Ona Sonora i Llum: Aplicacions, Contaminació i Propietats

Aplicacions de les Ones Sonores

Les ones sonores tenen diverses aplicacions pràctiques:

• Mesura de distàncies: El sonar utilitza ultrasons per calcular distàncies. Mesura el temps que triga un ultrasò a viatjar fins a un obstacle i a tornar (efecte eco), basant-se en el principi de reflexió.
• Medicina: L’ecografia és una tècnica de diagnòstic mèdic que consisteix a enviar ultrasons a diverses parts del cos. L’eco resultant és analitzat per un ordinador i transformat en imatges mèdiques, gràcies a la reflexió.
• Indústria: Els ultrasons d’alta intensitat s’utilitzen per eliminar bacteris i altres microorganismes. Són útils per netejar material quirúrgic, de laboratori, joies i sensors de càmeres, ja que eviten danyar superfícies delicades.

Contaminació Acústica

La contaminació acústica es produeix quan la intensitat sonora altera les condicions normals de l'ambient, perjudicant greument la qualitat de vida. Les fonts comunes inclouen:

• Trànsit intens
• Indústries
• Motors d’avions
• Discotèques

Els efectes de la contaminació acústica poden ser:

• Pèrdua de sensibilitat acústica
• Mal de cap
• Alteracions del sistema nerviós
• Augment de la pressió arterial
• Disminució de l'atenció
• Insomni

Per evitar-la, es poden implementar mesures com:

• Control dels nivells de soroll
• Instal·lació de pantalles acústiques
• Insonorització de locals d’oci
• Conscienciació ciutadana

La Llum

La llum és una forma d’energia emesa pels cossos que, en impressionar els òrgans de la vista, ens permet percebre-la.

Models de la Llum

• Model Ondulatori: Proposat pel físic holandès Christiaan Huygens, va permetre explicar la reflexió i la refracció. Considerava la llum com un conjunt d’ones.
• Model Corpusular: Proposat per Newton al 1704, es basava en la formació d’ombres. Newton es va preguntar com era possible que un cos que emet llum no perdés massa si aquesta estava formada per partícules. La seva teoria va ser inicialment abandonada.
• Dualitat Ona-Corpuscle: A principis del segle XX, Max Planck (amb l'estudi de la radiació del cos negre) i Albert Einstein (amb l'efecte fotoelèctric) van proposar que la llum es comporta com un conjunt de paquets d’energia anomenats fotons. Aquesta consideració va permetre explicar fenòmens que els models anteriors no podien. La llum té un comportament dual, manifestant-se com a ona en alguns fenòmens i com a partícula en d’altres.

Propagació i Velocitat de la Llum

• La llum es propaga en línia recta i en totes les direccions. La interposició d’un obstacle no transparent genera ombres i penombres.
• Les ones lluminoses són ones electromagnètiques transversals, ja que la seva direcció de propagació és perpendicular a les oscil·lacions elèctriques i magnètiques.
• La velocitat de la llum en el buit és de 300.000 km/s. Aquesta velocitat depèn del medi pel qual es propaga. La relació entre la velocitat de la llum en el buit (c) i en un altre medi (v) s’anomena índex de refracció (n), segons la fórmula: n = c / v.

Fenòmens Òptics

• Reflexió de la llum: És el canvi de direcció que experimenta la llum quan incideix obliquament sobre la superfície de separació de dos medis, sense abandonar el medi pel qual es propaga. Es compleixen dues lleis fonamentals:
  • Els angles d’incidència i reflexió són iguals.
  • El raig incident, el reflectit i la normal a la superfície estan en el mateix pla.
• Refracció de la llum: És el canvi de direcció que experimenta la llum en passar obliquament d’un medi a un altre. Les lleis de la refracció són:
  • El raig incident, el refractat i la normal a la superfície estan en el mateix pla.
  • Llei de Snell: Relaciona els angles d’incidència (î) i refracció (r) amb els índexs de refracció dels medis (n1 i n2): n1 x sin î = n2 x sin r.
• Dispersió de la llum: Es produeix per la refracció diferencial de les ones lluminoses de diferents freqüències en travessar un prisma. Cada freqüència es desvia amb un angle diferent. Un exemple és l’arc de Sant Martí, on la llum del sol es reflecteix i es refracta en les gotes d’aigua, mostrant tots els colors de l’espectre visible.

Espectre Electromagnètic i Interferències

• Espectre electromagnètic: Recull el conjunt de totes les radiacions electromagnètiques conegudes. Les ones per sota de la llum visible (com les ones de ràdio o microones) no són ionitzants i no causen danys al cos humà, a diferència de les radiacions ionitzants com la llum ultraviolada, els raigs X i els raigs gamma.
• Interferències: Són un fenomen ondulatori que es produeix quan dues ones de la mateixa naturalesa es propaguen per la mateixa regió de l’espai i se superposen, modificant la vibració resultant. Poden ser:
  • Constructives: Succeeixen quan les ones tenen la mateixa direcció, sentit, freqüència i longitud d’ona. L’amplitud resultant és la suma de les amplituds originals.
  • Destructives: Succeeixen quan les ones tenen la mateixa direcció, sentit, freqüència i longitud d’ona, però estan desfasades. L’amplitud resultant és la diferència entre les amplituds originals, podent arribar a cancel·lar-se mútuament.