Hello dear hive community! 😉
¡Hola querida comunidad de hive! 😉
Hace algunas semanas atrás hemos venido conociendo un poco sobre la luz, su comportamiento, el espectro electromagnético y otras cosas más; el día de hoy quiero hablarles un poco sobre los materiales transparentes.
A few weeks ago, we learned a little about light, its behavior, the electromagnetic spectrum, and other things. Today, I want to talk a little about transparent materials.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva // Image made with the graphic design and image composition website Canva.
Como ya sabemos, la luz es una onda electromagnética que porta energía, la cual es emanada de los electrones vibratorios en los átomos. Resulta que cuando ocurre el proceso de transmisión de la luz a través de la materia, algunos de los electrones son forzados a vibrar, es así como las vibraciones del emisor se transmiten y son ahora vibraciones en el receptor, es algo muy parecido a como se transmite el sonido. Entonces, la manera en la que un material receptor responde cuando le llega la luz, depende de la frecuencia de la misma y también de la frecuencia natural de los electrones en el material, es importante saber que la luz visible vibra a una frecuencia bastante alta, aproximadamente 100 billones de veces por segundo y para que un objeto pueda responder a la rapidez de esas frecuencia debe tener muy poca inercia, ya que la masa de los electrones es tan diminuta ellos pueden vibrar en dicha frecuencia.
Materiales tales como el vidrio y el agua permiten que la luz se propague entre ellos en líneas rectas, por lo que se puede decir que son transparentes a la luz. Para comprender cómo pasa la luz por un objeto transparente, imaginemos los electrones en los átomos de materiales transparentes como si se encontraran unidos a su núcleo con resortes, cuando una onda luminosa incide sobre ellos, sus electrones se ponen en vibración.
As we already know, light is an electromagnetic wave that carries energy, which is emitted by vibrating electrons in atoms. When light is transmitted through matter, some of the electrons are forced to vibrate, and this is how the vibrations from the emitter are transmitted and become vibrations in the receiver, much like how sound is transmitted. Therefore, the way in which a receiving material responds when light reaches it depends on the frequency of the light and also on the natural frequency of the electrons in the material. It is important to know that visible light vibrates at a fairly high frequency, approximately 100 trillion times per second, and for an object to respond to the speed of these frequencies, it must have very little inertia, since the mass of electrons is so tiny that they can vibrate at that frequency.
Materials such as glass and water allow light to propagate between them in straight lines, so they can be said to be transparent to light. To understand how light passes through a transparent object, imagine the electrons in the atoms of transparent materials as if they were attached to their nucleus with springs. When a light wave strikes them, their electrons begin to vibrate.
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Ahora bien, los materiales elásticos responden más a vibraciones de determinadas frecuencias que a otras; por ejemplo, los timbres de las campanas suenan a determinadas frecuencias, los diapasones vibran también a una determinada frecuencia, y los electrones de los átomos y las moléculas de igual forma vibran a una determinada frecuencia. No obstante, las frecuencias naturales de vibración de un electrón dependen de lo fuertemente que esté enlazado con su átomo o molécula. Los diferentes átomos o moléculas tienen diferentes “intensidades de resorte”.
Si volvemos al tema del vidrio es importante resaltar que los electrones de los átomos en él, tienen una frecuencia natural de vibración en la región ultravioleta; es decir, cuando las ondas ultravioleta llegan al vidrio ocurre una resonancia y por ende, la vibración de los electrones crece a grandes amplitudes, de la misma manera como cuando se empuja a un niño en un columpio su frecuencia de resonancia aumenta la amplitud del vaivén del columpio. Es por ello, que la energía que recibe cualquier átomo en el vidrio la reemite, o la transfiere mediante choques a los átomos vecinos, los átomos resonantes en el vidrio tienen la capacidad de retener la energía de la luz ultravioleta durante mucho tiempo, durante dicho tiempo, el átomo puede recibir alrededor de 1 millón de vibraciones y choca con los átomos vecinos, esto hace que ceda su energía en forma de calor, es por ello que el vidrio no es transparente a los rayos ultravioletas.
However, elastic materials respond more to vibrations of certain frequencies than to others; for example, bell chimes sound at certain frequencies, tuning forks also vibrate at a certain frequency, and electrons in atoms and molecules likewise vibrate at a certain frequency. However, the natural frequencies of vibration of an electron depend on how strongly it is bound to its atom or molecule. Different atoms or molecules have different “spring strengths.”
Returning to the subject of glass, it is important to note that the electrons in its atoms have a natural vibration frequency in the ultraviolet region; that is, when ultraviolet waves reach the glass, resonance occurs and, therefore, the vibration of the electrons increases to large amplitudes, in the same way that when a child is pushed on a swing, its resonance frequency increases the amplitude of the swing's back-and-forth motion. This is why the energy received by any atom in the glass is re-emitted or transferred through collisions with neighboring atoms. The resonant atoms in the glass have the ability to retain the energy of ultraviolet light for a long time. During this time, the atom can receive around 1 million vibrations and collide with neighboring atoms, causing it to release its energy in the form of heat. This is why glass is not transparent to ultraviolet rays.
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Sin embargo, cuando se presentan frecuencias de ondas menores, tales como las de la luz visible, los electrones de los átomos del vidrio son forzados a vibrar con menor amplitud, retienen por menos tiempo la energía, por ende existe menos probabilidad de choque con los átomos vecinos, y menos energía se transforma en calor. Esto quiere decir, que la energía de los electrones vibratorios se reemite en forma de luz, que el vidrio es transparente a todas las frecuencias de la luz visible por lo que la luz reemitida que logra pasar de uno a otros átomos es idéntica a la frecuencia de la luz que produjo la vibración de la fuente original, pero es importante saber que hay una pequeña demora entre la absorción y la remisión de la luz.
Cabe destacar, que dicha demora es la causante de una menor rapidez media de la luz a través de un material transparente; cuando la luz se propaga a distintas rapideces cuando pasa por distintos materiales. Cuando se habla de rapidez promedio ya que la rapidez de la luz en el vacío, bien sea en el espacio interestelar o en el espacio entre moléculas de un trozo de vidrio, es una constante de 300.000 km/s, es a lo que se le conoce como rapidez de la luz. Esta rapidez es un poco menor en la atmósfera que en el vacío, en el agua se propaga al 75% de su rapidez en el vacío y en el vidrio se propaga un poco menos que en el agua, según también la clase de vidrio, pero cuando la luz sale de esos materiales al aire se propaga a su velocidad original.
However, when lower wave frequencies are present, such as those of visible light, the electrons in the glass atoms are forced to vibrate with less amplitude, retain energy for less time, and therefore there is less probability of collision with neighboring atoms, and less energy is transformed into heat. This means that the energy of the vibrating electrons is re-emitted in the form of light, that glass is transparent to all frequencies of visible light, and that the re-emitted light that manages to pass from one atom to another is identical to the frequency of the light that produced the vibration of the original source. However, it is important to note that there is a slight delay between the absorption and re-emission of light.
It should be noted that this delay is the cause of a lower average speed of light through a transparent material, as light propagates at different speeds when passing through different materials. When we talk about average speed, since the speed of light in a vacuum, whether in interstellar space or in the space between molecules in a piece of glass, is a constant of 300,000 km/s, this is what is known as the speed of light. This speed is slightly lower in the atmosphere than in a vacuum. In water, it propagates at 75% of its speed in a vacuum, and in glass it propagates slightly less than in water, depending on the type of glass, but when light leaves these materials and enters the air, it propagates at its original speed.
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Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y deseo ver en los comentarios sus opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico
In closing, I hope that the topic is to the readers' liking and I hope to see in the comments your opinions and significant contributions that will help to broaden the topic and generate a critical and enriching debate for the satisfactory dissemination of scientific knowledge.
Referencias
Halliday, D; Resnick, R & Krane K. (1999). Física Volumen 2. Compañía Editorial Continental: México.
Hewitt, P. (2007). Física Conceptual. Pearson Educación: México.
References
Halliday, D; Resnick, R & Krane K. (1999). Physics Volume 2. Continental Publishing Company: Mexico.
Hewitt, P. (2007). Conceptual Physics. Pearson Education: Mexico.
Translator Deepl
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