan fent estudis sobre la

influència d’aquesta il·luminació nocturna en els problemes d’insomni i en elsíndexs d’agressivitat i associabilitat.

— Excessiu consum d’electricitat i contribució al calfament global.— Risc d’accidents laborals i de trànsit. Pèrdua de seguretat i capacitat de resposta

en les persones.

MESURES CORRECTORES

La contaminació lumínica no pot eliminar-se completament perquè sempre hi ha unpercentatge de llum que el sòl reflecteix cap a l’atmosfera, però s’ha d’intentar queaquest percentatge siga el mínim possible. Es pot resumir en «utilitzar menys llumper a il·luminar millor». Entre altres accions, s’ha de fer el següent:

— Evitar l’emissió directa de llum cap al cel, utilitzar fanals orientats cap al sòl,bombetes ben apantallades i eficients, de potència suficient per a enllumenarel sòl, però no excessiva.

— Apagar els enllumenats ornamentals i els de grans espais exteriors que resulteninjustificables a partir d’una certa hora.

— Remodelar l’enllumenat, canviar peretes, variar-ne la inclinació i utilitzar dispo-sitius que eviten la dispersió de la llum fora de l’àrea que s’haja d’il·luminar.

1111

AA

BB

Il·luminació nocturna d’Europa vista des d’un satèl·lit.

Fig. 5.32

Halo lluminós nocturn de Barcelona.Fig. 5.33

3

108

5 ACTIVITATS FINALS

Per a repassar

1 En quins tipus de medis es transmet el so? Per què?

2 Defi neix freqüència d’un so. La nostra orella pot sen-tir tot tipus de freqüències?

3 Quina propietat del so varia si s’augmenta la seua freqüència? I si s’augmenta la seua amplitud?

4 Dedueix l’hora que marcarà un rellotge de manetes si en la imatge que es forma en un espill pla apareixen les hores següents:

a) Les 3. b) Les 6 i 20. c) Les 5 menys deu.

5 Traça el camí dels rajos de llum quan es troben amb les lents, prismes (seccions en blau) i espills (seccions en gris) de la fi gura següent:

6 Digues si són verdaderes o falses les afi rmacions se-güents:

a) La velocitat del so és constant i igual a 340 m/s.b) La velocitat de la llum és constant i igual a 300 000 000

m/s.c) Els espills sempre produeixen imatges invertides.d) Els prismes descomponen qualsevol tipus de llum.e) Les lents sempre produeixen imatges més grans que els

objectes.

7 Els espills còncaus utilitzats en el maquillatge pro-duïxen una imatge més gran que l’objecte. En quina posi-ció ha de col·locar-se un objecte per a donar lloc a aqueix tipus d’imatge?

8 Una actriu, que porta un vestit blanc i roig, és en un escenari il·luminat amb llum verda. De quins colors es veurà el seu vestit? I si la llum fora blava?

9 Classifi ca com a pertanyents als òrgans de l’orella o de la vista les estructures orgàniques següents:

a) Retina. c) Escleròtica. e) Pupil·la.

b) Iris. d) Tímpà. f) Cristal·lí.

Per a aplicar

10 Per a saber a quina distància ha caigut un raig es compta el temps que tarda en sentir-se el tro després de la resplendor del rellamp. Calcula a quina distància cau un llamp si es tarda 5 segons a sentir el tro.

11 Un vaixell en repòs envia impulsos sonors de 40 MHz mitjançant un sonar. Els polsos refl ectits per un submarí tarden 150 ms a retornar al vaixell. Si la velocitat del so en l’aigua de mar és de 1 540 m/s. Calcula la distància a la qual està el submarí.

12 L’índex de refracció de l’aigua de mar és d’1,38. Es disposen dos espills plans submergits en el mar separats 1 000 km i es fa incidir un raig làser sobre seu de manera que es refl ectisca alternativament en un i altre. Calcula quant tardaria el raig de llum concentrat a fer 1 000 re-fl exions en un dels espills.

13 Mart dista del Sol uns 228 000 000 km. La Terra, uns 150 000 000 km. S’espera que algun dia s’instal·len co-lònies humanes en la seua superfície. Calcula el temps mínim necessari, en el millor i en el pitjor dels casos, per-què els habitants marcians reben resposta des de la Terra quan intenten comunicar-s’hi.

14 Quant tarda la llum del Sol a arribar fi ns a nosaltres? I la de la Lluna? Pren 150 000 000 km i 384 000 km com a distàncies mitjanes.

Per a ampliar

15 Intenta donar una explicació al fet que la velocitat del so en l’aire augmente amb la temperatura.

16 Quan dos instruments musicals emeten la mateixa freqüència es diu que produeixen la mateixa nota. A pe-sar d’això, la nostra orella distingeix perfectament un violí d’una trompeta que interpreten la mateixa nota. Per què?

17 Diversos estudis suggereixen que l’encallament i la mort de cetacis en les platges és causat per l’ús de sonars en els vaixells de guerra i de pesca. Pots suggerir raona-ments sobre aquesta hipòtesi?

109

ACTIVITATS FINALS 5 18 Esbrina en què consisteix el qualifi catiu de «mach 1» o «mach 2» per a certs avions.

19 És correcte que en les pel·lícules de naus espacials se senta el soroll dels coets? Per què?

20 Per què els espills inverteixen l’esquerra amb la dreta però no el dalt amb el baix?

21 Esbrina quin tipus de lents s’usen per a corregir la miopia i la hipermetropia.

22 Per què creus que en els animals, els òrgans de l’oïda, igual que els de la visió, són parells i estan situats un a cada costat del cap?

23 El focus d’un espill corb és, igual que per a una lent, el punt on es troben realment o virtualment els rajos que produeixen la imatge. Dibuixa aqueixos rajos i troba els focus dels espills esfèrics següents:

CÀLCUL DE LA VELOCITAT DEL SO

La pràctica utilitza l’eco per a calcular la velocitat del so. Un experimentador mesura el temps que tarda el so a anar i tornar a un obstacle. Coneixent també la distància a aqueix obstacle es pot calcular la velocitat del so.

Procediment

• Es mesura la distància des d’on ens trobem fi ns a la paret o l’edifi ci on es refl ectirà el so. Es dóna un colp i es comprova que a la distància triada se sent perfecta-ment el seu eco.

• Un mètode poc exacte consisteix a donar un colp i me-surar amb el cronòmetre el temps que tarda a sentir-se l’eco. Si es mesura la distància d’anada i de tornada a la paret, la velocitat del so es troba dividint la distància pel temps mesurat amb el cronòmetre.

• Un mètode millor és aplaudir rítmicament mentre s’intenta compassar el ritme perquè cada colp coinci-disca amb l’eco de l’anterior.

• Quan s’ha aconseguit açò, es comença a comptar el temps i es continua aplaudint a aqueix ritme durant vint segons, per exemple, comptant el nombre de colps fets en aqueix temps.

Resultat

Si es dividixen els vint segons (o el temps que siga) pel nombre de colps fets en aqueix temps, s’obté el temps en-

tre colp i colp que és el temps que una ona sonora tarda a arribar a la paret, refl ectir-se i tornar.

Si ara es divideix l’espai d’anada i tornada sumada pel temps que ha tardat el so a anar i tornar, s’obté la seua velocitat.

Posa en pràctica

Material

• Un cronòmetre• Una paret o un edifi ci amb

un espai lliure davant seu d’uns 50 m (el pati de l’escola o un camp de joc)

110

55 RECERCA CIENTÍFICA5LA SUPERACIÓ DE LA SORDERALa pèrdua del sentit de l’oïda es presenta en diversos graus de gravetat i es pot deure a afeccions en distintes parts de l’orella. Apareix tant en xiquets de bolquers com en persones adultes encara que, com en la majoria de les malalties, el pas de l’edat n’accentua els símptomes i és molt estrany trobar persones ancianes que no presenten algun tipus de pèrdua d’audició. Aquesta pèrdua d’audició pot ser total o manifestar-se expe-rimentant algun o tots dels símptomes següents:

• Difi cultat per a entendre conversacions, sobretot quan hi ha diverses veus o soroll de fons.

• Sons estranys en les orelles, com ara brunzits, xiuxiuejos o ronc en les orelles (tinnitus o acúfens).

• Difi cultat per a entendre’s per telèfon o sentir la televisió o la ràdio a un volum normal.

• Aparició de caràcter irritable i sensació de fatiga causada per l’esforç per a sentir.

• Aparició de marejos o problemes d’equilibri.

Segons la part de l’orella afectada, la pèrdua d’audició es clas-sifi ca en conductiva i neurosensorial.

S’anomena conductiva quan afecta el conducte auditiu on alguna cosa impedeix que les ones sonores arriben a l’orella interna. Es pot deure a una varietat de problemes, inclosos l’acumulació de cerumen, les infeccions, l’acumulació de lí-quid en l’orella mitjana (infecció de l’orella o otitis mitjana) i la perforació del timpà.

La pèrdua d’audició neurosensorial es deu a lesions en les cèl·lules ciliades de la còclea o en el nervi auditiu. Les le sions poden ser hereditàries però també causades per l’edat i, natu-ralment, per agents com el soroll, les lesions, certes malalties i infeccions, medicaments tòxics o un traumatisme craneo-encefàlic.

També poden trobar-s’hi afeccions mixtes, combinació de neurosensorials i conductives.

La sordera conductiva pot corregir-se mèdicament o qui-rúrgicament la majoria de les vegades. En canvi, la neuro-sensorial no pot ser revertida, només pot ser pal·liada amb l’ús d’implants que comuniquen amb en el nervi auditiu o el cervell.

Els tipus de dispositius que ajuden l’audició són: els audiòfons i els implants.

Els audiòfons amplifi quen els sons perquè les orelles lesiona-des puguen detectar-los. S’instal·len completament o en part en el canal auricular i en l’orella o darrere seu. Tots consten dels mateixos components principals:

• Micròfon. Arreplega els sons i els converteix en senyals elèctrics.

• Amplifi cador. Augmenta la intensitat dels senyals del micròfon. Els fi ltres modifi quen els sons de manera que només s’amplifi ca els que són importants per a l’usuari.

• Altaveu. Converteix els senyals elèctrics en acústics, que l’usuari pot sentir.

• Microprocessador. En els audiòfons digitals es pot pro-gramar un microordinador per a manipular els senyals i adaptar-se a la pèrdua d’audició de cada usuari. Aquest microprocessador no existeix en els antics audiòfons analògics que, encara que poden regular-se en part, no permeten l’adaptabilitat dels digitals.

La grandària dels audiòfons actuals en comparació amb la dels primers aparells permet una implantació molt discreta en l’orella.

L’oclusió del canal auricular pel mateix cerumen i la brutícia pot causar pèrdua d’audició.

Timpà

Cerumen

Canalauricular

111

Els implants coclears són dispositius que s’utilitzen en el cas de sordera molt greu o profunda. Són dispositius electrònics que s’implanten, una part mitjançant cirurgia davall de la pell, i una altra part, externament darrere de l’orella. Un implant té les parts següents:

• Un micròfon que capta els sons.

• Un processador informàtic que selecciona i organitza els sons captats.

• Un convertidor estimulador que rep els senyals del pro-cessador i els convertix en impulsos elèctrics.

• Un conjunt d’elèctrodes que arrepleguen els impulsos de l’estimulador i els envia a distintes regions del nervi auditiu.

Un implant no restableix l’audició normal però proporcio-na una certa sensació d’oïda i una comprensió útil dels sons. Aquesta comprensió de sons que arriben al cervell s’ha d’educar i porta un temps aprendre o tornar a aprendre a «sentir». De totes maneres, permet a moltes persones entrar en l’univers sonor. Comencen per reconéixer senyals clares d’avís o perill i avancen reconeixent molts sons ambientals i, fi ns i tot, arriben a comprendre la parla tant en una conver-sació personal com per telèfon.

Els adults que en la seua joventut no han sigut sords, sovint, trauen partit de la seua memòria i poden associar els «nous sons» que senten a través de l’implant amb els «vells sons» que recorden. Açò moltes vegades els basta per a ajudar-los a comprendre la parla sense ajudes com el llenguatge de signes o la lectura de llavis.

Els xiquets menuts, després de col·locar l’implant necessiten una teràpia educativa intensa per a ajudar-los a adquirir les

habilitats de la parla i del desenvolupament social. La majoria dels xiquets que reben implants tenen edats entre dos i sis anys. Hui en dia es pensa que l’implant primerenc permet que el xiquet s’expose als sons durant el període crític en què aprenen a parlar i a adquirir habilitats lingüístiques.

Altres tipus d’implants menys freqüents són:

• Implants auriculars per a persones que no poden uti-litzar audiòfons.

• Implants de l’orella mitjana, que transmeten el so a l’orella interna per un micròfon darrere de l’orella.

• Audiòfons d’implant ossi, que condueixen el so cap a l’orella interna sense utilitzar el canal auditiu ni l’orella mitjana sinó un xicotet audiòfon vibrador fi xat a un pern de titani de 3-4 mm implantat en el crani, darrere de l’orella.

• Implants auditius en el tronc de l’encèfal, que són xi-cotets dispositius implantats quirúrgicament en el cer-vell d’una persona sorda a qui li falten o fallen els nervis auditius que condueixen el senyal sonor des de l’orella al cervell.

1 Busca informació sobre el llenguatge de signes i com el seu coneixement facilita la vida de les persones sordes.

2 Busca informació sobre els tipus d’implants més moderns que hi ha en l’actualitat.

Qüestions

Fotomicrografi a i esquema d’una cèl·lula ciliar del còclea, l’encarregada de convertir l’estímul sonor en impulsos nerviosos.

Components d’un implant coclear.

Impuls nerviós

Cèl·lula pilosa

Estereocilis

Neurona(terminal)

Nucli

Estimulador

Receptor

Transmissor

Microprocessador

Micròfon