Walter Lewin Dispersión Rayleigh Español VOS

Summary

En este fascinante script de video, se explica el fenómeno de la dispersión Rayleigh, que causa que el cielo aparezca azul y el sol rojo durante el amanecer y el atardecer. Mediante demostraciones con humo de cigarrillo y partículas en un recipiente, se ilustra cómo las partículas muy pequeñas dispersan la luz azul con mayor probabilidad que la roja. Además, se menciona la polarización de la luz y cómo la contaminación del aire puede afectar la belleza de los atardeceres, dejando a los espectadores con una nueva apreciación por los fenómenos de la física y la atmósfera.

Takeaways

• 🌈 La luz blanca, como la luz del sol, está compuesta de todos los colores del arcoíris.
• 🔬 La dispersión de Rayleigh ocurre cuando las partículas son más pequeñas que una décima de un micrón y afecta principalmente a la luz azul.
• 🌐 La fórmula de la potencia de la dispersión de Rayleigh es proporcional a 1/λ^4, donde λ es la longitud de onda de la luz.
• 🔵 La luz azul tiene una probabilidad cinco veces mayor de ser dispersada que la luz roja debido a su longitud de onda más corta.
• 🚬 Una demostración con humo de cigarrillo ilustra cómo la luz azul predomina en la dispersión de Rayleigh.
• 🌫️ El crecimiento de las partículas de humo debido a la precipitación de vapor de agua muestra la transición de dispersión de Rayleigh a Mie.
• ☁️ Las nubes son blancas debido a la dispersión de Mie, donde las partículas son más grandes y dispersan todas las longitudes de onda de manera igual.
• 💙 El cielo es azul porque la luz azul se dispersa más que la luz roja debido a la presencia de partículas pequeñas en la atmósfera.
• 🌇 Durante el amanecer y el atardecer, la luz del sol se ve roja debido a que la dispersión de Rayleigh absorbe las longitudes de onda más cortas, dejando solo la luz roja.
• 🌌 La presencia de partículas en el aire, como en la contaminación o erupciones volcánicas, puede hacer que los atardeceres sean más brillantes y coloridos.
• 🚀 El experimento con ácido sulfúrico y sulfato de sodio muestra cómo la luz cambia de azul a rojo a medida que se forman partículas más grandes.
• 📚 La polarización de la luz dispersada también se menciona, mostrando cómo la luz azul dispersada a 90° es polarizada linealmente.

Q & A

¿Qué compone la luz blanca del sol?

La luz blanca del sol está compuesta de todos los colores que se ven en el arcoíris.

¿Qué es la dispersión de Rayleigh y cómo se produce?

La dispersión de Rayleigh es un fenómeno físico que ocurre cuando las partículas por las que se dispersa la luz blanca son más pequeñas que una décima de un micrón, lo que resulta en una dispersión preferencial de la luz azul en comparación con la roja.

¿Cuál es la relación entre la dispersión de Rayleigh y el tamaño de las partículas dispersoras?

La dispersión de Rayleigh solo ocurre cuando las partículas son más pequeñas que una décima de un micrón. Si las partículas son más grandes, como media micrón, no hay dispersión preferencial y todas las luces se dispersan igualmente.

¿Cómo varía la potencia de la dispersión de Rayleigh con el tamaño de onda de la luz?

La potencia de la dispersión de Rayleigh está proporcionada al inverso cuadrado del tamaño de onda al cuadrado ( P ∝ 1/λ^4 ), lo que significa que la luz azul, con un tamaño de onda más corto, se dispersa con una probabilidad mucho mayor que la luz roja.

¿Por qué el humo de un cigarrillo muestra la dispersión de Rayleigh cuando se enciende la luz?

El humo de un cigarrillo contiene partículas más pequeñas que una décima de un micrón, lo que provoca que la luz azul se disperse más que la luz roja, mostrando un color azul predominante.

¿Qué sucede con las partículas de humo cuando se inhalan y se retienen en los pulmones?

Cuando se inhala el humo y se retiene en los pulmones, el vapor de agua presente en ellos se precipita sobre las partículas de humo, haciéndolas crecer y convertirse en gotas de agua más grandes que 0.5 micrones, lo que lleva a una dispersión no selectiva y, por lo tanto, a la visión de una luz blanca al exhalar.

¿Cómo se explica el color azul del cielo y el color blanco de las nubes?

El cielo es azul debido a la dispersión de Rayleigh de las partículas de polvo y moléculas del aire en la atmósfera, que dispersan principalmente la luz azul. Las nubes son blancas porque están formadas por gotas de agua más grandes que 0.5 micrones, que causan una dispersión no selectiva, manteniendo la luz blanca del sol.

¿Por qué el sol se ve rojo durante el amanecer y el atardecer?

Durante el amanecer y el atardecer, el sol está muy bajo en el horizonte y la luz tiene que recorrer una atmósfera más gruesa, lo que dispersa la luz azul y verde, dejando que la luz roja, con el mayor tamaño de onda, llegue hasta nuestros ojos.

¿Cómo afecta la contaminación en el aire la belleza de los amaneceres y atardeceres?

La contaminación en el aire aumenta la cantidad de partículas, lo que intensifica la dispersión de la luz azul y verde, dejando que la luz roja sea más prominente y creando atardeceres y amaneceres más coloridos.

¿Qué demostración se realiza con el bicarbonato de sodio y el ácido sulfúrico en el experimento final?

Se mezcla bicarbonato de sodio con ácido sulfúrico para crear partículas de sulfuro. Al principio, estas partículas son pequeñas y causan dispersión de Rayleigh, mostrando luz azul. A medida que se agrega más ácido, las partículas crecen y la luz se vuelve roja, simulando un atardecer rojo.

¿Por qué la luz dispersada a un ángulo de 90° es polarizada linealmente?

La luz dispersada a un ángulo de 90°, como en el caso de la luz del cielo azul, es polarizada linealmente debido a la naturaleza de la interacción de la luz con los partículas dispersoras en el aire.

Outlines

00:00

🌞 La dispersión de la luz y el cielo azul

El primer párrafo explica el fenómeno de la dispersión de la luz, que es el proceso por el cual la luz blanca, similar a la luz del sol, se separa en sus colores componentes al interactuar con partículas muy pequeñas. Se menciona que la luz azul se dispersa más que la luz roja debido a su longitud de onda más corta. Se describe un experimento donde el humo de un cigarrillo, formado por partículas pequeñas, causa que la luz azul se disperse de manera visible, demostrando la dispersión de Rayleigh. Además, se introduce la ecuación que relaciona el poder de dispersión con la inversa al cuadrado del四次方 de la longitud de onda de la luz.

05:01

🌫️ El cielo azul y las nubes blancas

El segundo párrafo profundiza en la explicación de por qué el cielo es azul y las nubes son blancas. Se menciona que las nubes están formadas por gotas de agua más grandes que 0.5 micrones, lo que provoca una dispersión isótropa, es decir, sin preferencia por ningún color específico, resultando en la luz dispersa que se ve como blanca. En contraste, el cielo se ve azul debido a la dispersión de Rayleigh por partículas y fluctuaciones de densidad del aire, que son más pequeñas que 0.1 micrones. Además, se explica que en condiciones de puesta de sol, donde la luz del sol atraviesa más atmósfera, la luz azul es dispersada en mayor medida, dejando que la luz roja sea la que predomina, dando un tono rojo al sol y a los objetos afectados por esta luz.

10:03

🌅 Creando un atardecer rojo y un cielo azul

El tercer párrafo describe un experimento que simula la creación de un cielo azul y un atardecer rojo. Se utiliza una solución de sulfato de sodio y ácido sulfúrico para generar partículas de sulfuro que, al principio, son pequeñas y causan una dispersión predominantemente azul. A medida que se generan más partículas mayores, la luz azul se dispersa menos y predomina la luz roja, simbolizando un atardecer. El experimento también demuestra la polarización de la luz dispersa, un detalle que no se menciona en el experimento del humo de cigarrillo.

15:03

🚀 Despedida en estilo

El último párrafo es una conclusión emotiva del discurso, donde el orador expresa su afecto por el lugar y su tristeza por dar su última conferencia. Como un homenaje final, decide regalar a su audiencia un atardecer rojo y un cielo azul, y para los físicos presentes, también demuestra la polarización de la luz. Termina su discurso con un toque romántico, prometiendo dejar el lugar en su 'cohete privado', lo que provoca una ovación y muestra el aprecio de su público.

Keywords

💡Luz blanca

La luz blanca es un concepto fundamental en el video, que se compone de todos los colores del arcoíris. Es mencionada para explicar el principio de la dispersión de la luz, donde la luz blanca se dispersa al encontrar partículas pequeñas en el aire, como el humo de un cigarrillo o las partículas de polvo, resultando en una luz azul predominante debido a la dispersión de Rayleigh.

💡Dispersión de Rayleigh

La dispersión de Rayleigh es el proceso por el cual la luz blanca se separa en sus colores componentes cuando se dispersa por partículas muy pequeñas. El término es central en el video, ya que se utiliza para explicar por qué el cielo es azul y por qué la luz se ve más azul cuando hay humo o partículas en el aire, como se demuestra en la demostración con el cigarrillo.

💡Partículas

Las partículas son mencionadas en el video como agentes de dispersión de la luz. Se describe que la luz azul es dispersada con mayor probabilidad que la luz roja debido a las dimensiones de las partículas, que deben ser más pequeñas que una décima de un micrón para causar dispersión de Rayleigh.

💡Luz azul

La luz azul es un color que se destaca en el video, ya que tiene una probabilidad cinco veces mayor de ser dispersada que la luz roja debido a su longitud de onda más corta. El video ilustra este concepto con la demostración del cielo azul y el sol rojo durante el atardecer.

💡Luz roja

La luz roja es mencionada en el contexto de la dispersión de la luz durante el atardecer, cuando la luz del sol tiene que recorrer una distancia más larga a través de la atmósfera, lo que resulta en una mayor dispersión de colores con longitudes de onda más cortas, dejando la luz roja como la predominante.

💡Atmósfera

La atmósfera es el escenario donde ocurre la dispersión de la luz, como se describe en el video. La luz del sol entra en la atmósfera y se dispersa por las partículas y fluctuaciones de densidad del aire, lo que resulta en el color azul del cielo y el rojo del sol durante el amanecer y el atardecer.

💡Polarimetry

El polarímetro es una herramienta utilizada en el video para demostrar la polarización lineal de la luz dispersada. Se menciona durante la demostración donde la luz azul del cielo se oscurece y se ilumina al girar el polarímetro, mostrando cómo la luz dispersada a un ángulo de 90° se polariza.

💡Cigarrillo

El cigarrillo se utiliza en el video como un ejemplo práctico de dispersión de Rayleigh. El humo del cigarrillo, que contiene partículas pequeñas, dispersa la luz y muestra el cielo azul, ilustrando cómo la luz azul es más susceptible a la dispersión que la luz roja.

💡Sulfato de sodio

El sulfato de sodio es mencionado en el video como un compuesto que se disuelve en ácido sulfúrico para crear partículas que causan dispersión de Rayleigh. Esta reacción se utiliza en una demostración para transformar un cielo blanco en azul y luego en rojo, simulando el proceso de crepúsculo.

💡Ácido sulfúrico

El ácido sulfúrico se agrega al sulfato de sodio en el video para generar partículas que dispersan la luz. A medida que se agrega más ácido, las partículas crecen y cambian el color de la luz dispersada, pasando del azul al rojo, simbolizando el cambio de colores en el cielo durante el atardecer.

💡Cohete privado

El cohete privado es una referencia al final del video, donde el presentador decide 'salir en estilo' de su último讲座 en el MIT, usando una metáfora para describir su partida de una manera impactante y memorable, dejando a los espectadores con una imagen fuerte y simbólica.

Highlights

Sunlight is composed of all the colors seen in a rainbow.

Rayleigh scattering occurs when white light scatters off very small particles.

Blue light is scattered more than red light due to its shorter wavelength.

The power of scattering is proportional to 1/λ^4, where λ is the wavelength of light.

Blue light has a wavelength about 1.5 times shorter than red light, leading to five times higher scattering probability.

Demonstration of Rayleigh scattering using cigarette smoke particles.

When smoke particles grow larger than 0.5 microns, they enter the Mie scattering domain.

Mie scattering results in white light when particles are larger than a certain size.

Explanation of why the sky appears blue and clouds appear white.

At sunrise or sunset, the sunlight has to pass through more atmosphere, scattering more blue light.

Pollution and volcanic eruptions can lead to more vibrant sunsets due to increased scattering.

Demonstration of creating a blue sky and a red sunset using sodium thiosulfate and sulfuric acid.

Light scattering over a 90° angle results in linearly polarized light.

The experiment shows the transition from Rayleigh to Mie scattering and the resulting color changes.

The lecturer's final lecture in 26-100 and his dramatic exit in a private rocket.

Transcripts

white

light like

sunlight is composed of all the colors

that you see in the

rainbow if I scatter white light of very

small particles then the blue light is

scattered more than the red light and we

give that a name in physics we call that

ra

scattering ra scattering only happens

when the particles of which the white

light scatters is smaller than a tenth

of a micron that means thousand times

smaller than the thickness of your hair

so it has to be very very small if it is

if the particles are as large as half a

micron then there is no longer ra

scattering there is no preferred

scattering for the blue light all colors

scatter equally and so white light

scattered of particles that are half a

micron or larger remains

white the

dependence of the power of scattering so

I'll give that P the power is

proportional when we have R

scattering this is the only equation

that may bother you to one over lbda to

the 4 and LDA is the wavelength of light

and I will not bother you to tell you

what the wavelength of light is that may

confuse you but I will tell you that

blue

light has a wavelength which is about

1.5 times lower than red

light and so if you take 1.5 to the

power 4 excuse me yeah 1.5 to the^ 4 you

get five and that means in ra scattering

blue light has a five times higher

probability to scatter than red

light and I'm going to demonstrate that

to you in two complete different

ways the first way that I'm going to do

that is to make it completely dark in

the lecture hole and have life going

straight up

here then I will light a cigarette

and the smoke of a cigarette has

particles that are smaller than a TENS

of a

micron and so the light that you will

see that is scattered of the smoke will

be

blue so you have seen in front of your

own eyes rain scattering because the red

light more or less goes through it is

really the blue that dominates it that

has the highest

probability so we're first going to do

that demonstration to show you radi

scattering of cigarette

smoke and then I have a surprise for you

to also show you me scattering but let's

first do the r scattering with cigarette

smoke this is also not a pleasant

demonstration for those of you who think

that

lecturing is easy no

[Applause]

okay

going to make it completely dark and

then I'm going to hold it in

there all lights off all off all

off so we all agree that this is white

light which is coming up and you don't

see the light here because there is

nothing that scatters it in your

direction so you don't see light here

but now

look those of you who see blue say yeah

yeah those of you who do not see blue

say

no you better see an eye

doctor now comes the hardest

part if I inhale the

smoke and I leave it in my lungs for a

minute there is water vapor in my lungs

and this water vapor will precipitate

onto these very small smoke particles

and so the smoke particles will grow

they will become small water drops

larger than 0.5 microns and that means

if I hold it one minute in my loans and

puff it out you will not see blue light

but you will see white light because

you're now in the me scattering domain

all colors scattered

equally I will tell you that just before

I puff it out and you will see

the white smoke I will just before I do

that I will remind you of the color that

you see now I will only do that for a

few seconds then I will remove it and I

will empty my

lungs terrible demo

[Applause]

who saw the white light just say

yes if anyone of

you has the courage to say

no who did not see white

light thank

you and now

going to explain to you in

fact you could probably guess

that by the sky is

blue and why clouds are white clouds

consist of very small water drops surely

larger than half a micron which is me

scattering so the white light of the

sun scattered of the cloud white remains

white so you now for the first time in

your life may have an explanation why

clouds are

white and you should or may also

understand now

why the sky is

blue here is the ground and you are here

and here is say roughly the top of the

atmosphere and the sunlight comes in

like this sun is infinitely far away so

the Sun

comes in like

this the

atmosphere is full of very small dust

particles smaller than the tens of a

micron and even the density fluctuations

of the air molecules themselves are

clearly smaller than the tens of a

micron and so you get ideal ra

scattering so white light comes in you

standing here but what is the light that

comes to you predominantly blue so the

sky is blue the light that is scattered

here comes to you is predominantly blue

so that's why the sky is blue and so the

reason is simply that it rainy

scattering of the Dust particles in the

atmosphere if the Sun is high in the sky

the total amount of sunlight that is

scattered in your direction is only 1%

so it's very little if the Sun is five

degrees above the Horizon then the

sunlight has to travel through a lot

more

atmosphere and so I think here a

situation which is Extreme when we have

sunrise or

Sunset so the sun is there and the light

comes from this side and you are

standing here this is not too scale

this layer of atmosphere is now so

enormously large that more than

99% of all the sunlight on the way to

you is scattered

away so what is scattered away the blue

is gone but if you look at one overlap

that through the fource the green is

gone all colors are gone there's only

one color which has the largest

wavelength

which by the way is 650 nanometers I

wasn't supposed to tell you but I

decided so the only light that makes it

through

you is

red and so that is the reason why the

sun looks red and this there is a cloud

here in the sky and that cloud sees

light where all the

low small wavelengths have been

scattered out and so this site of the

cloud is also red you can now understand

that the more pollution there is in the

air the more beautiful sunsets

are and it is well known that after

volcanic eruptions the sunsets and the

sunrises are truly

fantastic it's also the Moon that is red

when it comes up and even the stars and

the planets you may never have noticed

it because it's not overwhelming thing

it is the Sun that is the overwhelming

thing that makes the entire sky

red and so I have decided that I'm going

to create in

2600 a blue sky for you and a red

sunset killing two birds with one

stone and for the physicist in my

audience I'm going to kill three birds

with one stone but the third birth comes

a little

later I have here a bucket which is

filled with sodium tho

sulfate in this

bucket and when I turn the light

on you will not even see any light from

that bucket nothing is scattered in your

direction I think of that as being the

Sun by the

way now I'm going to add a little bit of

sulfuric acid it and when I do that very

small sulfur particles smaller than a

TENS of a micron will precipitate in

that

solution radi scattering and so the

light that will come to you is

blue and you will see blue light just

like with the

smoke but now as time goes on we will

get more and more and more and more more

of those 0.1 Micron

particles and so the light that comes

out here has no blue in it anymore it

doesn't have any green in it anymore

it's all scattered in your direction

just like here with the sunset so what

color do you think the Sun is going to

get it's going to be red that's why I

said I'm going to kill two birds with

one

stone so I will add

the sulfuric acid

the difficulty with this experiment is

always if you put too much sulfuric acid

in it the whole process goes too fast

and if you put too little in it then you

will become impatient at least MIT

students would so I'm going to put this

in and

stir and then make it immediately

dark and I want you to look at the sky

which is here is the sky if you sit all

the way there you don't see it so well

but look how much did you pay for this

these people have a better

view so just keep looking for

me it's already beginning to turn little

bluish we'll just give it a little bit

more time the sun looks just white light

as it was before

I always have a backup you see if this

takes too long then what I do I add

another teeny weeny little bit of

sulfuric

acid to speed up the process a little

I see blue light and when I look at the

sun it looks a little redish

already for the physicist among you

light that scatters over an angle of

90° this light that scatters in this

direction the people who pay the most

tonight who are sitting right here the

light is also linearly polarized that

was also the case with the road with the

smoke experiment but I didn't mention

that but for those of you who are

sitting here I can show you with my

polarimeter when I rotate my polarimeter

that I can the Blue Sky completely dark

and I can the Blue Sky completely bright

again the people who are sitting there

the angle of scattering is not

90° so they won't see it Soo well but

you people see it very well don't

you 100% polarized

look at that

son let's face it isn't this incredibly

romantic in

2600 the center of

MIT you are seeing in the lexah hole a

red

sunset and in fact the sun is so

read now that I think the sunset is very

close

[Applause]

I have

given in this lecture

hall about 800

lectures and it is

wonderful to be back

here but it really

hurts to

know that this is my last lecture in

26100 I have therefore

decided that I want to leave you in

style

and the way I will do that is to leave

26100 in my own private rocket

[Applause]

[Applause]

thank

you thank

[Applause]

you e