Blogia
petalofucsia

Pensamiento mágico8

PENSAMIENTO MÁGICO8: EL OJO Y EL REFLEJO DEL MUNDO. El ojo es un órgano que detecta la luz, por lo que es la base del sentido de la vista. Se compone de un sistema sensible a los cambios de luz, capaz de transformar éstos en impulsos eléctricos. Los ojos más sencillos no hacen más que detectar si los alrededores están iluminados u oscuros. Los más complejos sirven para proporcionar el sentido de la vista.

Ojo

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Para otros usos de este término, véase Ojo (desambiguación).
Ojos de un gato, especialmente adaptados a condiciones de escasa luminosidad.

El ojo es un órgano que detecta la luz, por lo que es la base del sentido de la vista.

Se compone de un sistema sensible a los cambios de luz, capaz de transformar éstos en impulsos eléctricos. Los ojos más sencillos no hacen más que detectar si los alrededores están iluminados u oscuros. Los más complejos sirven para proporcionar el sentido de la vista.

Los ojos compuestos se encuentran en los artrópodos (insectos, arácnidos, miriápodos, crustáceos, etc.) y están formados por muchas facetas simples llamadas omatidios que dan una imagen en mosaico (no imágenes múltiples, como a menudo se cree).[1]

En la mayoría de los vertebrados y algunos moluscos, el ojo funciona como una cámara, proyectando imágenes en la retina, donde la luz se transforma gracias a unas células llamadas fotorreceptoras en impulsos nerviosos que son trasladados a través del nervio óptico al cerebro.[2]

Contenido

[ocultar]

Invertebrados [editar]

Imagen al microscopio del ojo de un insecto en la que se visualizan los omatidios.

Los invertebrados pueden presentar en general dos tipos de ojos, ojos simples a veces llamados ocelos y ojos compuestos. Solo en algunos grupos como los cefalópodos o las arañas saltadoras existen órganos visuales muy desarrollados que se aproximan a los de los vertebrados.

  • Los ojos simples u ocelos son pequeñas cavidades con una sencilla retina y cubiertos por una córnea transparente. Su rendimiento óptico es muy limitado.
  • Los ojos compuestos están constituidos por múltiples elementos equivalentes llamados omatidios que se agrupan de tal forma que cada uno apunta en una dirección diferente y entre todos cubren un ángulo de visión más o menos amplio.

Cada omatidio es una estructura independiente que contiene varias células sensibles a la luz, situadas detrás de elementos ópticos transparentes que cumplen la función que la córnea y el cristalino desempeñan en los ojos de los vertebrados. En el sistema nervioso se reúne toda la información de los diferentes omatidios y se forma una única imagen. Debido a la pequeñez de la lente, este tipo de ojo tiene escasa capacidad de resolución, aunque son muy sensibles a los cambios de iluminación y al movimiento. En algunos casos son capaces de percibir los colores y la polarización de la luz.

Cefalópodos [editar]

El ojo de los cefalópodos está muy desarrollado y es muy similar al de los vertebrados, siendo un excelente ejemplo de convergencia evolutiva, es decir ha llegado a una forma y función muy próxima a la de los vertebrados mediante un proceso evolutivo diferente. Puede alcanzar un tamaño considerable en Architeuthis (calamares gigantes) en los que se han medido ojos de 25 cm de diámetro.

Está compuesto de córnea, cristalino, iris (que regula la cantidad de luz que penetra en el mismo) y retina. El cristalino facilita el enfoque moviéndose hacia adelante o atrás, mediante un mecanismo similar al de los peces. La retina se diferencia de la de los mamíferos en que no posee punto ciego, pues las fibras nerviosas surgen directamente en la parte de atrás de la misma.

El órgano es inmóvil, no dispone de músculos externos que puedan movilizarlo como en los mamíferos.

Arañas [editar]

Imagen frontal de una araña saltadora en la que pueden distinguirse 4 de sus 8 ojos.

Las arañas disponen por lo general de 8 ojos simples, no compuestos como en los insectos. Cada uno de ellos tiene cristalino y retina. Su visión es relativamente pobre, pues no son capaces de distinguir las formas, sino únicamente los objetos en movimiento.[3]

Una excepción son los miembros de la familia Salticidae (arañas saltadoras) , cuatro de sus ocho ojos se orientan frontalmente, los dos centrales son más grandes que el resto.[4]

Los ojos de las arañas saltadoras son como en todos los arácnidos, ojos simples, pero muy elaborados, capaces de enfocar y de moverse mediante un sistema de seis músculos en cada ojo principal que hacen posible movimientos horizontales, verticales y rotatorios que se asemejan a los del ojo humano.

Los ojos frontales proporcionan visión estereoscópica, en asociación con los laterales completan un campo de visión de 360°, lo que les permite controlar todo su entorno sin moverse. Su eficaz visión es excepcional no sólo entre las arañas, sino entre los artrópodos.[4]

Vertebrados [editar]

Esquema de la sección del ojo humano. Las características fundamentales son muy similares a las del resto de animales vertebrados.
Anatomía del ojo de ave.

La estructura y el funcionamiento del ojo es muy similar en la mayoría de los vertebrados. El globo ocular es basicamente una esfera llena de un liquido transparente llamado humor acuoso que esta compuesto en un 99% por agua. La pared esta formada por 3 capas, la más interna o retina, la intermedia o coroides y la mas externa que se llama esclerótica.

Posee una lente llamada cristalino que es ajustable según la distancia, un diafragma que se llama pupila cuyo diámetro está regulado por el iris y un tejido sensible a la luz que es la retina.

Con la excepción de los peces y anfibios, el enfoque se consigue gracias al cambio de forma del cristalino mediante un músculo llamado músculo ciliar.

La luz penetra a través de la pupila, atraviesa el cristalino y se proyecta sobre la retina, donde se transforma gracias a unas células llamadas fotorreceptoras en impulsos nerviosos que son trasladados a través del nervio óptico al cerebro.

Peces [editar]

La visión en los peces posee algunas características especiales: no presentan párpados, el cristalino es esférico en lugar de biconvexo y se encuentra muy cerca de la córnea. Además el enfoque se produce gracias a unos músculos llamados retractores que mueven el cristalino hacia delante o atrás en función de la distancia a la que se encuentra el objeto que desean ver.

Anfibios [editar]

La vista es el principal sentido en los anfibios. Presentan tres párpados, el superior, el inferior que es móvil y una membrana nictitante transparente que recubre el globo ocular cuando el animal está sumergido. Aparecen glándulas lagrimales que son necesarias para mantener la córnea humedecida cuando se encuentran fuera del agua. La acomodación se realiza por el mismo mecanismo que en los peces, moviendo el cristalino hacia delante o hacia atrás.[3]

Reptiles [editar]

Al igual que los anfibios, los reptiles poseen parpado superior e inferior y membrana nictitante. En las serpientes los parpados se une para formar una lentilla transparente que cubre el ojo. En algunas especies como la tuátara existe un tercer ojo conocido como ojo parietal.[5]

Aves [editar]

Artículo principal: Visión de las aves

En el ojo de las aves existen diferentes adaptaciones, el tamaño del órgano es proporcionalmente más grande en relación al cuerpo que en los mamíferos, la acomodación tiene lugar mediante un doble mecanismo que permite cambiar la curvatura de la córnea y del cristalino.

La retina es muy rica en células fotorreceptoras lo que hace suponer que la visión es excelente y en algunas especies existen dos fóveas, una central y otra más periférica, como ocurre en los halcones, águilas y vencejos.[6]

Una estructura característica de los ojos de las aves que no existe en los mamíferos es el pecten, un tejido rico en vasos sanguíneos con apariencia de peine, que partiendo de una de las capas que forman la pared del ojo, la coroides, penetra en el humor vítreo. No se sabe con exactitud su función, aunque se cree que proporciona oxígeno y nutrientes a la retina.[3]

La mayor parte de las aves son tetracromáticas, poseen conos sensibles al ultravioleta, rojo, verde y azul,[7] Las palomas son pentacromáticas, mientras que los humanos somos tricromáticos, pues solo poseemos tres tipos de conos.

Mamíferos [editar]

Para más detalles, véase Ojo humano.

La visión es un importante sentido en la mayoría de los mamíferos. La estructura del ojo es similar a la descrita en otros vertebrados. La acomodación tiene lugar únicamente por cambios en la forma del cristalino.

La visión del color esta menos desarrollada que en los reptiles y las aves. Los bastones que son las células de la retina que permiten la visión en condiciones de baja luminosidad son predominantes en la retina de la mayor parte de los animales de este grupo, lo cual apoya la hipótesis de que los primeros mamíferos fueron nocturnos. Primates, ardillas y algunas otras especies tienen mejor desarrollada que el resto del grupo la percepción de los colores.


Referencias [editar]

  1. G. Adrian Horridge (septiembre de 1977) «El ojo compuesto de los insectos» Revista Investigación y Ciencia. n.º 12. Consultado el 12 de diciembre de 2009.
  2. Starr, Cecie y Taggart, Ralph (2008). Biología. La unidad y diversidad de la vida. Cengage Learning Editores. ISBN 9706867775. Consultado el 10 de diciembre de 2009.
  3. a b c Cleveland P Hickman, Larry S Roberts y Allan Larson (2001). Integrated principles of Zoology, 11ª edición (en inglés), Boston: Mc Graw Hill. ISBN 0072909617.
  4. a b Harland, D.P y Jackson, R.R (2000) «Eight-legged cats and how they see - a review of recent research on jumping spiders (Araneae: Salticidae)» (en inglés). Cimbebasia. Vol. 16. pp. 231-240. Consultado el 26 de diciembre de 2009.
  5. «Parietal eye» (en inglés). Tuatara Glossary. School of Biological Sciences, Victoria University of Wellington (11 de septiembre de 2007). Consultado el 23 de diciembre de 2009.
  6. «Ornitología: Visión, audición y olfato en aves». Universidad de Puerto Rico. Consultado el 23 de diciembre de 2009.
  7. Wilkie, Susan E.; Vissers, Peter M. A. M.; Das, Debipriya; Degrip, Willem J.; Bowmaker, James K.; Hunt, David M. (1998) «The molecular basis for UV vision in birds: spectral characteristics, cDNA sequence and retinal localization of the UV-sensitive visual pigment of the budgerigar (Melopsittacus undulatus)» Biochemical Journal. Vol. 330. pp. 541–47. PMID 9461554.

PENSAMIENTO MÁGICO8: REFLEJO Y BRILLO (ALTER EGO (RELIGIÓN)) Y COLORES DE LA ROPA. PERSONALIDAD (SENTIMIENTOS Y PROYECTARSE Y PRESUMIR DE CIERTOS COLORES Y FORMAS). FORMA Y LO COMÚN. CONTENIDO Y LO PERSONAL Y PARTICULAR. El lustre o brillo es una propiedad física que describe la manera en que la luz interactúa con la superficie de una roca, cristal o mineral y se refleja en ella.

Lustre

De Wikipedia, la enciclopedia libre

La cianita tiene un lustre perloso y vítreo.

El lustre o brillo es una propiedad física que describe la manera en que la luz interactúa con la superficie de una roca, cristal o mineral y se refleja en ella. Depende de varios factores, como son:

La palabra lustre proviene del latín lux, y significa brillo o brillantez.

Se debe tener en cuenta que existen tres tipos de lustre o brillo:

  • Brillo metálico, producido por sustancias opacas.
  • Brillo no metálico, producido por sustancias transparentes. Dentro de éste existen varios tipos de lustre, que de mayor a menor índice de refracción son:
  • Adamantino: como el del diamante —de ahí su nombre—, referido al más intenso.
  • Resinoso: como el del azufre, es un brillo intenso y de color amarillento.
  • Vítreo: como el del cuarzo, es el más común en los minerales.
  • Graso: como el de las superficies de rotura del cuarzo.
  • Nacarado: como el de la mica, algo iridiscente.
  • Sedoso: como el del yeso, típico de los minerales de hábito fibroso.
  • Húmedo: como el de la fluorita, que refleja muy poco la luz.
  • Córneo: como la calcedonia, que casi no brilla.
  • Terroso: como la bauxita, el que presentan los minerales que no reflejan la luz.
  • Brillo submetálico, el de sustancias opacas cuando son gruesas pero que cuando se exfolian en láminas finas son transparentes.

Términos descriptivos usados en gemas incluyen vítreo como el vidrio; resinoso, como el ámbar; ceroso, como el jade; grasoso, como la esteatita; anacarado o perloso y sedoso.

El término también se utiliza para describir otros elementos con un brillo particular (por ejemplo, textiles como la seda y el raso, o metales).

PENSAMIENTO MÁGICO8: BRILLO Y LUMINOSIDAD. LAS COSAS QUE SE REFLEJAN CON LA LUZ, EL BRILLO Y EL COLOR, LO QUE DESTACA DE CADA COSA CON CADA COLOR, LO QUE SE REFLEJA DE ESA COSA CON CADA COLOR. EL SIGNIFICADO DEL COLOR. LUMINOSIDAD COMO ENERGÍA. LAS CUALIDADES SUELEN DEFINIR EL COLOR (Un carácter natural o adquirido que distingue del resto de los de su especie a personas, seres vivos u objetos. La manera de ser de alguien o algo. En el caso de seres vivos, especialmente humanos, el concepto de cualidad está ligado al de excelencia y las características a las que se alude son, generalmente, positivas. Por ejemplo hablaremos de las cualidades de un buen orador. En este caso, el antónimo de cualidad es defecto. Esta es la acepción del término cualidad más empleada en el lenguaje coloquial. En el caso de seres inanimados, cualidad puede ser sinónimo de propiedad física, química o de otro tipo. Por ejemplo, el magnetismo es una cualidad de algunos metales.) LAS COSAS BRILLAN POR ALGUNA COSA Y A LA GENTE LE GUSTA BRILLA POR ALGO. RELACIÓN DE CONCEPTOS. En astronomía, la luminosidad es la cantidad de potencia (energía por unidad de tiempo) emitida en todas direcciones por un cuerpo celeste. Está directamente relacionada con la magnitud absoluta del astro. Este valor no es constante si se consideran períodos suficientemente largos, ya que la estrella va cambiando su luminosidad según el estado en que se encuentre, pero se mantiene constante en el períodos usuales para el humano.

Luminosidad

De Wikipedia, la enciclopedia libre

En Física de partículas se define la luminosidad instantánea como el número de partículas por unidad de superficie y por unidad de tiempo en un haz. Se mide en unidades inversas de sección eficaz por unidad de tiempo. Al integrar esta cantidad durante un período se obtiene la luminosidad integrada, la cual se mide en unidades inversas de sección eficaz (como por ejemplo el pb-1). Cuanto mayor es esta cantidad mayor es la probabilidad de que se produzcan sucesos interesantes en un experimento de altas energías. Dado un proceso cuya sección eficaz, σ, conocemos, para una luminosidad integrada, L, dada, podemos estimar el número de veces que se va a producir ese suceso simplemente multiplicando ambas cantidades:

Número de sucesos = L × σ

Luminosidad estelar [editar]

En astronomía, la luminosidad es la cantidad de potencia (energía por unidad de tiempo) emitida en todas direcciones por un cuerpo celeste. Está directamente relacionada con la magnitud absoluta del astro. Este valor no es constante si se consideran períodos suficientemente largos, ya que la estrella va cambiando su luminosidad según el estado en que se encuentre, pero se mantiene constante en el períodos usuales para el humano.

La luminosidad del Sol, L o LSol es la unidad clásica usada en astronomía para comparar la luminosidad de otros astros. Su valor aproximado es de

 L_{bigodot} approx 3.827 cdot 10^{26} [W].

Se observa que esta es una cantidad constante, y que no depende de ninguna distancia de medición.

Podemos calcular una aproximación de la constante con pocos datos. La densidad de Potencia que la Tierra recibe del Sol es aproximadamente:

 P_{bigodot} = 1367 left [ frac {W} {m^2}right ] .

Una esfera de radio R igual a 1 UA tiene una superficie de

 S_E = 4 pi {R^2} [ m^2 ] approx 4 cdot 3,1415 cdot (1,496 cdot 10^{11} )^2 {[m^2]} .  S_E approx 2,812 cdot 10^{23} {[m^2]} .

Si suponemos que la densidad de potencia que emite el Sol se mantiene constante en todas las direcciones, podemos calcular la potencia total emitida como:

 L_{bigodot} = P_{bigodot} cdot S_E left [ W right ] .  L_{bigodot} approx 1367 left [ frac {W} {m^2}right ] cdot 2,812 cdot 10^{23} {[m^2]} .  L_{bigodot} approx 3.8 cdot 10^{26} [W].

Referencias [editar]

PENSAMIENTO MÁGICO: VISIÓN. BRILLO Y CONTRASTE. RELACIÓN CON EL CEREBRO. LA RETINA. La visión es un sentido El sentido de la vista permite que el cerebro primera parte del sistema visual se encargue de formar la imagen óptica del estímulo visual en la retina (sistema óptico). Esta es la función que cumplen la córnea y el cristalino del ojo. OJOS Y COLORES DE OJOS.

Visión

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Para otros usos de este término, véase Visión (desambiguación).
«vista» redirige aquí. Para otras acepciones, véase vista (desambiguación).

La visión es un sentido El sentido de la vista permite que el cerebro primera parte del sistema visual se encargue de formar la imagen óptica del estímulo visual en la retina (sistema óptico). Esta es la función que cumplen la córnea y el cristalino del ojo.

Las células de la retina forman el sistema sensorial del ojo. Las primeras en intervenir son los fotorreceptores, los cuales capturan la luz que incide sobre ellos. Sus dos tipos son los conos y los bastones. Otras células de la retina se encargan de transformar dicha luz en impulsos electroquímicos y en transportarlos hasta el nervio óptico. Desde allí, se proyectan a importantes regiones como el núcleo geniculado lateral y la corteza visual del cerebro.

En el cerebro comienza el proceso de reconstruir las distancias, colores, movimientos y formas de los objetos que nos rodean.

El Día Mundial de la Visión se celebra el 8 de octubre.[1]

Contenido

[ocultar]

Fuentes de información [editar]

La visión se nutre de múltiples fuentes de información para interpretar el mundo que nos rodea. Así, el uso de dos ojos permite la visión binocular, con la cual podemos percibir la distancia a la que se encuentra un objeto o la diferencia entre el movimiento de un pájaro y el movimiento del fondo de matorrales sobre el que sitúa nos permite distinguir al animal portando una ramita (ver percepción del movimiento).

Historia y corrientes [editar]

La historia de la vision comenzo con los presocraticos diciendo que el ojo esta hecho de agua y fuego. Despues Aristoteles dio las bases para el estudio cientifico.

El estudio científico de la percepción visual comienza en el siglo XIX con Hermann von Helmholtz, y los primeros métodos psicofísicos. A comienzos del siglo XX se hace fuerte la escuela de la Gestalt que propone que la visión esta fuertemente guiada por procesos arriba-abajo.

A mediados del siglo XX aparecen los proponentes de la percepción indirecta, los constructivistas, y los proponentes de la percepción directa, los ecologistas.

Hoy en día es más difícil hablar de escuelas, puesto que el estudio de la visión es sumamente interdisciplinario.

Anatomía ocular [editar]

El ojo es el órgano encargado de la recepción de los estímulos visuales, cuenta con una arquitectura exquisita y altamente especializada producto de millones de años de evolución en los animales. El Globo ocular posee tres envolturas, que de afuera hacia adentro son:

1. Túnica Fibrosa Externa: Que se compone de dos regiones

- Esclerótica: que es blanca y opaca, con fibras colágenas tipo I entremezcladas con fibras elásticas; avascular, que brinda protección a las estructuras internas, y estabilidad. Cubre la mayor parte del globo ocular, eccepto en una pequeña región anterior.

- Córnea; Es una prolongación anterior transparente, avascular pero muy inervada de la esclerótica, que abulta hacia delante el ojo. Es ligeramente más gruesa que la esclerótica.

2. Túnica Vascular Media (úvea): Está conformada por tres regiones, la coroides, el cuerpo ciliar y el iris.

- Coroides; es la porción posterior Pigmentada de la túnica vascular media, la cual se une a la esclerótica laxamente y se separa del cristalino mediante la membrana de Bruch.

- Cuerpo Ciliar; Es una prolongación cuneiforme, que se proyecta hacia el cristalino y se ubica en la luz del ojo entre el iris (anterior) y el humor vitreo (posterior). El Cristalino es una lente biconvexa transparente localizado justa atrás de la pupila, cuya función es la regulación del enfoque de los rayos de luz, para que incidan adecuadamente en la retina.

- Iris; es la extensión anterior pigmentada de la coroides, cuya función es regular la entrada de luz al ojo mediante la contracción o distensión de la pupila.

3. Retina o Túnica Neural: se compone de 10 capas, que desde el exterior al interior del globo se denominan:

- Epitelio pigmentado

- Capa de conos y bastones (receptora)

- Membrana limitante externa

- Capa nuclear externa

- Capa plexiforme externa

- Capa nuclear interna

- Capa plexiforme interna

- Capa de células ganglionares

- Capa de fibras del nervio óptico

- Membrana limitante interna

Además de estas capas, el ojo posee cavidades:

- Cavidad vítrea; que contiene el humór vítreo, y se ubica detrás del cristalino, conformando el núcleo transparente, gelatinoso del globo ocular.

- Cámara posterior; ubicada delante del cristalino, y posterior al iris, contiene humór acuoso.

- Cámara anterior; ubicada entre la córnea (hacia adelante) y el iris y cristalino (atrás) también contiene humor acuoso.

Aspectos histológicos y fisiológicos [editar]

Retina

Como ya se mencionó la retina posee 10 capas, la luz debe atravesar casi todas estas capas para llegar hasta donde se ubican los conos y los bastones, que son las células especializadas en la recepción de los estímulos visuales, y la transformación de estas señales en impulsos nerviosos que llegaran a construir imágenes, formas, colores, tonos, y movimientos en el cerebro. Además de conos y bastones la retina posee una compleja red de neuronas, los conos y bastones próximos a la coroides establecen sinapsis con las células bipolres y estas con las ganglionares (difusas y enanas), cuyos axones convergen y salen del ojo para conformar el nervio óptico. Otras neuronas llamada células horizontales conectan células receptoras entre sí, mientras que otro grupo de células, las amacrinas, son también interneuronas cuyos núcleos se ubican en la capa nuclear interna y lanzan sus prolongaciones hacia la capa plexiforme interna.

El nervio óptico sale del globo ocular cerca del punto más posterior del ojo junto con los vasos retinianos, en un punto conocido como papila óptica, en donde no existen receptores visuales, por lo que constituye un punto ciego. Por el contrario también existe un punto con mayor agudeza visual localizado cerca del polo posterior del ojo, denominada mácula lútea, de aspecto amarillento, y en la cual se encuentra la fóvea central, que es una porción delgada retina(hay muy pocas células sobre los receptores) de carente de bastones pero con mayor densidad de conos. Es por ello que al fijar la atención visual en un objeto determinado, la luz del objeto se hace incidir sobre la fóvea.


Células receptoras

Las células receptoras son los conos y los bastones. Los conos se relacionan con la visión en colores la visión diurna, y los bastones con la visión nocturna. existen más de 100 millones de bastones en el ojo humano, y cerca de 4 millones de conos. Cada bastón se divide en un segmento externo y uno interno, el que a su ves posee una región nuclear y una región sináptica. En el segmento externo unos discos llamados discos contienen compuestos fotosensibles en sus membranas, que responden a la luz provocando una serie de reacciones que inicán potenciales de acción.

Los conos también poseen estos segmentos, a diferencia de los conos, su región exterior tiene una conformación distinta, mediante el plegamiento de su membrana se da lugar a la formación de los sacos, en cuyas membranas también se encuentran pigmentos fotosensibles.

Compuestos fotosensibles

Los compuestos fotosensibles en la mayoría de los animales así como en los humanos se componen de una proteína llamada opsina, y retineno-1 que es un aldehído de la Vitamina A1. La Rodopsina es el pigmanto fotosensible de los bastones, cuya opsina se llama escotopsina. La rodopsina capta luz con una sensibilidad máxima en los 505 nm de longitud de onda, esta luz incidente hace que la rodopsina cambie su conformación estructural, produciendo una cascada de reacciones que amplifican la señal, y crean un potencial de acción que se desplazará a través de las fibras nerviosas, y que el cerebro interpretará como luz.

En los humanos hay tres tipos de conos, que responden con mayor intensidad a la luz con longitudes de onda de 440, 535 y 565 nm. Los tres tipos de conos poseen retineno-1, y una opsina que posee una estructura característica en cada tipo de cono. Luego mediante un proceso similar al de los bastones los impulsos nerviosos provenientes de la estimulación de estos receptores, llegan a la corteza visual, donde son interpretados como una amplia gamma de colores y tonalidades, formas y movimiento.

Vías nerviosas

El nervio óptico se forma por la reunión de los axones de las células ganglionares. El nervio óptico sale cerca del polo posterior del ojo y se dirige hacia atrás y medialmente, para unirse en una estructura denominada quiásma óptico, en donde las fibras provenientes de las hemirretinas externas se mantienen en las cintillas ópticas correspondientes a su mismo lado, mientras que las fibras de las hemirretinas nasales, cruzan a la cintilla óptica del lado opuesto. Luego las cintillas ópticas se dirigen a los cuerpos geniculados mediales (localizados en la cara posterior del tálamo), y se reúnen nuevamente en el haz geniculocalcarino, que se dirige hacia el lóbulo occipital de la corteza cerebral, para distribuirse en la región que rodea la cisura calcarina, correspondiente a las áreas de Brodmann,17, 18 y 19, area visual primaria y asociativas respectivamente. En su recorrido estas fibras brindan pequeñas ramas, hacia el núcleo supraquiasmático del hipotálamo.

Véase también [editar]

Enlaces externos [editar]

Conferencias y asociaciones relacionadas:

PENSAMIENTO MÁGICO8: MOLÉCULA DE AGUA. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS (INTERACCIÓN CON EL ORGANISMO, LA VISIÓN Y EL CEREBRO). El agua pura no tiene olor, sabor, ni color, es decir, es incolora, insípida e inodora. Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua.

Molécula de agua

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Diagrama de la molécula del aguaRepresentación molecular del agua
Molécula de agua
Nombre (IUPAC) sistemático
Oxidano[1]
Agua
General
Otros nombresÓxido de hidrógeno
Hidróxido de hidrógeno
Hidrato
Ácido hídrico
Monóxido de dihidrógeno
Óxido de dihidrógeno
Fórmula semidesarrolladaHOH
Fórmula molecularH2O
Identificadores
Número CAS7732-18-5
Número RTECSZC0110000
Propiedades físicas
Estado de agregaciónLíquido
Aparienciaincoloro
Densidad1000 kg/m3; 1 g/cm3
Masa molar18,01528 g/mol
Punto de fusión273.15 K (0 °C)
Punto de ebullición647.1 K (373.95 °C)
Estructura cristalinaHexagonal (véase hielo)
Propiedades químicas
Acidez (pKa)15,74
Solubilidad en agua100%
Momento dipolar1,85 D
Termoquímica
ΔfH0gas-241,83 kJ/mol
ΔfH0líquido-285,83 kJ/mol
S0gas, 1 bar188,84 J·mol-1·K-1
S0líquido, 1 bar41 J·mol-1·K-1
Peligrosidad
Número RTECSZC0110000
Riesgos
IngestiónNecesaria para la vida; su consumo excesivo puede producir dolores de cabeza, confusión y calambres. Puede ser fatal en atletas.
InhalaciónNo es tóxica. Puede disolver el surfactante de los pulmones. La sofocación en el agua se denomina ahogo.
PielLa inmersión prolongada puede causar descamación.
OjosNo es peligrosa para los ojos, a no ser que tenga cloro, con el cual los ojos se irritan.
Valores en el SI y en condiciones normales
(0
°C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.

Exenciones y referencias
Para una visión general, véase Agua.
«H2O» redirige aquí. Para otras acepciones, véase H2O (desambiguación).

El agua es un compuesto químico formado por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Proveniente del latín aqua.

Contenido

[ocultar]

Propiedades físicas y químicas [editar]

El agua pura no tiene olor, sabor, ni color, es decir, es incolora, insípida e inodora. Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua.

Henry Cavendish descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocer que el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander von Humboldt publicaron un documento científico que demostraba que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O).

Entre las moléculas de agua se establecen enlaces por puentes de hidrógeno debido a la formación de dipolos electrostáticos que se originan al situarse un átomo de hidrógeno entre dos átomos más electronegativos, en este caso de oxígeno. El oxígeno, al ser más electronegativo que el hidrógeno, atrae más, hacia este, los electrones compartidos en los enlaces covalentes con el hidrógeno, cargándose negativamente, mientras los átomos de hidrógeno se cargan positivamente, estableciéndose así dipolos eléctricos. Los enlaces por puentes de hidrógeno son enlaces por fuerzas de van der Waals de gran magnitud, aunque son unas 20 veces más débiles que los enlaces covalentes.

Los enlaces por puentes de hidrógeno entre las moléculas del agua pura son responsables de la dilatación del agua al solidificarse, es decir, su disminución de densidad cuando se congela. En estado sólido, las moléculas de agua se ordenan formando tetraedros, situándose en el centro de cada tetraedro un átomo de oxígeno y en los vértices dos átomos de hidrógeno de la misma molécula y otros dos átomos de hidrógeno de otras moléculas que se enlazan electrostáticamente por puentes de hidrógeno con el átomo de oxígeno. La estructura cristalina resultante es muy abierta y poco compacta, menos densa que en estado líquido. El agua tiene una densidad máxima de 1 g/cm³ cuando está a una temperatura de 4 ºC, característica especialmente importante en la naturaleza que hace posible el mantenimiento de la vida en medios acuáticos sometidos a condiciones exteriores de bajas temperaturas.

La dilatación del agua al solidificarse también tiene efectos importantes en los procesos geológicos de erosión. Al introducirse agua en grietas del suelo y congelarse posteriormente, se originan tensiones que rompen las rocas.

Véase también: Hielo y Vapor de agua

Disolvente [editar]

El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve muchos de los compuestos conocidos. Sin embargo, no lo es (aunque es tal vez lo más cercano), porque no disuelve a todos los compuestos y, de hacerlo, no sería posible construir ningún recipiente para contenerla.

El agua es un disolvente polar, más polar, por ejemplo, que el etanol. Como tal, disuelve bien sustancias iónicas y polares, como la sal de mesa (cloruro de sodio). No disuelve, de manera apreciable, sustancias fuertemente apolares, como el azufre en la mayoría de sus formas alotrópicas, además, es inmiscible con disolventes apolares, como el hexano. Esta cualidad es de gran importancia para la vida.

Esta selectividad en la disolución de distintas clases de sustancias se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares, o con carga iónica, como: alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas parciales + y − dentro de la molécula, lo que da lugar a disoluciones moleculares. También, las moléculas de agua pueden disolver sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

En las disoluciones iónicas, los iones de las sales orientan, debido al campo eléctrico que crean a su alrededor, a los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

Algunas sustancias, sin embargo, no se mezclan bien con el agua, incluyendo aceites y otras sustancias hidrofóbicas. Membranas celulares, compuestas de lípidos y proteínas, aprovechan esta propiedad para controlar las interacciones entre sus contenidos químicos y los externos, lo que se facilita, en parte, por la tensión superficial del agua.

La capacidad disolvente es responsable de:

  • Las funciones metabólicas
  • Los sistemas de transporte de sustancias en los organismos

Polaridad [editar]

La molécula de agua es muy polar, puesto que hay una gran diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno. Los átomos de oxígeno son mucho más electronegativos (atraen más a los electrones) que los de hidrógeno, lo que dota a los dos enlaces de una fuerte polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa del lado del oxígeno, y de carga positiva del lado de los hidrógenos. Los dos enlaces no están opuestos, sino que forman un ángulo de 104,45° debido a la hibridación sp3 del átomo de oxígeno así que, en conjunto, los tres átomos forman un molécula angular, cargado negativamente en el vértice del ángulo, donde se ubica el oxígeno y, positivamente, en los extremos de la molécula, donde se encuentran los hidrógenos. Este hecho tiene una importante consecuencia, y es que las moléculas de agua se atraen fuertemente, adhiriéndose por donde son opuestas las cargas. En la práctica, un átomo de hidrógeno sirve como puente entre el átomo de oxígeno al que está unido covalentemente y el oxígeno de otra molécula. La estructura anterior se denomina enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno.

El hecho de que las moléculas de agua se adhieran electrostáticamente, a su vez modifica muchas propiedades importantes de la sustancia que llamamos agua, como la viscosidad dinámica, que es muy grande, o los puntos (temperaturas) de fusión y ebullición o los calores de fusión y vaporización, que se asemejan a los de sustancias de mayor masa molecular.

Cohesión [editar]

La cohesión es la propiedad con la que las moléculas de agua se atraen entre sí. Debido a esta interacción se forman cuerpos de agua por adhesión de moléculas de agua, las gotas.

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos. Estos puentes se pueden romper fácilmente con la llegada de otra molécula con un polo negativo o positivo dependiendo de la molécula, o, con el calor.

La fuerza de cohesión permite que el agua se mantenga líquida a temperaturas no extremas.

Adhesión [editar]

El agua, por su gran potencial de polaridad, cuenta con la propiedad de la adhesión, es decir, el agua generalmente es atraída y se mantiene adherida a otras superficies. Esto es lo que se conoce comúnmente como "mojar"

Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión, del llamado fenómeno de la capilaridad.

Tensión superficial [editar]

Imagen del efecto que produce al caer una gota de agua en la superficie del líquido.

Por su misma propiedad de cohesión, el agua tiene una gran atracción entre las moléculas de su superficie, creando tensión superficial. La superficie del líquido se comporta como una película capaz de alargarse y al mismo tiempo ofrecer cierta resistencia al intentar romperla; esta propiedad contribuye a que algunos objetos muy ligeros floten en la superficie del agua.

Debido a su elevada tensión superficial, algunos insectos pueden estar sobre ella sin sumergirse e, incluso, hay animales que corren sobre ella, como el basilisco. También es la causa de que se vea muy afectada por fenómenos de capilaridad.

Las gotas de agua son estables también debido a su alta tensión superficial. Esto se puede ver cuando pequeñas cantidades de agua se ponen en superficies no solubles, como el vidrio, donde el agua se agrupa en forma de gotas.

Acción capilar [editar]

El agua cuenta con la propiedad de la capilaridad, que es la propiedad de ascenso, o descenso, de un líquido dentro de un tubo capilar. Esto se debe a sus propiedades de adhesión y cohesión.

Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende espontáneamente por el capilar como si trepase "agarrándose" por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe, en parte, la ascensión de la savia bruta, desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.

Calor específico [editar]

Esta propiedad también se encuentra en relación directa con la capacidad del agua para formar puentes de hidrógeno intermoleculares. El agua puede absorber grandes cantidades de calor que es utilizado para romper los puentes de hidrógeno, por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. El calor específico del agua se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura, en un grado celsius, a un gramo de agua en condiciones estándar y es de 1 cal/°Cg, que es igual a 4,1840 J/Kg.

Esta propiedad es fundamental para los seres vivos (y la Biosfera en general) ya que gracias a esto, el agua reduce los cambios bruscos de temperatura, siendo un regulador térmico muy bueno. Un ejemplo de esto son las temperaturas tan suaves que hay en las zonas costeras, que son consecuencias de estas propiedad. También ayuda a regular la temperatura de los animales y las células permitiendo que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.

La capacidad calorífica del agua es mayor que la de otros líquidos.

Para evaporar el agua se necesita mucha energía. Primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20 °C.

Temperatura de fusión y evaporación [editar]

Presenta un punto de ebullición de 100 °C (373,15 K) a presión de 1 atmósfera (se considera como estándar para la presión de una atmósfera la presión promedio existente al nivel del mar). El calor latente de evaporación del agua a 100 °C es 540 cal/g (ó 2260 J/g).

Tiene un punto de fusión de 0 °C (273,15 K) a presión de 1 atm. El calor latente de fusión del hielo a 0 °C es 80 cal/g (ó 335 J/g). Tiene un estado de sobreenfriado líquido a −25 °C.

La temperatura crítica del agua, es decir, aquella a partir de la cual no puede estar en estado líquido independientemente de la presión a la que esté sometida, es de 374 ºC y se corresponde con una presión de 217,5 atmósferas.

Densidad [editar]

La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión.

A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad a los 100 °C, donde tiene 0,958 kg/L. Mientras baja la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/L) y ese aumento es constante hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/L. A esa temperatura (3,8 °C) alcanza su máxima densidad (a la presión mencionada). A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad comienza a disminuir, aunque muy lentamente, hasta que a los 0 °C disminuye hasta 0,9999 kg/L. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °C), ocurre una brusca disminución de la densidad pasando de 0,9999 kg/L a 0,917 kg/L.

Cristalización [editar]

La cristalización es el proceso por el que el agua pasa de su estado líquido al sólido cuando la temperatura disminuye de forma continua.

Otras propiedades [editar]

  • No posee propiedades ácidas ni básicas.
  • Con ciertas sales forma hidratos.
  • Reacciona con los óxidos de metales formando bases.
  • Es catalizador en muchas reacciones químicas.
  • Presenta un equilibrio de autoionización, en el cual hay iones H3O+ y OH.

Propiedades biológicas [editar]

El agua es esencial para todos los tipos de vida, por lo menos tal y como la entendemos. Las principales funciones biológicas del agua son:

  • Es un excelente disolvente, de sustancias tóxicas y compuestos bipolares. Incluso moléculas biológicas no solubles (p.e lípidos) forman con el agua, dispersiones coloidales.
  • Participa como agente químico reactivo, en las reacciones de hidratación, hidrólisis y oxidación-reducción.
  • Permite la difusión, es decir el movimiento en su interior de partículas sueltas, constituyendo el principal transporte de muchas sustancias nutritivas.
  • Constituye un excelente termorregulador (calor específico), permitiendo la vida de organismos en una amplia variedad de ambientes térmicos. Ayuda a regular el calor de los animales. Tiene un importante papel como absorbente de radiación infrarroja, crucial en el efecto invernadero.
  • Interviene (plantas) en el mantenimiento de la estructura celular.
  • Proporciona flexibilidad a los tejidos.
  • Actúa como vehículo de transporte en el interior de un ser vivo y como medio lubricante en sus articulaciones.

La vida en la Tierra ha evolucionado gracias a las importantes características del agua. La existencia de esta abundante sustancia en sus formas líquida, gaseosa y sólida ha sido sin duda un importante factor en la abundante colonización de los diferentes ambientes de la Tierra por formas de vida adaptadas a estas variantes y a veces extremas condiciones.

Destilación [editar]

Artículo principal: Agua destilada

Para obtener agua químicamente pura es necesario realizar diversos procesos físicos de purificación ya que el agua es capaz de disolver una gran cantidad de sustancias químicas, incluyendo gases.

Se llama agua destilada al agua que ha sido evaporada y posteriormente condensada. Al realizar este proceso se eliminan casi la totalidad de sustancias disueltas y microorganismos que suele contener el agua y el resultado es prácticamente la sustancia química pura H2O.

El agua pura no conduce la electricidad, pues está libre de sales y minerales.

Importancia de la posición astronómica de la Tierra [editar]

La coexistencia de las fases sólidas, líquidas y gaseosas pero, sobre todo, la presencia permanente de agua líquida, es vital para comprender el origen y la evolución de la vida en la Tierra tal como es. Sin embargo, si la posición de la Tierra en el Sistema Solar fuera más cercana o más alejada del Sol, la existencia de las condiciones que permiten a las formas del agua estar presentes simultáneamente serían menos probables.

La masa de la Tierra permite mantener la atmósfera. El vapor de agua y el dióxido de carbono en la atmósfera causan el efecto invernadero, lo que ayuda a mantener relativamente constante la temperatura superficial. Si el planeta tuviera menos masa, una atmósfera más delgada causaría temperaturas extremas no permitiendo la acumulación de agua excepto en los casquetes polares (como en Marte). De acuerdo con el modelo nébula solar de la formación del Sistema Solar, la masa de la Tierra se debe en gran parte a su distancia al Sol.

La distancia entre el Sol y la Tierra y la combinación de radiación solar recibida y el efecto invernadero en la atmósfera aseguran que su superficie no sea demasiado fría o caliente para el agua líquida. Si la Tierra estuviera más alejada del Sol, el agua líquida se congelaría. Si estuviera más cercana, su temperatura superficial elevada limitaría la formación de las capas polares o forzaría al agua a existir solo como vapor. En el primer caso, la baja reflectibilidad de los océanos causaría la absorción de más energía solar. En el último caso, la Tierra sería inhabitable (al menos por las formas de vida conocidas) y tendría condiciones semejantes a las del planeta Venus.

Las teorías Gaia proponen que la vida se mantiene adecuada a las condiciones por sí misma al afectar el ambiente de la Tierra.

El cambio del estado en el agua [editar]

Copos de nieve por Wilson Bentley, 1902

Estado sólido [editar]

Artículo principal: Hielo

Al estar el agua en estado sólido, todas las moléculas se encuentran unidas mediante un enlace de hidrógeno, que es un enlace intermolecular y forma una estructura parecida a un panal de abejas, lo que explica que el agua sea menos densa en estado sólido que en el estado líquido. La energía cinética de las moléculas es muy baja, es decir que las moléculas están casi inmóviles.

El agua glacial sometida a extremas temperaturas y presiones criogénicas, adquiere una alta capacidad de sublimación, al pasar de sólida a vapor por la acción energética de los elementos que la integran —oxígeno e hidrógeno— y del calor atrapado durante su proceso de congelación-expansión. Es decir, por su situación de confinamiento a grandes profundidades se deshiela parcialmente, lo cual genera vapor a una temperatura ligeramente superior del helado entorno, suficiente para socavar y formar cavernas en el interior de los densos glaciales. Estas grutas, que además contienen agua proveniente de sistemas subglaciales, involucran a las tres fases actuales del agua, donde al interactuar en un congelado ambiente subterráneo y sin la acción del viento se transforman en el cuarto estado del agua: plasma semilíquido o gelatinoso.

Agua cambiando de estado sólido a líquido.

Estado líquido [editar]

Cuando el agua está en estado líquido, al tener más temperatura, aumenta la energía cinética de las moléculas, por lo tanto el movimiento de las moléculas es mayor, produciendo quiebres en los enlaces de hidrógeno, quedando algunas moléculas sueltas, y la mayoría unidas.

Estado gaseoso [editar]

Artículo principal: Vapor de agua

Cuando el agua es gaseosa, la energía cinética es tal que se rompen todos los enlaces de hidrógeno quedando todas las moléculas libres. El vapor de agua es tan invisible como el aire; el vapor que se observa sobre el agua en ebullición o en el aliento emitido en aire muy frío, está formado por gotas microscópicas de agua líquida en suspensión; lo mismo que las nubes.

Enlaces externos [editar]


Referencias [editar]

  1. Nomenclatura de Química Inorgánica. Recomendaciones de la IUPAC de 2005. Ciriano López, Miguel Ángel; Román Polo, Pascual (versión española), Connelly, Neil G. (ed.), Damhus, Ture (ed.) Prensas Universitarias de Zaragoza, 2007

PENSAMIENTO MÁGICO8: AGUA. PRESENTE EN EL OJO, ES CONDICIÓN INDISPENSABLE PARA NUESTRA VISIÓN, EN EL OJO SE PRODUCE LA REFRACCIÓN DE LA LUZ EN EL CRISTALINO, UNA ENFERMEDAD OCULAR PUEDE ALTERAR EL PROCESO. El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. En su uso más común, con agua nos referimos a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en forma sólida (hielo), y en forma gaseosa que llamamos vapor. El agua cubre el 71% de la superficie terrestre.[2] En nuestro planeta, se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares tiene el 1,74%, los depósitos subterráneos en (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, la humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos.[3]

Agua

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Para otros usos de este término, véase Agua (desambiguación) y H2O (desambiguación).
Para las propiedades físicas y químicas del agua, véase Molécula de agua.
El agua en la naturaleza se encuentra en sus tres estados: líquido fundamentalmente en los océanos, sólido (hielo en los glaciares y casquetes polares así como nieve en las zonas frías) y vapor (invisible) en el aire.
El ciclo hidrológico: el agua circula constantemente por el planeta en un ciclo continuo de evaporación, transpiración, precipitaciones, y desplazamiento hacia el mar.
El agua es un elemento esencial para mantener nuestras vidas. El acceso a un agua potable segura nos garantiza inmunidad frente a las enfermedades. Necesidades vitales humanas como el abastecimiento de alimentos dependen de ella. Los recursos energéticos y las actividades industriales que necesitamos también dependen del agua.[1]

El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. En su uso más común, con agua nos referimos a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en forma sólida (hielo), y en forma gaseosa que llamamos vapor. El agua cubre el 71% de la superficie terrestre.[2] En nuestro planeta, se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares tiene el 1,74%, los depósitos subterráneos en (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, la humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos.[3]

Desde el punto de vista físico, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración), precipitación, y desplazamiento hacia el mar. Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45.000 km³ al año. En tierra firme, la evaporación y transpiración contribuyen con 74.000 km³ anuales a causar precipitaciones de 119.000 km³ al año.[4]

Se estima que aproximadamente el 70% del agua dulce se consume en la agricultura.[5] El agua en la industria absorbe una media del 20% del consumo mundial, empleándose como medio en la refrigeración, el transporte y como disolvente de una gran variedad de sustancias químicas. El consumo doméstico absorbe del orden del 10% restante.[6]

El agua potable es esencial para todas las formas de vida, incluida la humana. El acceso al agua potable se ha incrementado sustancialmente durante las últimas décadas en la práctica totalidad de la superficie terrestre.[7] [8] Sin embargo estudios de la FAO, estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes del 2030; en esos países es urgente un menor gasto de agua en la agricultura modernizando los sistemas de riego.[6]

Contenido

[ocultar]

Tipos de agua

El agua se puede presentar en tres estados siendo de las pocas sustancias que pueden encontrarse en sus tres estados de forma natural.[9] El agua adopta formas muy distintas sobre la tierra: como vapor de agua, conformando nubes en el aire; como agua marina, eventualmente en forma de icebergs en los océanos; en glaciares y ríos en las montañas, y en los acuíferos subterráneos su forma líquida.

El agua puede disolver muchas sustancias, dándoles diferentes sabores y olores. Como consecuencia de su papel imprescindible para la vida, el ser humano -entre otros muchos animales- ha desarrollado sentidos capaces de evaluar la potabilidad del agua, que evitan el consumo de agua salada o putrefacta. Los humanos también suelen preferir el consumo de agua fría a la que está tibia, puesto que el agua fría es menos propensa a contener microbios. El sabor perceptible en el agua de deshielo y el agua mineral se deriva de los minerales disueltos en ella; de hecho el agua pura es insípida. Para regular el consumo humano, se calcula la pureza del agua en función de la presencia de toxinas, agentes contaminantes y microorganismos. El agua recibe diversos nombres, según su forma y características:[10]

Estas gotas se forman por la elevada tensión superficial del agua.
Copo de nieve visto a través de un microscopio. Está coloreado artificialmente.
  • Según su estado físico:
    • Hielo (estado sólido)
    • Agua (estado líquido)
    • Vapor (estado gaseoso)
     Precipitación según desplazamiento  Precipitación según estado
   
  • El agua es también protagonista de numerosos ritos religiosos. Se sabe de infinidad de ceremonias ligadas al agua. El cristianismo, por ejemplo, ha atribuido tradicionalmente ciertas características al agua bendita. Existen también otros tipos de agua que después de cierto proceso adquieren supuestas propiedades, como el agua vitalizada.

Propiedades físicas y químicas

Artículo principal: Agua (molécula)
Modelo mostrando los enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua.
El impacto de una gota sobre la superficie del agua provoca unas ondas características, llamadas ondas capilares.
Acción capilar del agua y el mercurio.

El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O; es decir, que una molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno.

Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocer que el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander von Humboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O).

Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son:

  • El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía.
  • La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los árboles.
  • El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima del Everest, el agua hierve a unos 68º C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100º. Del mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida.[14] Su temperatura crítica es de 373.85 °C (647,14º K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g.[15]
  • El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra parte, los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible completamente con el aire.
  • El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio.
  • El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica específica -sólo por detrás del amoníaco- así como una elevada entalpía de vaporización (40.65 kJ mol-1); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas. Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía.
Animación de como el hielo pasa a estado líquido en un vaso. Los 50 minutos transcurridos se concentran en 7 segundos.
  • La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión. A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad (0,958 kg/l) a los 100 °C. Al bajar la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/l) y ese aumento es constante hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/litro. Esa temperatura (3,8 °C) representa un punto de inflexión y es cuando alcanza su máxima densidad (a la presión mencionada). A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad comienza a disminuir, aunque muy lentamente (casi nada en la práctica), hasta que a los 0° disminuye hasta 0,9999 kg/litro. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °C), ocurre una brusca disminución de la densidad pasando de 0,9999 kg/l a 0,917 kg/l.
  • Como un óxido de hidrógeno, el agua se forma cuando el hidrógeno -o un compuesto conteniendo hidrógeno- se quema o reacciona con oxígeno -o un compuesto de oxígeno-. El agua no es combustible, puesto que es un producto residual de la combustión del hidrógeno. La energía requerida para separar el agua en sus dos componentes mediante electrólisis es superior a la energía desprendida por la recombinación de hidrógeno y oxígeno. Esto hace que el agua, en contra de lo que sostienen algunos rumores,[16] no sea una fuente de energía eficaz.[17]

Actualmente se sigue investigando sobre la naturaleza de este compuesto y sus propiedades, a veces traspasando los límites de la ciencia convencional.[18] En este sentido, el investigador John Emsley, divulgador científico, dijo en cierta ocasión del agua que "(Es) una de las sustancias químicas más investigadas, pero sigue siendo la menos entendida".[19]

Distribución de agua en la naturaleza

El agua en el Universo

La mayoría del agua que existe en el universo puede haber surgido como derivado de la formación de una estrella. El nacimiento de las estrellas suele causar un fuerte flujo de gases y polvo cósmico. Cuando este material colisiona con el gas de las zonas exteriores, las ondas de choque producidas comprimen y calientan el gas. Se piensa que el agua es producida en este gas cálido y denso.[20] Se ha detectado agua en nubes interestelares dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Estas nubes interestelares pueden condensarse eventualmente en forma de una nebulosa solar. Además, se piensa que el agua puede ser abundante en otras galaxias, dado que sus componentes (hidrógeno y oxígeno) están entre los más comunes del universo.[21]

Se ha detectado vapor de agua en:

Gotas de rocío suspendidas de una telaraña.

El agua en su estado líquido está presente en:

  • Tierra - 71% de su superficie
  • Luna - en 2008 se encontraron[26] pequeñas cantidades de agua en el interior de perlas volcánicas traídas a la Tierra por la expedición del Apolo 15, de 1971.
  • Encélado (luna de Saturno) y en Europa (luna de Júpiter) existen indicios de que el agua podría existir en estado líquido.

Se ha detectado hielo en:

El agua y la zona habitable

Artículo principal: Zona de habitabilidad
Zona habitable en el Sistema Solar donde el sol genera unas condiciones de presión y temperatura que permite la existencia de agua en sus tres estados (marcada en azul). Interpolación de la zona habitable en otros sistemas planetarios con soles de diferentes tamaños.

La existencia de agua en estado líquido -en menor medida en sus formas de hielo o vapor- sobre la Tierra es vital para la existencia de la vida tal como la conocemos. La Tierra está situada en un área del sistema solar que reúne condiciones muy específicas, pero si estuviésemos un poco más cerca del Sol -un 5%, o sea 8 millones de kilómetros- ya bastaría para dificultar enormemente la existencia de los tres estados de agua conocidos.[27] La masa de la Tierra genera una fuerza de gravedad que impide que los gases de la atmósfera se dispersen. El vapor de agua y el dióxido de carbono se combinan, causando lo que ha dado en llamarse el efecto invernadero. Aunque se suele atribuir a este término connotaciones negativas, el efecto invernadero es el que mantiene la estabilidad de las temperaturas, actuando como una capa protectora de la vida en el planeta. Si la Tierra fuese más pequeña, la menor gravedad ejercida sobre la atmósfera haría que ésta fuese más delgada, lo que redundaría en temperaturas extremas, evitando la acumulación de agua excepto en los casquetes polares (tal como ocurre en Marte). Algunos teóricos han sugerido que la misma vida, actuando como un macroorganismo, mantiene las condiciones que permiten su existencia. La temperatura superficial de la tierra ha estado en relativamente constante variación a través de las eras geológicas, a pesar de los cambiantes niveles de radiación solar. Este hecho ha motivado que algunos investigadores crean que el planeta está termorregulado mediante la combinación de gases del efecto invernadero y el albedo atmosférico y superficial. Esta hipótesis, conocida como la teoría de Gaia, no es sin embargo la posición más adoptada entre la comunidad científica. El estado del agua también depende de la gravedad de un planeta. Si un planeta es lo bastante grande, el agua que exista sobre él permanecería en estado sólido incluso a altas temperaturas, dada la elevada presión causada por la gravedad.

El agua en la Tierra

Artículo principal: Hidrología
Representación gráfica de la distribución de agua terrestre.[3]
Los océanos cubren el 71% de la superficie terrestre: su agua salada supone el 96,5% del agua del planeta.[28]
El 70% del agua dulce de la Tierra se encuentra en forma solida (Glaciar Grey, Chile).

El agua es fundamental para todas las formas de vida conocida. Los humanos consumen agua potable. Los recursos naturales se han vuelto escasos con la creciente población mundial y su disposición en varias regiones habitadas es la preocupación de muchas organizaciones gubernamentales.

El total del agua presente en el planeta, en todas sus formas, se denomina hidrosfera. El agua cubre 3/4 partes (71%) de la superficie de la Tierra. Se puede encontrar esta sustancia en prácticamente cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

El 97 por ciento es agua salada, la cual se encuentra principalmente en los océanos y mares; sólo el 3 por ciento de su volumen es dulce. De esta última, un 1 por ciento está en estado líquido. El 2% restante se encuentra en estado sólido en capas, campos y plataformas de hielo o banquisas en las latitudes próximas a los polos. Fuera de las regiones polares el agua dulce se encuentra principalmente en humedales y, subterráneamente, en acuíferos.

El agua representa entre el 50 y el 90% de la masa de los seres vivos (aproximadamente el 75% del cuerpo humano es agua; en el caso de las algas, el porcentaje ronda el 90%).

En la superficie de la Tierra hay unos 1.386.000.000 km3 de agua que se distribuyen de la siguiente forma:[3]

Distribución del agua en la Tierra
Situación del aguaVolumen en km³Porcentaje
Agua dulceAgua saladade agua dulcede agua total
Océanos y mares-1.338.000.000-96,5
Casquetes y glaciares polares24.064.000-68,71,74
Agua subterránea salada-12.870.000-0,94
Agua subterránea dulce10.530.000-30,10,76
Glaciares continentales y Permafrost300.000-0,860,022
Lagos de agua dulce91.000-0,260,007
Lagos de agua salada-85.400-0,006
Humedad del suelo16.500-0,050,001
Atmósfera12.900-0,040,001
Embalses11.470-0,030,0008
Ríos2.120-0,0060,0002
Agua biológica1.120-0,0030,0001
Total agua dulce35.029.110100-
Total agua en la tierra1.386.000.000-100


La mayor parte del agua terrestre, por tanto, está contenida en los mares, y presenta un elevado contenido en sales. Las aguas subterráneas se encuentran en yacimientos subterráneos llamados acuíferos y son potencialmente útiles al hombre como recursos. En estado líquido compone masas de agua como océanos, mares, lagos, ríos, corrientes, canales, manantiales, y estanques.

El agua desempeña un papel muy importante en los procesos geológicos. Las corrientes subterráneas de agua afectan directamente a las capas geológicas, influyendo en la formación de fallas. El agua localizada en el manto terrestre también afecta a la formación de volcanes. En la superficie, el agua actúa como un agente muy activo sobre procesos químicos y físicos de erosión. El agua en su estado líquido y, en menor medida, en forma de hielo, también es un factor esencial en el transporte de sedimentos. El depósito de esos restos es una herramienta utilizada por la geología para estudiar los fenómenos formativos sucedidos en la Tierra.

El ciclo del agua

Artículo principal: Ciclo del agua
El ciclo del agua implica una serie de procesos físicos continuos.

Con ciclo del agua -conocido científicamente como el ciclo hidrológico- se denomina al continuo intercambio de agua dentro de la hidrosfera, entre la atmósfera, el agua superficial y subterránea y los organismos vivos. El agua cambia constantemente su posición de una a otra parte del ciclo de agua, implicando básicamente los siguientes procesos físicos:

La energía del sol calienta la tierra, generando corrientes de aire que hacen que el agua se evapore, ascienda por el aire y se condense en altas altitudes, para luego caer en forma de lluvia. La mayor parte del vapor de agua que se desprende de los océanos vuelve a los mismos, pero el viento desplaza masas de vapor hacia la tierra firme, en la misma proporción en que el agua se precipita de nuevo desde la tierra hacia los mares (unos 45.000 km³ anuales). Ya en tierra firme, la evaporación de cuerpos acuáticos y la transpiración de seres vivos contribuye a incrementar el total de vapor de agua en otros 74.000 km³ anuales. Las precipitaciones sobre tierra firme -con un valor medio de 119.000 km³ anuales- pueden volver a la superficie en forma de líquido -como lluvia-, sólido -nieve o granizo-, o de gas, formando nieblas o brumas. El agua condensada presente en el aire es también la causa de la formación del arco iris: La refracción de la luz solar en las minúsculas partículas de vapor, que actúan como múltiples y pequeños prismas. El agua de escorrentía suele formar cuencas, y los cursos de agua más pequeños suelen unirse formando ríos. El desplazamiento constante de masas de agua sobre diferentes terrenos geológicos es un factor muy importante en la conformación del relieve. Además, al arrastrar minerales durante su desplazamiento, los ríos cumplen un papel muy importante en el enriquecimiento del suelo. Parte de las aguas de esos ríos se desvían para su aprovechamiento agrícola. Los ríos desembocan en el mar, depositando los sedimentos arrastrados durante su curso, formando deltas. El terreno de estos deltas es muy fértil, gracias a la riqueza de los minerales concentrados por la acción del curso de agua. El agua puede ocupar la tierra firme con consecuencias desastrosas: Las inundaciones se producen cuando una masa de agua rebasa sus márgenes habituales o cuando comunican con una masa mayor -como el mar- de forma irregular. Por otra parte, y aunque la falta de precipitaciones es un obstáculo importante para la vida, es natural que periódicamente algunas regiones sufran sequías. Cuando la sequedad no es transitoria, la vegetación desaparece, al tiempo que se acelera la erosión del terreno. Este proceso se denomina desertización[29] y muchos países adoptan políticas[30] para frenar su avance. En 2007, la ONU declaró el 17 de junio como el Día mundial de lucha contra la desertización y la sequía".[31]

El océano

Artículo principal: Hidrografía
Evaporación del agua del océano.

El océano engloba la parte de la superficie terrestre ocupada por el agua marina. Se formó hace unos 4.000 millones de años cuando la temperatura de la superficie del planeta se enfrió hasta permitir que el agua pasase a estado líquido. Cubre el 71% de la superficie de la Tierra. La profundidad media es de unos 4 km. La parte más profunda se encuentra en la fosa de las Marianas alcanzando los 11.033 m. En los océanos hay una capa superficial de agua templada (12º a 30 °C), que ocupa entre varias decenas de metros hasta los 400 o 500 metros. Por debajo de esta capa el agua está fría con temperaturas de entre 5º y -1 °C. El agua está más cálida en las zonas templadas, ecuatoriales y tropicales, y más fría cerca de los polos.

Contiene sustancias sólidas en disolución, siendo las más abundantes el sodio y el cloro que, en su forma sólida, se combina para formar el cloruro de sodio o sal común y, junto con el magnesio, el calcio y el potasio, constituyen cerca del 90% de los elementos disueltos en el agua de mar.

El océano está dividido por grandes extensiones de tierra que son los continentes y grandes archipiélagos en cinco partes que, a su vez, también se llaman océanos: océano Antártico, océano Ártico, océano Atlántico, océano Índico y océano Pacífico.

Se llama mar a una masa de agua salada de tamaño inferior al océano. Se utiliza también el término para designar algunos grandes lagos.

Mareas

Artículo principal: Marea
Pleamar y bajamar en el puerto de la Flotte en la isla Ré (Francia).

Las mareas son movimientos cíclicos de las grandes masas de agua causadas por la fuerza gravitatoria lunar y el sol, en conjunción con los océanos. Las mareas se deben a movimientos de corrientes de grandes masas de agua, como mares, que oscilan en un margen constante de horas. La marea se refleja perceptiblemente en una notable variación de la altura del nivel del mar -entre otras cosas- originado por las posiciones relativas del Sol y la Luna en combinación con el efecto de la rotación terrestre y la batimetría local. La franja de mar sometida a estos cambios -expuesta en bajamar y cubierta en pleamar- se denomina zona entre mareas y representa un nicho ecológico de gran valor.

El agua dulce en la naturaleza

El agua dulce en la naturaleza se renueva gracias a la atmósfera que dispone de 12.900 km³ de vapor de agua. Sin embargo se trata de un volumen dinámico que constantemente se está incrementando en forma de evaporación y disminuyendo en forma de precipitaciones, estimándose el volumen anual en forma de precipitación o agua de lluvia entre 113.500 y 120.000 km³ en el mundo. Estos volúmenes suponen la parte clave de la renovación de los recursos naturales de agua dulce. En los países de clima templado y frío la precipitación en forma de nieve supone una parte importante del total.[32]

El 68,7% del agua dulce existente en el mundo está en los glaciares y mantos de hielo. Sin embargo, en general, no se consideran recursos hídricos por ser inaccesibles (Antártida, Ártico y Groenlandia). En cambio los glaciares continentales son básicos en los recursos hídricos de muchos países.[32]

Las aguas superficiales engloban los lagos, embalses, ríos y humedales suponiendo solamente el 0,3% del agua dulce del planeta, sin embargo representan el 80% de las aguas dulces renovables anualmente de allí su importancia.[32]

También el agua subterránea dulce almacenada, que representa el 96% del agua dulce no congelada de la Tierra, supone un importante recurso. Según Morris los sistemas de aguas subterráneas empleados en abastecimiento de poblaciones suponen entre un 25 y un 40% del agua potable total abastecida. Así la mitad de las grandes megalópolis del mundo dependen de ellas para su consumo. En las zonas donde no se dispone de otra fuente de abastecimiento representa una forma de abastecimiento de calidad a bajo coste.[32]

La mayor fuente de agua dulce del mundo adecuada para su consumo es el Lago Baikal, de Siberia, que tiene un índice muy reducido en sal y calcio y aún no está contaminado.[33]

Efectos sobre la vida

El arrecife de coral es uno de los entornos de mayor biodiversidad.

Desde el punto de vista de la biología, el agua es un elemento crítico para la proliferación de la vida. El agua desempeña este papel permitiendo a los compuestos orgánicos diversas reacciones que, en último término, posibilitan la replicación de ADN. De un modo u otro,[34] todas las formas de vida conocidas dependen del agua. Sus propiedades la convierten en un activo agente, esencial en muchos de los procesos metabólicos que los seres vivos realizan. Desde esta perspectiva metabólica, podemos distinguir dos tipos de funciones del agua: anabólicamente, la extracción de agua de moléculas -mediante reacciones químicas enzimáticas que consumen energía- permite el crecimiento de moléculas mayores, como los triglicéridos o las proteínas; en cuanto al catabolismo, el agua actúa como un disolvente de los enlaces entre átomos, reduciendo el tamaño de las moléculas (como glucosas, ácidos grasos y aminoácidos), suministrando energía en el proceso. El agua es por tanto un medio irremplazable a nivel molecular para numerosos organismos vivos. Estos procesos metabólicos no podrían realizarse en un entorno sin agua, por lo que algunos científicos se han planteado la hipótesis de qué tipo de mecanismos -absorción de gas, asimilación de minerales- podrían mantener la vida sobre el planeta.

Es un compuesto esencial para la fotosíntesis y la respiración. Las células fotosintéticas utilizan la energía del sol para dividir el oxígeno y el hidrógeno presentes en la molécula de agua. El hidrógeno es combinado entonces con CO2 (absorbido del aire o del agua) para formar glucosa, liberando oxígeno en el proceso. Todas las células vivas utilizan algún tipo de "combustible" en el proceso de oxidación del hidrógeno y carbono para capturar la energía solar y procesar el agua y el CO2. Este proceso se denomina respiración celular.

Vegetación de un oasis en el desierto.

El agua es también el eje de las funciones enzimáticas y la neutralidad respecto a ácidos y bases. Un ácido, un "donante" de ión de hidrógeno (H+, es decir, de un protón) puede ser neutralizado por una base, un "receptor" de protones, como un ión hidróxido (OH-) para formar agua. El agua se considera neutra, con un pH de 7. Los ácidos tienen valores pH por debajo de 7, mientras que las bases rebasan ese valor. El ácido gástrico (HC1), por ejemplo, es el que posibilita la digestión. Sin embargo, su efecto corrosivo sobre las paredes del esófago puede ser neutralizado gracias a una base como el hidróxido de aluminio, causando una reacción en la que se producen moléculas de agua y cloruro de sal de aluminio. La bioquímica humana relacionada con enzimas funciona de manera ideal alrededor de un valor pH biológicamente neutro de alrededor de 7.4.

Las diversas funciones que un organismo puede realizar -según su complejidad celular- determinan que la cantidad de agua varíe de un organismo a otro. Una célula de Escherichia coli contiene alrededor de un 70% de agua, un cuerpo humano entre un 60 y 70%, una planta puede reunir hasta un 90% de agua, y el porcentaje de agua de una medusa adulta oscila entre un 94 y un 98%.

Formas de vida acuáticas. Circulación vegetal

Artículo principal: Planta acuática
Artículo principal: Potencial hídrico
Diatomeas marinas, un importante grupo de fitoplancton.

Las aguas están llenas de vida. Al parecer, las primeras formas de vida aparecieron en el agua,[35] que en la actualidad no sólo es el hábitat de todas las especies de peces y también a algunos mamíferos y anfibios. El agua es también esencial para el kelp, el plancton y las algas, que son la base de la cadena trófica submarina, y provee por tanto no sólo el medio sino el sustento de toda la fauna marina.

Los animales acuáticos deben obtener oxígeno para respirar, extrayéndolo del agua de diversas maneras. Los grandes mamíferos como las ballenas conservan la respiración pulmonar, tomando el aire fuera del agua y conteniendo la respiración al sumergirse. Los peces, sin embargo, utilizan las agallas para extraer el oxígeno del agua en vez de pulmones. Algunas especies como los dipnoos conservan ambos sistemas respiratorios. Otras especies marinas pueden absorber el oxígeno mediante respiración cutánea. El arrecife de coral se ha calificado en ocasiones como "el animal vivo más grande del mundo", y con sus más de 2.600 km de extensión es posible verlo desde el espacio.

La circulación vegetal de plantas terrestres también se efectúa gracias a determinadas propiedades del agua, que hace posible la obtención de energía a partir de la luz solar.

Efectos sobre la civilización humana

La historia muestra que las civilizaciones primitivas florecieron en zonas favorables a la agricultura, como las cuencas de los ríos. Es el caso de Mesopotamia, considerada la cuna de la civilización humana, surgida en el fértil valle del Éufrates y el Tigris; y también el de Egipto, una espléndida civilización que dependía por completo del Nilo y sus periódicas crecidas. Muchas otras grandes ciudades, como Rotterdam, Londres, Montreal, París, Nueva York, Buenos Aires, Shanghái, Tokio, Chicago o Hong Kong deben su riqueza a la conexión con alguna gran vía de agua que favoreció su crecimiento y su prosperidad. Las islas que contaban con un puerto natural seguro -como Singapur- florecieron por la misma razón. Del mismo modo, áreas en las que el agua es muy escasa, como el norte de África o el Oriente Medio, han tenido históricamente dificultades de desarrollo.[36]

Agua para beber: necesidad del cuerpo humano

Una niña bebiendo agua embotellada.
Artículo principal: Agua potable

El cuerpo humano está compuesto de entre un 55% y un 78% de agua, dependiendo de sus medidas y complexión.[37] Para evitar desórdenes, el cuerpo necesita alrededor de siete litros diarios de agua; la cantidad exacta variará en función del nivel de actividad, la temperatura, la humedad y otros factores. La mayor parte de esta agua se absorbe con la comida o bebidas -no estrictamente agua-. No se ha determinado la cantidad exacta de agua que debe tomar un individuo sano, aunque una mayoría de expertos considera que unos 6-7 vasos de agua diarios (aproximadamente dos litros) es el mínimo necesario para mantener una adecuada hidratación.[38] La literatura médica defiende un menor consumo, típicamente un litro de agua diario para un individuo varón adulto, excluyendo otros requerimientos posibles debidos a la pérdida de líquidos causada por altas temperaturas o ejercicio físico.[39] Una persona con los riñones en buen estado tendrá dificultades para beber demasiado agua, pero -especialmente en climas cálidos y húmedos, o durante el ejercicio- beber poco también puede ser peligroso. El cuerpo humano es capaz de beber mucha más agua de la que necesita cuando se ejercita, llegando incluso a ponerse en peligro por hiperhidratación, o intoxicación de agua. El hecho comúnmente aceptado de que un individuo adulto debe consumir ocho vasos diarios de agua no tiene ningún fundamento científico.[40] Hay otros mitos[41] sobre la relación entre agua y salud que poco a poco van siendo olvidades.[42]

Una recomendación[43] sobre consumo de agua de la Plataforma de Alimentación y Nutrición señalaba:

Una cantidad ordinaria para distintas personas es de un 1 mililitro de agua por cada caloría de comida. La mayor parte de esta cantidad ya está contenida en los alimentos preparados"
FNB, Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos, 1945

La última referencia ofrecida por este mismo organismo habla de 2.7 litros de agua diarios para una mujer y 3.7 litros para un hombre, incluyendo el consumo de agua a través de los alimentos.[44] Naturalmente, durante el embarazo y la lactancia la mujer debe consumir más agua para mantenerse hidratada. Según el Instituto de Medicina -que recomienda una media de 2.2 litros/día para una mujer, y 3.0 litros/día para un varón- una mujer embarazada debe consumir 2.4 litros, y hasta 3 litros durante la lactancia, considerada la gran cantidad de líquido que se pierde durante la cría.[45] También se señala que normalmente, alrededor de un 20% del agua se absorbe con la comida, mientras el resto se adquiere mediante el consumo de agua y otras bebidas. El agua se expulsa del cuerpo de muy diversas formas: a través de la orina, las heces, en forma de sudor, o en forma de vapor de agua, por exhalación del aliento. Una persona enferma, o expuesta directamente a fuentes de calor, perderá mucho más líquido, por lo que sus necesidades de consumo también aumentarán.

Desinfección del agua potable

Artículo principal: Desinfección del agua potable
Población con acceso al agua potable en el mundo:
     Entre 22 y 51%      Entre 51 y 71%     Entre 67 y 82%     Entre 82 y 93%      Entre 93 y 100%      Sin datos
Una niña con una botella de agua en África donde la diarrea es frecuente en los niños. La escasez de agua y la deficiente infraestructura causan más de 5 millones de muertes al año por consumo de agua contaminada.

El agua de boca es uno de los principales transmisores de microorganismos causantes de enfermedades, principalmente bacterias, virus y protozoos intestinales. Las grandes epidemias de la humanidad han prosperado por la contaminación del agua de boca. Por referencias se conoce que se recomendaba hervir el agua desde quinientos años antes de nuestra era.[46]

Actualmente en los países desarrollados están prácticamente controlados los problemas que planteaban las aguas contaminadas. Los procesos de filtración y desinfección mediante cloro a los que se somete al agua antes del consumo humano se han impuesto en el siglo XX y se estima que son los causantes del 50% de aumento de la expectativa de vida de los países desarrollados en el siglo pasado. La cloración y filtración del agua fue considerada por la revista Life probablemente el más importante progreso de salud pública del milenio. El cloro es el material más usado como desinfectante del agua. La hipótesis más aceptada de cómo actúa y destruye el cloro estos microorganismos patógenos es que produce alteraciones físicas, químicas y bioquímicas en la membrana o pared protectora de las células ocasionando el fin de sus funciones vitales.[46]

El cloro puede resultar irritante para las mucosas y la piel por ello su utilización está estrictamente vigilada. La proporción usada varía entre 1ppm cuando se trata de purificar el agua para su consumo, y entre 1-2 ppm para la preparación de agua de baño. La aplicación inadecuada de componentes químicos en el agua puede resultar peligroso. La aplicación de cloro como desinfectante comenzó en 1912 en los Estados Unidos. Al año siguiente Wallace y Tiernan diseñaron unos equipos que podían medir el cloro gas y formar una solución concentrada que se añadía al agua a tratar. Desde entonces la técnica de cloración ha seguido progresando. Además de su capacidad destructora de gérmenes, su capacidad oxidante es muy grande y su acción también es muy beneficiosa en la eliminación del hierro, manganeso, sulfhídricos, sulfuros y otras sustancias reductoras del agua. Muchos países en sus normativas establecen desinfecciones mediante cloro y exigen el mantenimiento de una determinada concentración residual de desinfectante en sus redes de tuberías de distribución de agua. A veces se emplea cloraminas como desinfectante secundario para mantener durante más tiempo una determinada concentración de cloro en el sistema de abastecimiento de agua potable.[47]

Dificultades en el mundo para acceder al agua potable

El agua adecuada para el consumo humano se llama agua potable. Como se ha explicado el agua que no reúne las condiciones adecuadas para su consumo puede ser potabilizada mediante filtración o mediante otros procesos fisicoquímicos.

La población mundial ha pasado de 2.630 millones en 1950 a 6.671 millones en 2008. En este periodo (de 1950 a 2010) la población urbana ha pasado de 733 millones a 3.505 millones. Es en los asentamientos humanos donde se concentra el uso del agua no agrícola y donde se contraen la mayoría de las enfermedades relacionadas con el agua.[48]

Ante la dificultad de disponer de agua potable para consumo humano en muchos lugares del planeta, se ha consolidado un concepto intermedio, el agua segura como el agua que no contiene bacterias peligrosas, metales tóxicos disueltos, o productos químicos dañinos a la salud, y es por lo tanto considerada segura para beber, por tanto se emplea cuando el suministro de agua potable está comprometido. Es un agua que no resulta perjudicial para el ser humano, aunque no reúna las condiciones ideales para su consumo.

Por diversos motivos, la disponibilidad del agua resulta problemática en buena parte del mundo, y por ello se ha convertido en una de las principales preocupaciones de gobiernos en todo el mundo. Actualmente, se estima que alrededor de mil millones[49] de personas tienen un deficiente acceso al agua potable. Esta situación se agrava por el consumo de aguas en malas condiciones, que favorece la proliferación de enfermedades y brotes epidémicos. Muchos de los países reunidos en Evian en la XXIXª conferencia del G-8 se marcaron 2015 como fecha límite para conseguir el acceso universal a agua en mejores condiciones en todo el mundo.[50] Incluso si se lograse este difícil objetivo, se calcula que aún quedaría alrededor de 500 millones sin acceso al agua potable, y más de mil millones carecerían de un adecuado sistema de saneamiento. La mala calidad el agua y el saneamiento irregular afectan gravemente el estado sanitario de la población: sólo el consumo de agua contaminada causa 5.000.000 de muertes al año, según informes[51] de las Naciones Unidas, que declararon 2005-2015 la "Década de la acción". La OMS estima que la adopción de políticas de agua segura podría evitar la muerte de 1.400.000 niños al año, víctimas de diarrea.[52] [53] 50 países que reúnen a casi un tercio de la población mundial carecen de un adecuado suministro de agua,[54] y 17 de ellos extraen anualmente más agua de sus acuíferos de la que puede renovarse naturalmente.[55] La contaminación, por otra parte, no sólo contamina el agua de ríos y mares, sino los recursos hídricos subterráneos que sirven de abastecimiento del consumo humano.[56]

El uso doméstico del agua

Niña en Malí abasteciéndose para su consumo doméstico del agua del subsuelo mediante una bomba manual.

Además de precisar los seres humanos el agua para su existencia precisan del agua para su propio aseo y la limpieza. Se ha estimado que los humanos consumen «directamente o indirectamente» alrededor de un 54% del agua dulce superficial disponible en el mundo. Este porcentaje se desglosa en:

  • Un 20%, utilizado para mantener la fauna y la flora, para el transporte de bienes (barcos) y para la pesca, y
  • el 34% restante, utilizado de la siguiente manera: El 70% en irrigación, un 20% en la industria y un 10% en las ciudades y los hogares.[57] [58]

El consumo humano representa un porcentaje reducido del volumen de agua consumido a diario en el mundo. Se estima que un habitante de un país desarrollado consume alrededor de 5 litros diarios en forma de alimentos y bebidas.[59] Estas cifras se elevan dramáticamente si consideramos el consumo industrial doméstico. Un cálculo[60] aproximado de consumo de agua por persona/día en un país desarrollado, considerando el consumo industrial doméstico arroja los siguientes datos:

Consumo aproximado de agua por persona/día
ActividadConsumo de agua
Lavar la ropa60-100 litros
Limpiar la casa15-40 litros
Limpiar la vajilla a máquina18-50 litros
Limpiar la vajilla a mano100 litros
Cocinar6-8 litros
Darse una ducha35-70 litros
Bañarse200 litros
Lavarse los dientes30 litros
Lavarse los dientes (cerrando el grifo)1,5 litros
Lavarse las manos1,5 litros
Afeitarse40-75 litros
Afeitarse (cerrando el grifo)3 litros
Lavar el coche con manguera500 litros
Descargar la cisterna10-15 litros
Media descarga de cisterna6 litros
Regar un jardín pequeño75 litros
Riego de plantas domésticas15 litros
Beber1,5 litros

Estos hábitos de consumo señalados y el aumento de la población en el último siglo ha causando a la vez un aumento en el consumo del agua. Ello ha provocado que las autoridades han debido realizar campañas por el buen uso del agua. Actualmente, la concienciación es una tarea de enorme importancia para garantizar el futuro del agua en el planeta, y como tal es objeto de constantes actividades tanto a nivel nacional como municipal.[61] Por otra parte, las enormes diferencias entre el consumo diario por persona en países desarrollados y países en vías de desarrollo[62] señalan que el modelo hídrico actual no es sólo ecológicamente inviable: también lo es desde el punto de vista humanitario,[63] por lo que numerosas ONGs se esfuerzan[64] por incluir el derecho al agua entre los Derechos humanos.[65] Durante el V Foro Mundial del agua, convocado el 16 de marzo de 2009 en Estambul (Turquía), Loic Fauchon (Presidente del Consejo Mundial del Agua) subrayó la importancia de la regulación del consumo en estos términos:

"La época del agua fácil ya terminó...desde hace 50 años las políticas del agua en todo el mundo consistieron en aportar siempre más agua. Tenemos que entrar en políticas de regulación de la demanda"[66]

El agua en la agricultura

Artículo principal: Riego
Sistema de irrigación de Dujiangyan (China) realizado en el siglo III a. C. Varias exclusas desvían parte del río Min a un canal hasta Chengdu. Desde entonces funciona.
Riego mediante un Pivot en un campo de algodón.

La mayor parte del agua se destina a la agricultura, y es utilizada para irrigar los cultivos. La relación directa entre recursos hídricos y producción de alimentos es crítica por tanto para una población humana en constante crecimiento.[67] La irrigación absorbe hasta el 90% de los recursos hídricos de algunos países en desarrollo.[68] La agricultura es un sistema de producción tan antiguo que se ha sabido adaptar a los diferentes regímenes hídricos de cada país: Así, en zonas donde se den abundantes precipitaciones suelen realizarse cultivos de regadío, mientras que en zonas más secas son comunes los cultivos de secano. Más recientemente, y en entornos más adversos, como el desierto se ha experimentado con nuevas formas de cultivo, centradas en minimizar el consumo de agua. En la actualidad una de las vertientes más activas de la investigación genética intenta optimizar las especies que el hombre usa como alimento. También se ha empezado a hablar de agricultura espacial[69] para referirse a los experimentos destinados a difundir la agricultura por otros planetas.

Actualmente la agricultura supone una importante presión sobre las masas naturales de agua, tanto en cantidad como en calidad. Así, el agua que precisan los regadíos supone una disminución de los caudales naturales de los ríos y un descenso de los niveles de las aguas subterráneas que ocasionan un efecto negativo en los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, en España se riegan 3,4 millones de hectáreas que supone el 7% de la superficie nacional y emplea el 80% de los recursos hídricos disponibles.[70]

También el uso de nitratos y pesticidas en las labores agrícolas suponen la principal contaminación difusa de las masas de agua tanto superficial como subterránea. La más significativa es la contaminación por nitratos que produce la eutrofización de las aguas. En España el consumo anual de fertilizantes se estima en 1.076.000 toneladas de nitrógeno, 576.000 toneladas de fósforo y 444.000 toneladas de potasio. La mayor parte de los abonos son absorbidos por los cultivos, el resto es un potencial contaminante de las aguas.[70]

El uso del agua en la industria

La industria precisa el agua para múltiples aplicaciones, para calentar y para enfriar, para producir vapor de agua o como disolvente, como materia prima o para limpiar. La mayor parte, después de su uso, se elimina devolviéndola nuevamente a la naturaleza. Estos vertidos, a veces se tratan, pero otras el agua residual industrial vuelve al ciclo del agua sin tratarla adecuadamente. La calidad del agua de muchos ríos del mundo se está deteriorando y está afectando negativamente al medio ambiente acuático por los vertidos industriales de metales pesados, sustancias químicas o materia orgánica.[71] También se puede producir una contaminación indirecta: residuos sólidos pueden llevar agua contaminada u otros líquidos, el lixiviado, que se acaban filtrando al terreno y contaminando acuíferos si los residuos no se aíslan adecuadamente.[72]

Los mayores consumidores de agua para la industria en el año 2000 fueron: EE.UU. 220,7 km³; China 162 km³; Federación Rusa 48,7 km³; India 35,2 km³; Alemania 32 km³; Canadá 31,6 km³ y Francia 29,8 km³. En los países de habla hispana, España 6,6 km³; México 4,3 km³; Chile 3,2 km³ y Argentina 2,8 km³.[73]

En algunos países desarrollados y sobre todo en Asia Oriental y en el África subsahariana, el consumo industrial de agua puede superar ampliamente al doméstico.[74]

El agua es utilizada para la generación de energía eléctrica. La hidroelectricidad es la que se obtiene a través de la energía hidráulica. La energía hidroeléctrica se produce cuando el agua embalsada previamente en una presa cae por gravedad en una central hidroeléctrica, haciendo girar en dicho proceso una turbina engranada a un alternador de energía eléctrica. Este tipo de energía es de bajo coste, no produce contaminación, y es renovable.

El agua es fundamental para varios procesos industriales y maquinarias, como la turbina de vapor, el intercambiador de calor, y también su uso como disolvente químico. El vertido de aguas residuales procedentes de procesos industriales causan varios tipos de contaminación como: la contaminación hídrica causada por descargas de solutos y la contaminación térmica causada por la descarga del refrigerante.

Otra de las aplicaciones industriales es el agua presurizada, la cual se emplea en equipos de hidrodemolición, en máquinas de corte con chorro de agua, y también se utiliza en pistolas de agua con alta presión para cortar de forma eficaz y precisa varios materiales como acero, hormigón, hormigón armado, cerámica, etc. El agua a presión también se usa para evitar el recalentamiento de maquinaria como las sierras eléctricas o entre elementos sometidos a un intenso rozamiento.

El agua como transmisor de calor

El agua y el vapor son usados como transmisores de calor en diversos sistemas de intercambio de calor, debido a su disponibilidad, por su elevada capacidad calorífica, y también por su facultad de enfriar y calentar. El vapor condensado es un calentador eficiente debido a su elevado calor de vaporización. Una desventaja del agua y el vapor es que en cierta manera son corrosivos. En la mayoría de centrales eléctricas, el agua es utilizada como refrigerante, la cual posteriormente se evapora y en las turbinas de vapor se genera energía mecánica, permitiendo el funcionamiento de los generadores que producen electricidad.

En la industria nuclear, el agua puede ser usada como moderador nuclear. En un reactor de agua a presión, el agua actúa como refrigerante y moderador. Esto aumenta la eficacia del sistema de seguridad pasivo de la central nuclear, ya que el agua ralentiza la reacción nuclear, manteniendo la reacción en cadena.

Procesamiento de alimentos

Véase también: Dureza del agua

El agua desempeña un papel crucial en la tecnología de alimentos. El agua es básica en el procesamiento de alimentos y las características de ella influyen en la calidad de los alimentos.

Los solutos que se encuentran en el agua, tales como las sales y los azucares, afectan las propiedades físicas del agua y también alteran el punto de ebullición y de congelación del agua. Un mol de sacarosa (azúcar) aumenta el punto de ebullición del agua a 0.52 °C, y un mol de cloruro de sodio aumenta el punto de ebullición a 1.04 °C a la vez que disminuye del mismo modo el punto de congelamiento del agua.[75] Los solutos del agua también afectan la actividad de esta, y a su vez afectan muchas reacciones químicas y el crecimiento de microorganismos en los alimentos.[76] Se denomina actividad del agua a la relación que existe entre la presión de vapor de la solución y la presión de vapor de agua pura.[75] Los solutos en el agua disminuyen la actividad acuosa, y es importante conocer esta información debido a que la mayoría del crecimiento bacteriano cesa cuando existen niveles bajos de actividad acuosa.[76] El crecimiento de microbios no es el único factor que afecta la seguridad de los alimentos, también existen otros factores como son la preservación y el tiempo de expiración de los alimentos.

Otro factor crítico en el procesamiento de alimentos es la dureza del agua, ya que esta puede afectar drásticamente la calidad de un producto a la vez que ejerce un papel en las condiciones de salubridad. La dureza del agua mide la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, especialmente carbonato de calcio y magnesio.[75] La dureza del agua se clasifica en:

La dureza del agua puede ser alterada o tratada mediante el uso de un sistema químico de intercambio iónico. El nivel de pH del agua se ve alterado por su dureza, jugando un papel crítico en el procesamiento de alimentos. Por ejemplo, el agua dura impide la producción eficaz de bebidas cristalinas. La dureza del agua también afecta la salubridad; de hecho, cuando la dureza aumenta, el agua pierde su efectividad desinfectante.[75]

Algunos métodos populares utilizados en la cocción de alimentos son: la ebullición, la cocción al vapor, y hervir a fuego lento. Estos procedimientos culinarios requieren la inmersión de los alimentos en el agua cuando esta se encuentra en su estado líquido o de vapor.

Aplicaciones químicas

Las reacciones orgánicas generalmente se tiemplan con agua o con una solución acuosa que puede estar compuesta por ácido, por una base o por un tampón químico. El agua es generalmente eficaz para eliminar sales inorgánicas. En las reacciones inorgánicas el agua es un solvente común, debido a que no disuelve los reactivos en su totalidad, también es anfótera (puede reaccionar en su estado ácido y base) y nucleófila. Sin embargo, estas propiedades a veces son deseadas. También se ha observado que el agua causa una aceleración en la reacción de Diels-Alder. Los fluidos supercríticos están siendo investigados en la actualidad, ya que el agua supercrítica (saturada en oxígeno) hace combustión en los contaminantes de manera eficiente.

El agua empleada como disolvente

El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve muchos de los compuestos conocidos. Sin embargo no llega a disolver todos los compuestos.

En términos químicos, el agua es un solvente eficaz porque permite disolver iones y moléculas polares. La inmensa mayoría de las sustancias pueden ser disueltas en agua. Cuando el agua es empleada como solvente se obtiene una disolución acuosa; por lo tanto, a la sustancia disuelta se la denomina soluto y al medio que la dispersa se lo llama disolvente. En el proceso de disolución, las moléculas del agua se agrupan alrededor de los iones o moléculas de la sustancia para mantenerlas alejadas o dispersadas. Cuando un compuesto iónico se disuelve en agua, los extremos positivos (hidrógeno) de la molécula del agua son atraídos por los aniones que contienen iones con carga negativa, mientras que los extremos negativos (oxígeno) de la molécula son atraídos por los cationes que contienen iones con carga positiva.[77] Un ejemplo de disolución de un compuesto iónico en agua es el cloruro de sodio (sal de mesa), y un ejemplo de disolución de un compuesto molecular en agua es el azúcar.

Las propiedades del agua son esenciales para todos los seres vivientes, su capacidad como solvente le convierte en un componente necesario de los fluidos vitales como el citoplasma de la sangre, la savia de las plantas, entre otros.[78] De hecho, el citoplasma está compuesto en un 90% de agua, las células vivas tienen un 60 a 90% de agua, y las células inactivas de un 10% a un 20%.[79]

La solvatación o la suspensión se emplean a diario para el lavado tales como vestimenta, pisos, alimentos, mascotas, automóviles y el cuerpo humano. Los residuos humanos también son conducidos por el agua a las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. El uso del agua como solvente de limpieza consume una gran cantidad de agua en los países industrializados.

El agua facilita el procesamiento biológico y químico de las aguas residuales. El ambiente acuoso ayuda a descomponer los contaminantes, debido a su capacidad de volverse una solución homogénea, que puede ser tratada de manera flexible. Los microorganismos que viven en el agua pueden acceder a los residuos disueltos y pueden alimentarse de ellos, descomponiéndoles en sustancias menos contaminantes. Para ello los tratamientos aeróbicos se utilizan de forma generalizada añadiendo oxígeno o aire a la solución, incrementando la velocidad de descomposición y reduciendo la reactividad de las sustancias nocivas que lo componen. Otros ejemplos de sistemas biológicos para el tratamiento de las aguas residuales son los cañaverales y los biodigestores anaeróbicos. Por lo general en los tratamientos químicos y biológicos de los desperdicios, quedan residuos sólidos del proceso de tratamiento. Dependiendo de su composición, el residuo restante puede ser secado y utilizado como fertilizante si sus propiedades son beneficiosas, o puede ser desechado en un vertedero o incinerado.

Otros usos

El agua como extintor de fuego

El agua también es utilizada para apagar incendios forestales.

El agua posee un elevado calor latente de vaporización y es relativamente inerte, convirtiéndole en un fluido eficaz para apagar incendios. El calor del fuego es absorbido por el agua para luego evaporarse, extinguiendo por enfriamiento. Sin embargo, el agua no debe ser utilizada para apagar el fuego de equipos eléctricos, debido a que el agua impura es un buen conductor de electricidad. Asimismo, no debe ser empleada para extinguir combustibles líquidos o solventes orgánicos puesto que flotan en el agua y la ebullición explosiva del agua tiende a extender el fuego.

Cuando se utiliza el agua para apagar incendios se debe considerar el riesgo de una explosión de vapor, ya que puede ocurrir cuando se la utiliza en espacios reducidos y en fuegos sobrecalentados. También se debe tomar en cuenta el peligro de una explosión de hidrógeno, que ocurre cuando ciertas sustancias, como metales o el grafito caliente, se descomponen en el agua produciendo hidrógeno.

El accidente de Chernóbil es un claro ejemplo de la potencia de este tipo de explosiones, aunque en este caso el agua no provino de los esfuerzos por combatir el fuego sino del propio sistema de enfriamiento del reactor, ocasionando una explosión de vapor causada por el sobrecalentamiento del núcleo del reactor. También existe la posibilidad de que pudo haber ocurrido una explosión de hidrógeno causada por la reacción química entre el vapor y el circonio caliente.

Deportes y diversión

Los humanos utilizan el agua para varios propósitos recreativos, entre los cuales se encuentran la ejercitación y la práctica de deportes. Algunos de estos deportes incluyen la natación, el esquí acuático, la navegación, el surf y el salto. Existen además otros deportes que se practican sobre una superficie de hielo como el hockey sobre hielo, y el patinaje sobre hielo.

Las riberas de los lagos, las playas, y los parques acuáticos son lugares populares de relajación y diversión. Algunas personas consideran que el sonido del flujo del agua tiene un efecto tranquilizante. Otros personas tienen acuarios o estanques con peces y vida marina por diversión, compañía, o para exhibirlos. Los humanos también practican deportes de nieve como el esquí o el snowboarding. También se utiliza para juegos de pelea mediante el lanzamiento de bolas de nieve, globos de agua, e inclusive con el uso de pistolas de agua. Otra de las aplicaciones del agua es para decorar lugares públicos o privados con la construcción de fuentes o surtidores de agua.

Como estándar científico

El 7 de abril de 1795, el gramo fue definido en Francia como "el peso absoluto de un volumen de agua pura igual a un cubo de la centésima parte de un metro, a la temperatura de fusión del hielo".[80] Por motivos prácticos, se popularizó una medida mil veces mayor de referencia para los metales. El trabajo encargado era por tanto calcular con precisión la masa de un litro de agua. A pesar del hecho de que la propia definición de gramo especificaba los 0º C —una punto de temperatura muy estable— los científicos prefirieron redefinir el estándar y realizar sus mediciones en función de la densidad más estable, es decir, alrededor de los 4 °C.[81]

La escala de temperaturas Kelvin del SI se basa en el punto triple del agua, definido exactamente como 273.16º K (0.01º C). La escala Kelvin es una evolución más desarrollada de la Celsius, que está definida tan sólo por el punto de ebullición (=100º C) y el punto de fusión (=0º C) del agua. El agua natural se compone principalmente de isótopos hidrógeno-1 y oxígeno-16, pero hay también una pequeña cantidad de isótopos más pesados como hidrógeno-2 (deuterio). La cantidad de óxidos de deuterio del agua pesada es también muy reducida, pero afecta enormemente a las propiedades del agua. El agua de ríos y lagos suele tener menos deuterio que el agua del mar. Por ello, se definió un estándar de agua según su contenido en deuterio: El VSMOV, o Estándar de Viena Agua del Océano Promedio.

La contaminación y la depuración del agua

Contaminación en un río de Brasil.
Depuradora de aguas residuales en el río Ripoll (Castellar del Vallés).

Los humanos llevamos mucho tiempo depositando nuestros residuos y basuras en la atmósfera, en la tierra y en el agua. Esta forma de actuar hace que los residuos no se traten adecuadamente y causen contaminación. La contaminación del agua afecta a las precipitaciones, a las aguas superficiales, a las subterráneas y como consecuencia degrada los ecosistemas naturales.[82]

El crecimiento de la población y la expansión de sus actividades económicas están presionando negativamente a los ecosistemas de las aguas costeras, los ríos, los lagos, los humedales y los acuíferos. Ejemplos son la construcción a lo largo de la costa de nuevos puertos y zonas urbanas, la alteración de los sistemas fluviales para la navegación y para embalses de almacenamiento de agua, el drenaje de humedales para aumentar la superficie agrícola, la sobreexplotación de los fondos pesqueros, las múltiples fuentes de contaminación provenientes de la agricultura, la industria, el turismo y las aguas residuales de los hogares. Un dato significativo de esta presión es que mientras la población desde 1900 se ha multiplicado por cuatro, la extracción de agua se ha multiplicado por seis. La calidad de las masas naturales de agua se está reduciendo debido al aumento de la contaminación y a los factores mencionados.[83]

La Asamblea General de la ONU estableció en el año 2000 ocho objetivos para el futuro (Objetivos de Desarrollo del Milenio). Entre ellos estaba el que los países se esforzasen en invertir la tendencia de pérdida de recursos medioambientales, pues se reconocía la necesidad de preservar los ecosistemas, esenciales para mantener la biodiversidad y el bienestar humano, pues de ellos depende la obtención de agua potable y alimentos.[84]

Para ello además de políticas de desarrollo sostenible, se precisan sistemas de depuración que mejoren la calidad de los vertidos generados por la actividad humana. La depuración del agua es el conjunto de tratamientos de tipo físico, químico o biológico que mejoran la calidad de las aguas o que eliminan o reducen la contaminación. Hay dos tipos de tratamientos: los que se aplican para obtener agua de calidad apta para el consumo humano y los que reducen la contaminación del agua en los vertidos a la naturaleza después de su uso.


La depuración del agua para beber

El agua destinada al consumo humano es la que sirve para beber, cocinar, preparar alimentos u otros usos domésticos. Cada país regula por ley la calidad del agua destinada al consumo humano. La ley europea protege la salud de las personas de los efectos adversos derivados de cualquier tipo de contaminación de las aguas destinadas al consumo humano garantizando su salubridad y limpieza y por ello no puede contener ningún tipo de microorganismo, parásito o sustancia, en una cantidad o concentración que pueda suponer un peligro para la salud humana. Así debe estar totalmente exenta de las bacterias escherichia coli y enterococcus, limita por litro de agua tener menos de 50 miligramos de nitratos, menos de 2 miligramos de cobre y otras sustancias químicas.[85]

Habitualmente el agua potable es captada de manantiales, o extraída del suelo mediante túneles artificiales o pozos de un acuífero. Otras fuentes de agua son el agua lluvia, los ríos y los lagos. No obstante, el agua debe ser tratada para el consumo humano, y puede ser necesaria la extracción de sustancias disueltas, de sustancias sin disolver y de microorganismos perjudiciales para la salud. Existen diferentes tecnologías para potabilizar el agua. Habitualmente incluyen diversos procesos donde toda el agua que se trata puede pasar por tratamientos de filtración, coagulación, floculación o decantación. Uno de los métodos populares es a través de la filtración del agua con arena, en donde únicamente se eliminan las sustancias sin disolver. Por otro lado mediante la cloración se logra eliminar microbios peligrosos. Existen técnicas más avanzadas de purificación del agua como la ósmosis inversa. También existe el método de desalinización, un proceso por el cual se retira la sal del agua de mar; sin embargo, es costoso[86] por el elevado gasto de energía eléctrica y suele emplearse con más frecuencia en las zonas costeras con clima árido.

La distribución del agua potable se realiza a través de la red de abastecimiento de agua potable por tuberías subterráneas o mediante el agua embotellada.

En algunas ciudades donde escasea, como Hong Kong, el agua de mar es usada ampliamente en los inodoros con el propósito de conservar el agua potable.[87]

La depuración del agua residual

El tratamiento de aguas residuales se emplea en los residuos urbanos generados en la actividad humana y en los residuos provenientes de la industria.

El agua residual, también llamada negra o fecal, es la que usada por el hombre ha quedado contaminada. Lleva en suspensión una combinación de heces fecales y orina, de las aguas procedentes del lavado con detergentes del cuerpo humano, de su vestimenta y de la limpieza, de desperdicios de cocina y domésticos, etc. También recibe ese nombre los residuos generados en la industria. En la depuración se realizan una serie de tratamientos en cadena. El primero denominado pretratamiento separa los sólidos gruesos mediante rejas, desarenadores o separadores de grasas. Después un tratamiento denominado primario separa mediante una sedimentación física los sólidos orgánicos e inorgánicos sedimentables.

Necesidad de políticas proteccionistas

Véase también: Anexo:Agua virtual
Tendencias del consumo y la evaporación de acuíferos durante el último siglo.
Aproximación de la proporción de personas en los países en desarrollo con acceso a agua potable desde 1970 al 2000.

La política del agua es la política diseñada para asignar, distribuir y administrar los recursos hídricos y el agua.[88] La disponibilidad de agua potable per cápita ha ido disminuyendo debido a varios factores como la contaminación, la sobrepoblación, el riego excesivo, el mal uso[89] y el creciente ritmo de consumo.[90] Por esta razón, el agua es un recurso estratégico para el mundo y un importante factor en muchos conflictos contemporáneos.[91] Indudablemente, la escasez de agua tiene un impacto en la salud[92] y la biodiversidad.[93]

Desde 1990, 1.6 mil millones de personas tienen acceso a una fuente de agua potable.[1] Se ha calculado que la proporción de gente en los países desarrollados con acceso a agua segura ha mejorado del 30% en 1970[7] al 71% en 1990, y del 79% en el 2000 al 84% en el 2004. Se pronostica que esta tendencia seguirá en la misma dirección los próximos años.[8] Uno de los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM) de los países miembros de las Naciones Unidas es reducir al 50% la proporción de personas sin acceso sostenible a fuentes de agua potable y se estima que la meta será alcanzada en el 2015.[94] La ONU pronostica que el gasto necesario para cumplir dicho objetivo será de aproximadamente 50 a 102 mil millones de dólares.[95]

Según un reporte de las Naciones Unidas del año 2006, «a nivel mundial existe suficiente agua para todos», pero el acceso ha sido obstaculizado por la corrupción y la mala administración.[96]

En el Informe de la Unesco sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo (WWDR, 2003) de su Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos (WWAP) predice que en los próximos veinte años la cantidad de agua disponible para todos disminuirá al 30%; en efecto, el 40% de la población mundial tiene insuficiente agua potable para la higiene básica. Más de 2.2 millones de personas murieron en el año 2000 a consecuencia de enfermedades transmitidas por el agua (relacionadas con el consumo de agua contaminada) o sequías. En el 2004 la organización sin ánimo de lucro WaterAid, informó que cada 15 segundos un niño muere a causa de enfermedades relacionadas con el agua que pueden ser prevenidas[97] y que usualmente se deben a la falta de un sistema de tratamiento de aguas residuales.

Estas son algunas de las organizaciones que respaldan la protección del agua: International Water Association (IWA), WaterAid, Water 1st, y American Water Resources Association. También existen varios convenios internacionales relacionados con el agua como: la Convención de las Naciones Unidas de Lucha contra la Desertificación (CNULD), el Convenio Internacional para prevenir la contaminación por los Buques, la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del mar, y el Convenio de Ramsar. El Día Mundial del Agua se celebra el 22 de marzo[98] y el Día Mundial del Océano se celebra el 8 de junio.

Religión, filosofía y literatura

Ceremonia hinduista de purificación con agua en el estado de Tamil Nadu, India.

El agua es considerada como un elemento purificador en la mayoría de religiones. Algunas de las doctrinas religiosas que incorporan el ritual de lavado o abluciones son: el cristianismo, el hinduismo, el movimiento rastafari, el islam, el sintoísmo, el taoísmo y el judaísmo. Uno de los sacramentos centrales del cristianismo es el bautismo y el cual se realiza mediante la inmersión, aspersión o afusión de una persona en el agua. Dicha práctica también se ejecuta en otras religiones como el judaísmo donde es denominada mikve y en el sijismo donde toma el nombre de Amrit Sanskar. Asimismo, en muchas religiones incluyendo el judaísmo y el islam se realizan baños rituales de purificación a los muertos en el agua. Según el islam, las cinco oraciones al día (o salat) deben llevarse a cabo después de haber lavado ciertas partes del cuerpo usando agua limpia o abdesto; sin embargo, en caso de que no hubiese agua limpia se realizan abluciones con polvo o arena las cuales son denominadas tayammum. En el sintoísmo el agua es empleada en casi todos los rituales para purificar una persona o un lugar, como es el caso del ritual misogi. El agua es mencionada 442 veces en la Nueva Versión Internacional de la Biblia y 363 veces en la Biblia del rey Jacobo: Pedro 2:3-5 establece, «Estos ignoran voluntariamente que en el tiempo antiguo fueron hechos por la palabra de Dios los cielos y también la tierra, que proviene del agua y por el agua subsiste».[99]

Algunos cultos emplean agua especialmente preparada para propósitos religiosos, como el agua bendita de algunas denominaciones cristianas o el amrita en el sijismo y el hinduismo. Muchas religiones también consideran que algunas fuentes o cuerpos de agua son sagrados o por lo menos favorecedores; y algunos ejemplos incluyen: la ciudad de Lourdes de acuerdo con el catolicismo, el río Jordán (al menos simbólicamente) en algunas iglesias cristianas, el pozo de Zamzam en el islam, y el río Ganges en el hinduismo y otros cultos de la región. Muchos etnólogos, como Frazer, han subrayado el papel purificador del agua.[100]

Usualmente se cree que el agua tiene poderes espirituales. En la mitología celta, Sulis es la diosa de las aguas termales; en el hinduismo, el Ganges es personificado por una diosa, y según los textos Vedas la diosa hindú Sárasuati representa al río del mismo nombre. El agua es también en el vishnuísmo uno de los cinco elementos básicos o mahābhūta, entre los que constan: el fuego, la tierra, el espacio y el aire. Alternativamente, los dioses pueden ser considerados patrones de fuentes, ríos o lagos. De hecho, en la mitología griega y romana, Peneo era el dios río, uno de los tres mil ríos o a veces incluido entre las tres mil Oceánidas. En el islam el agua no es sólo la fuente de vida, pero cada vida está compuesta de agua: «¿Y que sacamos del agua a todo ser viviente?».[101] [102]

En cuanto a la filosofía, podemos encontrar a Tales de Mileto, uno de los siete sabios griegos, que afirmó que el agua era la sustancia última, el Arjé, del cosmos, de donde todo está conformado por el agua. Empédocles, un filósofo de la antigua Grecia, sostenía la hipótesis de que el agua es uno de los cuatro elementos clásicos junto al fuego, la tierra y el aire, y era considerada la sustancia básica del universo o ylem. Según la teoría de los cuatro humores, el agua está relacionada con la flema. En la filosofía tradicional china el agua es uno de los cinco elementos junto a la tierra, el fuego, la madera, y el metal.

El agua también desempeña un papel importante en la literatura como símbolo de purificación. Algunos ejemplos incluyen a un río como el eje central donde se desarrollan las principales acciones, como es el caso de la novela Mientras agonizo de William Faulkner y el ahogamiento de Ofelia en Hamlet.

Véase también

Referencias

  1. Kofi A. Annan, op. cit., prefacio V
  2. «CIA- The world face book». Central Intelligence Agency. Consultado el 20 de diciembre de 2008.
  3. a b c «Earth's water distribution». U.S. Geological Survey. Consultado el 17 de mayo 2007.
  4. «WORLD WATER RESOURCES AT THE BEGINNING OF THE 21ST CENTURY». Unesco. Consultado el 30/04/2009.
  5. Baroni, L.; Cenci, L.; Tettamanti, M.; Berati, M. (2007) «Evaluating the environmental impact of various dietary patterns combined with different food production systems» European Journal of Clinical Nutrition. Vol. 61. pp. 279–286. DOI 10.1038/sj.ejcn.1602522.
  6. a b «No hay crisis mundial de agua, pero muchos países en vías de desarrollo tendrán que hacer frente a la escasez de recursos hídricos». Fao. Consultado el 30/04/2009.
  7. a b Björn Lomborg (2001), The Skeptical Environmentalist (Cambridge University Press), ISBN 0-521-01068-3, p. 22
  8. a b MDG Report 2008
  9. Davie (2003), pág.2
  10. Datos del Centro del Agua del Trópico Húmedo para la América Latina y el Caribe (CATHALAC), en Tipos de agua, del portal agua.org.mx.
  11. Braun, Charles L.; Sergei N. Smirnov (1993) «Why is water blue?» J. Chem. Educ.. Vol. 70. n.º 8. pp. 612.
  12. Véanse las tablas elaboradas por un equipo de la Escuela de Ingeniería de Antioquía (Colombia).
  13. Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 0-13-250882-6.
  14. La demostración visual de este fenómeno, en www.youtube.com
  15. Water en Wolfram|Alpha (Consultado el 27 de mayo de 2009).
  16. Véase este vídeo, que intenta probar la posibilidad de obtener energía del agua. En realidad, la energía invertida en el proceso es mucho mayor que la obtenida tras el mismo.
  17. Ball, Philip (14 de septiembre de 2007). «Burning water and other myths». Nature News. Consultado el 14 de septiembre de 2007.
  18. Así, el célebre y dudoso estudio de Jacques Benveniste probando la capacidad mnemotécnica del agua. Véase este enlace para más información.
  19. Entrevista en The Independent, 23 de mayo de 1995. Consultado el 22 de abril de 2009.
  20. Gary Melnick, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y David Neufeld, Johns Hopkins University. citados en: «Discover of Water Vapor Near Orion Nebula Suggests Possible Origin of H20 in Solar System (sic)», The Harvard University Gazette, 23 de abril de 1998. «"El descubrimiento de vapor de agua cerca de Nébula Orión sugiere un posible origen del H20 en el Sistema Solar" (en inglés). Space Cloud Holds Enough Water to Fill Earth's Oceans 1 Million Times», Headlines@Hopkins, JHU, 9 de abril de 1998. «Water, Water Everywhere: Radio telescope finds water is common in universe», The Harvard University Gazette, 25 de febrero de 1999.(linked 4/2007)
  21. Concretamente, el hidrógeno y el oxígeno ocupan el primer y tercer lugar, respectivamente, en el ranking de elementos químicos en el universo conocido. Datos según este informe, (formato pdf)
  22. «MESSENGER Scientists 'Astonished' to Find Water in Mercury's Thin Atmosphere». Planetary Society (3 de julio de 2008). Consultado el 5 de julio de 2008.
  23. Hallada agua en un planeta distante (en inglés) 12 de julio de 2007, por Laura Blue, Time
  24. Descubren un planeta con agua fuera del sistema solar, en El Mundo (edición digital del 17 de julio de 2007. Consultado el 26 de abril de 2009.
  25. Encuentran agua en la atmósfera de un exoplaneta - Space.com (en inglés).
  26. Versteckt in Glasperlen: Auf dem Mond gibt es Wasser - Wissenschaft - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten
  27. J. C. I. Dooge. "Integrated Management of Water Resources", en E. Ehlers, T. Krafft. (eds.) Understanding the Earth System: compartments, processes, and interactions. Springer, 2001, p. 116. Más referencias al final del artículo "Habitable Zone" en The Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy and Spaceflight.
  28. Error en la cita: El elemento <ref> no es válido; pues no hay una referencia con texto llamada inu1
  29. Una cuarta parte del planeta ya está amenazada por la desertificación en 20 minutos, 18 de junio de 2009.
  30. La desertización avanza en España y afecta ya a más del 30% del territorio, El País, 16/6/2006. Consultado el 20/4/2009
  31. Página oficial del "Día contra la desertización", en www.un.org
  32. a b c d 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p.123-9
  33. La contaminación del lago Baikal es inferior a la estimada, en Masmar.net, 5 de septiembre de 2008. Consultado el 26 de abril de 2009.
  34. Descubren bacterias que viven sin luz ni oxígeno bajo el hielo de la Antártida, El Mundo, 20-04-2009.
  35. Concretamente, en los sistemas hidrotermales marinos profundos. Véase MAHER, Kevin A., y STEPHENSON, David J., "Impact frustration of the origin of life", Nature, Vol. 331, pp. 612–614. 18 de febrero de 1988.
  36. "El país que no tiene agua o que tiene dificultades con el agua está condenado al subdesarrollo, salvo que tenga petróleo o algún otro recurso en cantidades ingentes", Alberto Crespo, en "La crisis del agua refleja otras crisis". BBC.com, 14 de marzo de 2006. Consultado el 27 de abril de 2009.
  37. ¿Qué porcentaje del cuerpo es agua? Jeffrey Utz, M.D., The MadSci Network
  38. «Healthy Water Living». Consultado el 1 de febrero de 2007.
  39. Rhoades RA, Tanner GA (2003). Medical Physiology, 2nd ed. edición, Baltimore: Lippincott Williams & Wilkins. OCLC 50554808. ISBN 0781719364.
  40. "Bebe al menos ocho vasos de agua al día." ¿De veras? ¿Hay algún indicio científico para el "8 × 8"?, por Heinz Valdin, Departmento de Fisiología, Dartmouth Medical School, Lebanon, New Hampshire
  41. Por ejemplo, la relación entre el consumo de agua, la pérdida de peso y el estreñimiento.
  42. Drinking Water - How Much?, Factsmart.org web site and references within
  43. Food and Nutrition Board, National Academy of Sciences. Recommended Dietary Allowances, revised 1945. National Research Council, Reprint and Circular Series, No. 122, 1945 (agosto), p. 3–18.
  44. Dietary Reference Intakes: Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate, Food and Nutrition Board
  45. Agua:¿Cuánta hay que beber cada día? - MayoClinic.com
  46. a b Rámirez Quirós, op. cit., p.8-20
  47. Rámirez Quirós, op. cit., p.21-23
  48. 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p.88-90
  49. Según este informe de la ONU, publicado en BBC.com el 26 de agosto de 2004. Consultado el 24 de abril de 2009.
  50. El "plan de acción" decidido en la Cumbre de Evian de 2003
  51. Día Mundial del Agua: 2.400 millones de personas la beben contaminada, 22 de abril de 2005. Consultado el 24 de abril de 2009.
  52. World Health Organization. Safe Water and Global Health.
  53. En otras estimaciones, unos 4.000 niños cada día.
  54. La ONU analizará la contaminación del agua con arsénico en China y en otros países de Asia, 18 de noviembre de 2004. Consultado el 26 de abril de 2009.
  55. Ravindranath, Nijavalli H.; Jayant A. Sathaye (2002). Climate Change and Developing Countries. Springer. OCLC 231965991. ISBN 1402001045.
  56. Problemas asociados con la contaminación del agua subterránea, en www.purdue.edu. Consultado el 26 de abril de 2009.
  57. Miller (2005), pág.173
  58. University of Michigan (4 de enero). «Human Appropriation of the World's Fresh Water Supply» (en inglés). University of Michigan. Consultado el 29 de abril de 2009.
  59. Datos extraídos del "libro Azul" del agua, editado por la compañía de aguas de bélgica. (en neerlandés).
  60. Los datos son de Intermon Oxfam, elaboración propia.
  61. Véanse las observaciones de GARCÍA NART, Marta; "El segundo catálogo español de Buenas Prácticas: reflexiones sobre el proceso, lecciones aprendidas y asignaturas pendientes", Ed. Instituto Juan de Herrera, Madrid, 1999, ISSN: 1578-097X.
  62. NORTEAMÉRICA: 333-666 litros/día, EUROPA: 158 litros/día, ASIA: 64 litros/día, ÁFRICA 15-50 litros/día, ESPAÑA: 147 litros/día. (Datos de Intermon Oxfam, incluyen consumo industrial).
  63. El hidrólogo sueco Malin Falkenmark formuló el término presión hídrica, para definir los países en los que el suministro de agua disponible por persona no alcanza los 1700 litros. Para saber más sobre presión hídrica y sostenibilidad, véase "Escasez de agua", publicado en Population Information Program, Center for Communication Programs, Volumen XXVIII, nº3, Otoño de 2000, Serie M, #15, Ed. por la Universidad Johns Hopkins para la Salud Pública, Baltimore, Maryland, USA.
  64. Por ejemplo, esta declaración de Amnistía Internacional del 24 de marzo de 2003. Consultado el 30 de abril de 2009.
  65. La cuestión ya fue planteada por un comité de expertos durante la celebración del IIIer Foro Mundial del Agua, en marzo de 2006.
  66. Yahoo noticias, 16 de marzo de 2009. Consultado el 30 de abril de 2009.
  67. Crisis del agua=Crisis Alimentaria, artículo de La Crónica de Hoy, 8 de junio de 2008. Consultado el 22 de abril de 2009
  68. WBCSD Water Faacts & Trends
  69. Animación sobre cultivos espaciales (requiere Flash).
  70. a b Gómez Limón, op. cit., p.56-59
  71. 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p.277
  72. 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p.281
  73. 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p. 300-302
  74. Véanse las tablas finales en el informe de Yurina OTAKI, Masahiro OTAKI y Tomoko YAMADA, “Attempt to Establish an Industrial Water Consumption Distribution Model”, Journal of Water and Environment Technology, Vol. 6, No. 2, pp.85-91, 2008. (en inglés)
  75. a b c d Vaclacik and Christian, 2003
  76. a b DeMan, 1999
  77. American Chemical Society (2006), pág.60
  78. Starr (2003), pág.29
  79. Rastogi (1996), pág.181
  80. Decreto sobre los pesos y las medidas
  81. here L'Histoire Du Mètre, La Détermination De L'Unité De Poids
  82. 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p.137
  83. 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p.161
  84. 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo, p.31
  85. «DIRECTIVA 98/83/CE relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano». Generalitat de Catalunya. Consultado el 10/05/2009.
  86. Costes económicos y medioambetales de la desalación de agua de mar, por el dr. Manuel Latorre, IV Congreso Ibérico de Gestión y Planificación del agua, 2004. Consultado el 27 de abril de 2009.
  87. Abastecimiento de agua en Hong Kong, en Arqhys.com. Consultado el 26 de abril de 2009.
  88. Park (2007), pág.219
  89. Swain (2004), pág.4
  90. Tendencias en el consumo humano e industrial de agua, y su relación el ritmo de la evaporación de las reservas. Estudio de Igor A. Shiklomanov, Instituto Hidrológico Estatal (SHI, San Petersburgo) y Unesco, París, 1999. 1999.
  91. Sobre la relación entre agua y guerra, véase La improbable guerra del agua, entrevista al geógrafo estadounidense Aaron Wolf, informe de la Unesco, octubre de 2001.
  92. Millones de enfermos por la falta de agua limpia en Pakistán, en Public Radio International (en inglés). Consultado el 26 de abril de 2009.
  93. Biodiversidad: Está en el agua, artículo que expone la relación entre precipitaciones, corrientes de agua y biodiversidad. En www.sciencedaily.com, consultado el 27 de abril de 2009.
  94. Reunión de Alto Nivel, Naciones Unidas (25 de septiembre). «Los Objetivos de Desarrollo del Milenio» (en español) págs. 2. Naciones Unidas. Consultado el 21 de abril de 2009.
  95. Herfkens, Eveline. «Washing away poverty» (en inglés). Consultado el 29 de abril de 2009.
  96. UNESCO. (2006). Water, a shared responsibility. The United Nations World Water Development Report 2.
  97. En www.midcoastwater.com.au, referencia original aquí. Consultado el 26 de abril de 2009.
  98. Bajo señales sombrías, en México IV Foro Mundial del agua, Agencia Federal de Noticias (DERF), 15 de marzo de 2006. Consultado el 22 de abril de 2009
  99. Pedro 2:3-5
  100. "En un lugar de Nueva Zelandia (sic), cuando se sentía la necesidad de una expiación de los pecados, se celebraba una ceremonia en la cual se transferían todos los pecados de la tribu a un individuo; un tallo de helecho previamente atado a una persona se sumergía con él en el río, se desataba allí y se le dejaba ir flotando hacia el mar, llevándose los pecados." FRAZER, J.G., La rama dorada: magia y religión, Fondo de Cultura Económica, 1994, México, pág. 613.
  101. Azora de Al-Anbiya 21:30
  102. Cortés, pág.307

Bibliografía

2006-01-21 Detaching drop.jpg
2006-02-13 Drop-impact.jpg
2006-01-28 Drop-impact.jpg

Bibliografía utilizada

  • AMERICAN CHEMICAL SOCIETY (2006). Chemistry in the community. Nueva York: W.H. Freeman. ISBN 9780716789192.
  • CORTÉS, Julio (1986). El Corán. Perseus Distribution. ISBN 0940368714.
  • DAVIE, TIM (2003). «I- Hidrology as a Science», Fundamentals of Hydrology. Londres: Routledge. ISBN 0415220289.
  • MILLER, Tyler (2005). «IX- Water resources and water pollution», Sustaining the earth. Thomson, Brooks & Cole. ISBN 0-534-49672-5.
  • PARK, Chris (2007). A dictionary of environment and conservation. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0198609957.
  • RÁMIREZ QUIRÓS, Francisco (2005). Tratamiento de Desinfección del Agua Potable. Canal Isabel II. ISBN 84-933694-3-8.
  • RASTOGI, S.C. (1996). Cell and molecular biology. New Age International. ISBN 8122412882.
  • STARR, Cecie. Mary Arbogast (ed.). Biology: Concepts and applications, Fifth edition edición, Belmont: Wadsworth - Thomson Learning. ISBN 0-534-38549-4.
  • SWAIN, Ashok (2004). «I-Water Scarcity», Managing water conflict. Nueva York: Routledge. ISBN 071465566X.
  • TAUTSCHER, Carl (1991). «8.4», Contamination Effects on Electronic Products: Water. Nueva York: M. Dekker. ISBN 0824784235.

Bibliografía adicional (no utilizada directamente en este artículo)

  • John M. DeMan (1999). Principles of Food Chemistry 3rd Edition.
  • Vickie A. Vaclavik and Elizabeth W. Christian (2003). Essentials of Food Science 2nd Edition.
  • OA Jones, JN Lester and N Voulvoulis, Pharmaceuticals: a threat to drinking water? TRENDS in Biotechnology 23(4): 163, 2005
  • Franks, F (Ed), Water, A comprehensive treatise, Plenum Press, New York, 1972–1982
  • PH Gleick and associates, The World's Water: The Biennial Report on Freshwater Resources. Island Press, Washington, D.C. (published every two years, beginning in 1998.)
  • Marks, William E., The Holy Order of Water: Healing Earth's Waters and Ourselves. Bell Pond Books ( a div. of Steiner Books), Great Barrington, MA, November 2001 [ISBN 0-88010-483-X]
  • DEBENEDETTI, P. G., y STANLEY, H. E.; "Supercooled and Glassy Water", Physics Today 56 (6), p. 40–46 (2003). Downloadable PDF (1.9 MB)
  • Water SA
  • IRWING, J.J. y SOICHET, B.K., "ZINC: A free database of commercially available compounds for virtual screening", en el Journal of Chemical Information and modeling 45, nº 1, 2005, págs. 177-182.
  • POLING, B.E., PRAUSNITZ, J.M. y REID, R.C., The properties of gases and liquids (4ª edición), McGraw-Hill, 1987.
  • PRAUSNITZ, J.M. REID, R.C. y SHERWOOD, T.K, The properties of gases and liquids (3ª edición), McGraw-Hill, 1977.
  • REKLAITIS, G.V., Introduction to material and energy balances, John Wiley and Sons, Inc., 1983.

El agua como recurso natural

  • Gleick, Peter H.. The World's Water: The Biennial Report on Freshwater Resources. Washington: Island Press. (10 de noviembre de 2006)| ISBN 978-1-59726-105-0]
  • Postel, Sandra (1997, second edition). Last Oasis: Facing Water Scarcity. New York: Norton Press.
  • Anderson (1991). Water Rights: Scarce Resource Allocation, Bureaucracy, and the Environment.
  • Marq de Villiers (2003, revised edition). Water: The Fate of Our Most Precious Resource.
  • Diane Raines Ward (2002). Water Wars: Drought, Flood, Folly and the Politics of Thirst.
  • Miriam R. Lowi (1995). Water and Power: The Politics of a Scarce Resource in the Jordan River Basin. (Cambridge Middle East Library)
  • Worster, Donald (1992). Rivers of Empire: Water, Aridity, and the Growth of the American West.
  • Reisner, Marc (1993). Cadillac Desert: The American West and Its Disappearing Water.
  • Maude Barlow, Tony Clarke (2003). Blue Gold: The Fight to Stop the Corporate Theft of the World's Water.
  • Vandana Shiva (2002). Water Wars: Privatization, Pollution, and Profit. London: Pluto Press [u.a.]. OCLC 231955339. ISBN 0-7453-1837-1.
  • Anita Roddick, et al (2004). Troubled Water: Saints, Sinners, Truth And Lies About The Global Water Crisis.
  • William E. Marks (2001). The Holy Order of Water: Healing Earths Waters and Ourselves.

Enlaces externos

Wikilibros

[Categoría:Explotación de los recursos naturales]]

PENSAMIENTO MÁGICO8: VELOCIDAD DE LA LUZ (AÑO LUZ...). VELOCIDAD A LA QUE CIRCULA LA IMAGEN Y LA LUZ (LA VISIÓN) COMO TAMBIÉN EL "ECO" DEL SONIDO. La rapidez de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s[2] [3] (suele aproximarse a 3·108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz.

Rapidez de la luz

De Wikipedia, la enciclopedia libre

(Redirigido desde Velocidad de la luz)
Cscr-featured.svg
La luz solar tarda aproximadamente 8 minutos en llegar a la Tierra.
Rapidez de la luz en diferentes unidades
metros por segundo299.792.458 (exacto)
kilómetros por segundo299.792,458 (exacto)
kilómetros por hora1.079.252.848,8 (exacto)
Unidad astronómica por día173
Unidad de Planck1
Duración aproximada del tiempo que demora la luz para recorrer:
Un metro3,3 nanosegundos
Un kilómetro3,3 microsegundos
De la Tierra a la órbita geoestacionaria0,12 segundos
La longitud del Ecuador terrestre0,13 segundos
A la Tierra desde la Luna1,28 segundos
A la Tierra desde el Sol8,32 minutos
A la Tierra desde Alfa Centauri4,4 años
A través de la Vía Láctea100.000 años
A la Tierra desde la galaxia de Andrómeda2.500.000 años
Un haz de láser en el aire viajando cerca del 99,97% de la rapidez de la luz en el vacío (el índice de refracción del aire es alrededor de 1,0003).[1]

La rapidez de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s[2] [3] (suele aproximarse a 3·108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz.

Se denota con la letra c, proveniente del latín celéritās (en español celeridad o rapidez), y también es conocida como la constante de Einstein.

La rapidez de la luz fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, pasando así el metro a ser una unidad dada en función de esta constante y el tiempo.

La rapidez a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su permitividad eléctrica y permeabilidad magnética y otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta rapidez es inferior a "c" y queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la rapidez de la luz depende de la densidad de energía de ese vacío.

Contenido

[ocultar]

Descripción [editar]

De acuerdo con la física moderna estándar, toda radiación electromagnética (incluida la luz visible) se propaga o mueve a una rapidez constante en el vacío, conocida común, aunque erróneamente como velocidad de la luz, en vez de rapidez de la luz. Ésta es una constante física denotada como c. La rapidez c es también la rapidez de la propagación de la gravedad en la Teoría general de la relatividad.

Una consecuencia en las leyes del electromagnetismo (tales como las ecuaciones de Maxwell) es que la rapidez c de radiación electromagnética no depende de la rapidez del objeto que emite la radiación. Así, por ejemplo, la luz emitida de una fuente de luz que se mueve rápidamente viajaría a la misma rapidez que la luz proveniente de una fuente estacionaria (aunque el color, la frecuencia, la energía y el momentum de la luz cambiarán, fenómeno que se conoce como efecto Doppler).

Si se combina esta observación con el principio de relatividad, se concluye que todos los observadores medirán la rapidez de la luz en el vacío como una misma, sin importar el marco de referencia del observador o la rapidez del objeto que emite la luz. Debido a esto, se puede ver a c como una constante física fundamental. Este hecho, entonces, puede ser usado como base en la teoría de relatividad especial. La constante es la rapidez c, en vez de la luz en sí misma, lo cual es fundamental para la relatividad especial. De este modo, si la luz es de alguna manera retardada para viajar a una rapidez menor a c, esto no afectará directamente a la teoría de relatividad especial.

Observadores que viajan a grandes rapideces encontrarán que las distancias y los tiempos se distorsionan de acuerdo con la transformación de Lorentz. Sin embargo, las transformaciones distorsionan tiempos y distancias de manera que la rapidez de la luz permanece constante. Una persona viajando a una rapidez cercana a c también encontrará que los colores de la luz al frente se tornan azules y atrás se tornan rojos.

Si la información pudiese viajar más rápido que c en un marco de referencia, la causalidad sería violada: en otros marcos de referencia, la información sería recibida antes de ser mandada; así, la causa puede ser observada después del efecto. Debido a la dilatación del tiempo de la relatividad especial, el cociente del tiempo percibido entre un observador externo y el tiempo percibido por un observador que se mueve cada vez más cerca de la rapidez de la luz se aproxima a cero. Si algo pudiera moverse más rápidamente que luz, este cociente no sería un número real. Tal violación de la causalidad nunca se ha observado. Existe, sin embargo, un experimento inquietante realizado por los científicos del "NEC Research Institute at Princeton ", los cuales afirman haber logrado pulsos de luz a una rapidez 300 veces superior a c.[4]

Light cone sk.png

(Es necesario notar que se trata de un experimento no confirmado ni publicado aún).

Un cono de luz define la ubicación que está en contacto causal y aquellas que no lo están. Para exponerlo de otro modo, la información se propaga de y hacia un punto de regiones definidas por un cono de luz. El intervalo AB en el diagrama a la derecha es "tiempo-como" (es decir, hay un marco de la referencia en qué acontecimiento A y B ocurren en la misma ubicación en el espacio, separados solamente por su ocurrencia en tiempos diferentes, y si A precede B en ese marco entonces A precede B en todos marcos: no hay marco de referencia en el cual el evento A y el evento B ocurren simultáneamente). De este modo, es hipotéticamente posible para la materia (o la información) viajar de A hacia B, así que puede haber una relación causal (con A la causa y B el efecto).

Por otra parte, el intervalo AC es "espacio-como" (es decir, existe un marco de referencia donde el evento A y el evento B ocurren simultáneamente). Sin embargo, también existen marcos en los que A precede C o en el que C precede a A. Confinando una manera de viajar más rápido que la luz, no será posible para ninguna materia (o información) viajar de A hacia C o de C hacia A. De este modo no hay conexión causal entre A y C.

De acuerdo a la definición actual, adoptada en 1983, la rapidez de la luz es exactamente 299.792.458 m/s (aproximadamente 3 × 108 metros por segundo, 300.000 km/s o 300 m por millonésima de s).

El valor de c define la permitividad eléctrica del vacío (varepsilon_0) en unidades del SIU como:

 varepsilon_0=10^{7}/4pi c^2 quad mathrm{(en~ A^2, s^4, kg^{-1}, m^{-3}=F , m^{-1})}

La permeabilidad magnética del vacío (μ0) no es dependiente de c y es definida en unidades del SIU como:

 mu_0=4,pi, 10^{-7} quad mathrm{(en~ kg, m, s^{-2}, A^{-2}=N , A^{-2})}.

Estas constantes aparecen en las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo y están relacionadas por:

c=frac {1} {sqrt{varepsilon_0mu_0}}

Las distancias astronómicas son normalmente medidas en años luz (que es la distancia que recorre la luz en un año, aproximadamente 9,454256 × 1012 km (9 billones de km) especialmente en textos populares.

Definición del metro [editar]

Artículo principal: Metro

Históricamente, el metro ha sido definido como una fracción de la longitud de un meridiano a través de París, con referencia a la barra estándar y con referencia a una longitud de onda de una frecuencia particular de la luz. Desde 1983 el metro ha sido definido en referencia al segundo y la rapidez de la luz.

En 1967 la XIII Conferencia General de Pesos y Medidas definió al segundo del tiempo atómico como la duración de 9.192.631.770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo cesio-133, que en la actualidad sigue siendo la definición del segundo.

En 1983 la Conferencia General de Pesos y Medidas definió al metro como la longitud de la trayectoria viajada por la luz en absoluto vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299.792.458 de segundo, basándose en la constancia de la rapidez de la luz para todos los observadores. Esto significa que al medir la rapidez de la luz, al hallar cualquier diferencia medible de los valores definidos, entonces la longitud de tiempo estándar está incorrecta, o está exhibiendo un cambio desde el último momento en que fue medida. Si tal cambio fuese real en la física, y no un error adjudicable a una perturbación (como un cambio de temperatura o un choque mecánico), entonces se habrá hecho un importante descubrimiento.

La motivación en el cambio de la definición del metro, así como todos los cambios en la definición de unidades, fue proveer una definición precisa de la unidad que pudiese ser fácilmente usada para calibrar homogéneamente dispositivos en todo el mundo. La barra estándar no era práctica en este sentido, ya que no podía ser sacada de su cámara o utilizada por dos científicos al mismo tiempo. También era propensa a cambios masivos de longitud (comparados a la exactitud requerida) debido a variaciones de temperatura, por lo que requirió un largo tiempo de ajustes, desgaste de los extremos, oxidación, etc., lo que se convirtió en importantes problemas en la búsqueda de la exactitud perfecta.

Comunicaciones [editar]

Temps de parcours GPS.PNG

La rapidez de la luz es de gran importancia para las telecomunicaciones. Por ejemplo, dado que el perímetro de la Tierra es de 40.075 km (en la línea ecuatorial) y c es teóricamente la rapidez más rápida en la que un fragmento de información puede viajar, el período más corto de tiempo para llegar al otro extremo del globo terráqueo sería 0,067 s.

En la actualidad el tiempo de viaje es un poco más largo, en parte debido a que la rapidez de la luz es cerca de 30% menor en una fibra óptica y raramente existen trayectorias rectas en las comunicaciones globales; además se producen retrasos cuando la señal pasa a través de interruptores eléctricos o generadores de señales. En 2004, un retardo típico de recepción de señales desde Australia o Japón hacia los EE.UU. fue de 0,18 s. Adicionalmente, la rapidez de la luz afecta el diseño de las comunicaciones inalámbricas.

La rapidez de la luz finita se hizo aparente a todo el mundo, en el control de comunicaciones entre el Control Terrestre de Houston y Neil Armstrong cuando éste se convirtió en el primer hombre que puso un pie sobre la Luna: después de cada pregunta, Houston tenía que esperar cerca de 3 s para el regreso de una respuesta aun cuando los astronautas respondían inmediatamente.

De manera similar, el control remoto instantáneo de una nave interplanetaria es imposible debido a que el tiempo transcurrido, por ejemplo, para que los controles terrestres detecten algún problema, además del tiempo necesario para que la nave reciba la respuesta, podría ser de algunas horas.

La rapidez de la luz también puede tener influencia en distancias cortas. En los superordenadores la rapidez de la luz impone un límite de rapidez a la que pueden ser enviados los datos entre procesadores. Si un procesador opera a 1 GHz, la señal sólo puede viajar a un máximo de 300 mm en un ciclo único. Por lo tanto, los procesadores deben ser colocados cerca uno de otro para minimizar los retrasos de comunicación. Si las frecuencias de un reloj continúan incrementándose, la rapidez de la luz finalmente se convertirá en un factor límite para el diseño interno de chips individuales.

Física [editar]

Rapidez constante para todos los marcos de referencia [editar]

Es importante observar que la rapidez de la luz no es un límite de rapidez en el sentido convencional. Un observador que persigue un rayo de luz lo mediría al moverse paralelamente él mismo viajando a la misma rapidez como si fuese un observador estacionario. Esto conllevaría a consecuencias inusuales para la rapidez.

La mayoría de los individuos están acostumbrados a la regla de la adición de rapideces: si dos coches se acercan desde direcciones opuestas, cada uno viajando a una rapidez de 50 km/h, se esperaría (con un alto grado de precisión) que cada coche percibiría al otro en una rapidez combinada de 50 + 50=100 km/h.

Sin embargo, a rapideces cercanas a la de la luz, en resultados experimentales se hace claro que esta regla no se puede aplicar. Dos naves que se aproximen una a otra, cada una viajando al 90% de la rapidez de la luz relativas a un tercer observador entre ellas, no se percibirán mutuamente a un 90% + 90%=180% de la rapidez de la luz. En su lugar, cada una percibirá a la otra aproximándose a menos de un 99,5% de la rapidez de la luz. Este resultado se da por la fórmula de adición de la rapidez de Einstein:

u=frac{v+w}{1+frac{vw}{c^2}} !

donde v y w son las rapideces de las naves observadas por un tercer observador, y u es la rapidez de cualquiera de las dos naves observada por la otra.

Contrariamente a la intuición natural, sin importar la rapidez a la que un observador se mueva relativamente hacia otro observador, ambos medirán la rapidez de un rayo de luz que se avecina con el mismo valor constante, la rapidez de la luz.

La ecuación anterior fue derivada por Einstein de su teoría de relatividad especial, la cual toma el principio de relatividad como premisa principal. Este principio (originalmente propuesto por Galileo Galilei) requiere que actúen leyes físicas de la misma manera en todos los marcos de referencia.

Ya que las ecuaciones de Maxwell otorgan directamente una rapidez de la luz, debería ser lo mismo para cada observador – una consecuencia que sonaba obviamente equivocada para los físicos del siglo XIX, quienes asumían que la rapidez de la luz dada por la teoría de Maxwell es válida relativamente al éter lumínico.

Pero el experimento de Michelson y Morley, discutiblemente el más famoso y útil experimento en la historia de la física, no pudo encontrar este éter, sugiriendo en su lugar que la rapidez de la luz es una constante en todos los marcos de referencia.

Aunque no se sabe si Einstein conocía los resultados de los experimentos de Michelson y Morley, él dio por hecho que la rapidez de la luz era constante, lo entendió como una reafirmación del principio de relatividad de Galileo, y dedujo las consecuencias, ahora conocidas como la teoría de la relatividad especial, que incluyen la anterior fórmula auto-intuitiva.

Interacción con materiales transparentes [editar]

Refracción de la luz.

El índice de refracción de un material indica qué tan lenta es la rapidez de la luz en ese medio comparado con el vacío. La rapidez de la luz reducida en los materiales puede causar la refracción, según lo demostrado por este prisma (en el caso de una luz blanca que parte del prisma en un espectro de los colores, la refracción se conocen como dispersión).

Al pasar a través de los materiales, la luz es retardada a una rapidez menor que c por el cociente llamado «índice de refracción» del material. La rapidez de la luz en el aire es sólo levemente menor que c. Medios más densos, como el agua y el vidrio, pueden disminuir más la rapidez de la luz, a fracciones como 3/4 y 2/3 de c. Esta reducción de rapidez también es responsable de doblar la luz en una interfase entre dos materiales con índices diferentes, un fenómeno conocido como refracción.

El índice de refracción "n" de un medio viene dado por la siguiente expresión, donde "v" es la rapidez de la luz en ese medio:

 n=frac {c} {v}

Ya que la rapidez de la luz en los materiales depende del índice de refracción, y el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz, la luz a diferentes frecuencias viaja a diferentes rapideces a través del mismo material. Esto puede causar distorsión de ondas electromagnéticas que consisten de múltiples frecuencias, llamada dispersión.

Los ángulos de incidencia (i) y de refracción (r) entre dos medios y los índices de refracción están relacionados por la Ley de Snell. Los ángulos se miden con respecto al vector normal a la superficie entre los medios:

 n_{i} cdot {sen} alpha_{i}=n_{r} cdot {sen}alpha_{r}

A escala microscópica, considerando la radiación electromagnética como una partícula, la refracción es causada por una absorción continua y re-emisión de los fotones que componen la luz a través de los átomos o moléculas por los que está atravesando. En cierto sentido, la luz por sí misma viaja sólo a través del vacío existente entre estos átomos, y es impedida por los átomos. Alternativamente, considerando a la radiación electromagnética como una onda, las cargas de cada átomo (primariamente electrones) interfieren con los campos eléctricos y electromagnéticos de la radiación, retardando su progreso.

Más rápida que la luz [editar]

Véase también: Superlumínico

Una evidencia experimental reciente demuestra que es posible para la velocidad agrupada de la luz exceder c. Un experimento hizo que la velocidad agrupada de rayos láser viajara distancias extremadamente cortas a través de átomos de cesio a 300 veces c. Sin embargo, no es posible usar esta técnica para transferir información más rápido que c: la rapidez de la transferencia de información depende de la rapidez frontal (la rapidez en la cual el primer incremento de un pulso sobre cero la mueve adelante) y el producto de la velocidad agrupada y la velocidad frontal es igual al cuadrado de la velocidad normal de la luz en el material.

El exceder la rapidez agrupada de la luz de esta manera, es comparable a exceder la rapidez del sonido emplazando gente en una línea espaciada equidistantemente, y pidiéndoles a todos que griten una palabra uno tras otro con intervalos cortos, cada uno midiendo el tiempo al mirar su propio reloj para que no tengan que esperar a escuchar el grito de la persona previa.

La rapidez de la luz también puede parecer superada en cierto fenómeno que incluye ondas evanescentes, tales como túneles cuánticos. Los experimentos indican que la velocidad de fase de ondas evanescentes pueden exceder a c; sin embargo, parecería que ni la velocidad agrupada ni la velocidad frontal exceden c, así, de nuevo, no es posible que la información sea transmitida más rápido que c.

En algunas interpretaciones de la mecánica cuántica, los efectos cuánticos pueden ser retransmitidos a rapideces mayores a c (de hecho, la acción a distancia se ha percibido largamente como un problema con la mecánica cuántica: ver paradoja EPR). Por ejemplo, los estados cuánticos de dos partículas pueden ser enlazados, de manera que el estado de una partícula arregle el estado de otra partícula (diciéndolo de otra manera, uno debe tener un giro de +½ y el otro debe girar -½). Hasta que las partículas son observadas, éstas existen en una superposición de dos estados cuánticos (+½, –½) y (–½, +½). Si las partículas son separadas y una de ellas es observada para determinar su estado cuántico, entonces el estado cuántico de la segunda partícula es determinado automáticamente. Si, en algunas interpretaciones de mecánica cuántica, se presume que la información acerca del estado cuántico es local para una partícula, entonces se debe concluir que la segunda partícula toma su estado cuántico instantáneamente, tan pronto como la primera observación se lleva a cabo. Sin embargo, es imposible controlar qué estado cuántico tomará la primera partícula cuando sea observada, así que ninguna información puede ser transmitida de esta manera. Las leyes de la física también parecen prevenir que la información sea transmitida a través de maneras más astutas y esto ha llevado a la formulación de reglas tales como el teorema de no clonación.

El llamado movimiento superluminar también es visto en ciertos objetos astronómicos, tales como los jet de Galaxia activa, galaxias activas y cuásares. Sin embargo, estos jets no se mueven realmente a rapideces excedentes a la de la luz: el movimiento aparente superluminar es una proyección del efecto causado por objetos moviéndose cerca de la rapidez de la luz en un ángulo pequeño del horizonte de visión.

Aunque puede sonar paradójico, es posible que las ondas expansivas se hayan formado con la radiación electromagnética. Ya que una partícula cargada que viaja a través de un medio insolado, interrumpe el campo electromagnético local en el medio. Los electrones en los átomos del medio son desplazados y polarizados por el campo de la partícula cargada, y los fotones que son emitidos como electrones se restauran a sí mismos para mantener el equilibrio después de que la interrupción ha pasado (en un conductor, la interrupción puede ser restaurada sin emitir un fotón).

En circunstancias normales, estos fotones interfieren destructivamente unos con otros y no se detecta radiación. Sin embargo, si la interrupción viaja más rápida que los mismos fotones, los fotones interferirán constructivamente e intensificarán la radiación observada. El resultado (análogo a una explosión sónica) es conocido como radiación Cherenkov.

La habilidad de comunicarse o viajar más rápido que la luz es un tema popular en la ciencia ficción. Se han propuesto partículas que viajan más rápido que la luz, taquiones doblados por la física de partículas, pero aún no se han podido observar.

Algunos físicos (entre ellos João Magueijo y John Moffat) han propuesto que en el pasado la luz viajaba mucho más rápido que la actual rapidez de la luz. Esta teoría es llamada velocidad de la luz variable y sus proponentes claman que este fenómeno tiene la habilidad de explicar muchos rompecabezas cosmológicos de mejor manera que su teoría rival, el modelo inflacionario del universo. Sin embargo, todavía no ha ganado suficiente aceptación.

Experimentos para retardar la luz [editar]

Fenómenos refractivos tales como el arcoiris tienden a retardar la rapidez de la luz en un medio (como el agua, por ejemplo). En cierto sentido, cualquier luz que viaja a través de un medio diferente del vacío viaja a una rapidez menor que c como resultado de la refracción. Sin embargo, ciertos materiales tienen un índice de refracción excepcionalmente alto: en particular, la densidad óptica del condensado de Bose-Einstein puede ser muy alta.

En 1999, un equipo de científicos encabezados por Lene Hau pudo disminuir la rapidez de un rayo de luz a cerca de 17 m/s, y en 2001 pudieron detener momentáneamente un rayo de luz.

En 2003, Mijaíl Lukin, junto con científicos de la Universidad Harvard y el Instituto de Física Lébedev (de Moscú), tuvieron éxito en detener completamente la luz al dirigirla a una masa de gas rubidio caliente, los átomos del cual, en palabras de Lukin, se comportaron como «pequeños espejos», debido a los patrones de interferencia en dos rayos de control.

Historia [editar]

Hasta tiempos relativamente recientes, la rapidez de la luz fue un tema de grandes conjeturas. Empédocles creía que la luz era algo en movimiento, y que por lo tanto en su viaje tenía que transcurrir algún tiempo.

Aristóteles por el contrario, creía que «la luz está sujeta a la presencia de algo, pero no es el movimiento». Además, si la luz tiene una rapidez finita, ésta tenía que ser inmensa. Aristóteles afirmó: «La tensión sobre nuestro poder de creencias es demasiado grande para creer esto».

Una de las teorías antiguas de la visión es que la luz es emitida por el ojo, en lugar de ser generada por una fuente y reflejada en el ojo. En esta teoría, Herón de Alejandría adelantó el argumento de que la rapidez de la luz debería ser infinita, ya que cuando uno abre los ojos objetos distantes como las estrellas aparecen inmediatamente.

Islam [editar]

Los filósofos islámicos Avicena y Alhazen creían que la luz tiene una rapidez finita, aunque en este punto otros filósofos convinieron con Aristóteles.

Hinduismo [editar]

La escuela Ayran de filosofía en la antigua India también mantuvo que la rapidez de la luz era finita.


Europa [editar]

Johannes Kepler creía que la rapidez de la luz era finita ya que el espacio vacío no representa un obstáculo para ella. Francis Bacon argumentó que la rapidez de la luz no es necesariamente finita, ya que algo puede viajar tan rápido como para ser percibido.

René Descartes argumentó que si la rapidez de la luz era finita, el Sol, la Tierra y la Luna estarían perceptiblemente fuera de alineación durante un eclipse lunar. Debido a que tal desalineación no se ha observado, Descartes concluyó que la rapidez de la luz es infinita. De hecho, Descartes estaba convencido de que si la rapidez de la luz era finita, todo su sistema de filosofía sería refutado.

Medición de la rapidez de la luz [editar]

La historia de la medición de la rapidez de la luz comienza en el siglo XVII en los albores de la revolución científica. La mayor parte de los primeros experimentos para intentar medir la rapidez de la luz fracasaron debido a su alto valor y tan solo se pudieron obtener medidas indirectas a partir de fenómenos astronómicos. En el siglo XIX se pudieron realizar los primeros experimentos directos de medición de la rapidez de la luz confirmando su naturaleza electromagnética y las ecuaciones de Maxwell.

Primeros intentos [editar]

En 1629 Isaac Beeckman, un amigo de René Descartes, propuso un experimento en el que se pudiese observar el flash de un cañón reflejándose en un espejo ubicado a 1,6 km del primero. En 1638, Galileo propuso un experimento, para medir la rapidez de la luz al observar la percepción del retraso entre el lapso de destapar una linterna a lo lejos. René Descartes criticó este experimento como algo superfluo, en el hecho de que la observación de eclipses, los cuales tenían más poder para detectar una rapidez finita, dio un resultado negativo. En 1667, este experimento se llevó a cabo por la Academia del Cimento de Florencia, con las linternas separadas a 1,6 km sin observarse ningún retraso. Robert Hooke explicó los resultados negativos tal como Galileo había dicho: precisando que tales observaciones no establecerían la infinita rapidez de la luz, tan sólo que dicha rapidez debía ser muy grande.

Primeras mediciones [editar]

En 1676 Ole Rømer realizó el primer estimado cuantitativo de la rapidez de la luz, estudiando el movimiento del satélite Ío de Júpiter con un telescopio. Es posible medir el tiempo de la revolución de Ío debido a los movimientos de la sombra entrante/saliente de Júpiter en intervalos regulares. Rømer observó que Ío gira alrededor de Júpiter cada 42,5 h cuando la Tierra esta más cerca de Júpiter. También observó que, como la Tierra y Júpiter se mueven separándose, la salida de Ío fuera de la proyección de la sombra comenzaría progresivamente más tarde de lo predicho. Las observaciones detalladas mostraban que estas señales de salida necesitaban más tiempo en llegar a la Tierra, ya que la Tierra y Júpiter se separaban cada vez más. De este modo el tiempo extra utilizado por la luz para llegar a la Tierra podía utilizarse para deducir la rapidez de ésta. 6 meses después, las entradas de Ío en la proyección de la sombra ocurrían con mayor frecuencia ya que la Tierra y Júpiter se acercaban uno a otro. Con base a estas observaciones, Rømer estimó que la luz tardaría 22 min en cruzar el diámetro de la órbita de la Tierra (es decir, el doble de la unidad astronómica); las estimaciones modernas se acercan más a la cifra de 16 min y 40 s.

Alrededor de la misma época, la unidad astronómica se estimaba en cerca de 140 millones de km. La unidad astronómica y la estimación del tiempo de Rømer fueron combinados por Christian Huygens, quien consideró que la rapidez de la luz era cercana a 1000 diámetros de la Tierra por minuto, es decir, unos 220.000 km/s, muy por debajo del valor actualmente aceptado, pero mucho más rápido que cualquier otro fenómeno físico entonces conocido.

Isaac Newton también aceptó el concepto de rapidez finita. En su libro Opticks expone el valor más preciso de 16 minutos por diámetro, el cual parece él dedujo por sí mismo (se desconoce si fue a partir de los datos de Rømer, o de alguna otra manera).

El mismo efecto fue subsecuentemente observado por Rømer en un punto rotando con la superficie de Júpiter. Observaciones posteriores también mostraron el mismo efecto con las otras tres lunas Galileanas, donde era más difícil de observar al estar estos satélites más alejados de Júpiter y proyectar sombras menores sobre el planeta.

Aunque por medio de estas observaciones, la rapidez finita de la luz no fue establecida para la satisfacción de todos (notablemente Jean-Dominique Cassini), después de las observaciones de James Bradley (1728), la hipótesis de rapidez infinita se consideró totalmente desacreditada. Bradley dedujo que la luz de las estrellas cayendo sobre la Tierra parecerían provenir en un ángulo leve, que podría ser calculado al comparar la rapidez de la Tierra en su órbita con la rapidez de la luz. Se observó está llamada aberración de la luz, estimándose en 1/200 de un grado.

Bradley calculó la rapidez de la luz en alrededor de 298.000 km/s. Esto es solamente un poco menos que el valor actualmente aceptado. El efecto de aberración fue estudiado extensivamente en los siglos posteriores, notablemente por Friedrich Georg Wilhelm Struve y Magnus Nyren.

Medidas directas [editar]

La segunda medida acertada de la rapidez de la luz usando un aparato terrestre fue realizada por Hippolyte Fizeau en 1849. El experimento de Fizeau era conceptualmente similar a aquellos propuestos por Beeckman y Galileo. Un rayo de luz se dirigía a un espejo a cientos de metros de distancia. En su trayecto de la fuente hacia el espejo, el rayo pasaba a través de un engranaje rotatorio. A cierto nivel de rotación, el rayo pasaría a través de un orificio en su camino de salida y en otro en su camino de regreso. Pero en niveles ligeramente menores, el rayo se proyectaría en uno de los dientes y no pasaría a través de la rueda. Conociendo la distancia hacia el espejo, el número de dientes del engrane, y el índice de rotación, se podría calcular la rapidez de la luz. Fizeau reportó la rapidez de la luz como 313.000 km/s. El método de Fizeau fue refinado más tarde por Marie Alfred Cornu (1872) y Joseph Perrotin (1900) pero fue el físico francés Léon Foucault quien más profundizó en la mejoras del método de Fizeau al reemplazar el engranaje con un espejo rotatorio. El valor estimado por Foucault, publicado en 1862, fue de 298.000 km/s. El método de Foucault también fue usado por Simon Newcomb y Albert Michelson, quien comenzó su larga carrera replicando y mejorando este método.

En 1926, Michelson utilizó espejos rotatorios para medir el tiempo que tardaba la luz en hacer un viaje de ida y vuelta entre la montaña Wilson y la montaña San Antonio en California. Las medidas exactas rindieron una rapidez de 299.796 km/s.

Relatividad [editar]

Con base en el trabajo de James Clerk Maxwell, se sabe que la rapidez de la radiación electromagnética es una constante definida por las propiedades electromagnéticas del vacío (constante dieléctrica y permeabilidad).

En 1887, los físicos Albert Michelson y Edward Morley realizaron el influyente experimento Michelson-Morley para medir la rapidez de la luz relativa al movimiento de la Tierra. La meta era medir la rapidez de la Tierra a través del éter, el medio que se pensaba en ese entonces necesario para la transmisión de la luz. Tal como se muestra en el diagrama de interferómetro de Michelson, se utilizó un espejo con media cara plateada para dividir un rayo de luz monocromática en dos rayos viajando en ángulos rectos uno respecto del otro. Después de abandonar la división, cada rayo era reflejado de ida y vuelta entre los espejos en varias ocasiones (el mismo número para cada rayo para dar una longitud de trayectoria larga pero igual; el experimento Michelson-Morley actual usa más espejos) entonces una vez recombinados producen un patrón de interferencia constructiva y destructiva.

Cualquier cambio menor en la rapidez de la luz en cada brazo del interferómetro cambiaría la cantidad de tiempo gastada en su tránsito, que sería observado como un cambio en el patrón de interferencia. En el acontecimiento, el experimento dio un resultado nulo.

Ernst Mach estuvo entre los primeros físicos que sugirieron que el experimento actualmente aportaba una refutación a la teoría del éter. El desarrollo en física teórica había comenzado a proveer una teoría alternativa, la contracción de Lorentz, que explicaba el resultado nulo del experimento.

Es incierto si Einstein sabía los resultados de los experimentos de Michelson y Morley, pero su resultado nulo contribuyó en gran medida a la aceptación de su teoría de relatividad. La teoría de Einstein no requirió un elemento etérico sino que era completamente consistente con el resultado nulo del experimento: el éter no existe y la rapidez de la luz es la misma en cada dirección. La rapidez constante de la luz es uno de los postulados fundamentales (junto con el principio de causalidad y la equivalencia de los marcos de inercia) de la relatividad especial.

Véase también [editar]

Referencias [editar]

  1. Michael De Podesta (2002). Understanding the Properties of Matter. CRC Press, pp. 131. ISBN 0415257883.
  2. «Fundamental Physical Constants: Speed of light in vacuum; c, c0». physics.nist.gov.
  3. James Jespersen, Jane Fitz-Randolph and John Robb (1999). From Sundials to Atomic Clocks: Understanding time and frequency, Reprint of National Bureau of Standards 1977, 2nd edición, Courier Dover, pp. 280. ISBN 0486409139.
  4. Upheavals in Physics: The Speed of Light Exceeded - Chuck Missler - Koinonia House

Referencias históricas [editar]

  • FIZEAU, H. L.: «Sur une experience relative a la vitesse de propogation de la lumiere», Comptes Rendus 29, 90-92, 132, 1849 (en francés).
  • FOUCAULT, J. L.: «Determination experimentale de la vitesse de la lumiere: parallaxe du Soleil», en Comptes Rendus 55, 501-503, 792-796, 1862 (en francés).
  • HALLEY, Edmund: «Monsieur Cassini, his New and Exact Tables for the Eclipses of the First Satellite of Jupiter, reduced to the Julian Stile and Meridian of London», en Philosophical Transactions 18, n.º 214, pág. 237-256, diciembre de 1694 (en inglés).
  • MICHELSON, A. A.: «Experimental Determination of the Velocity of Light», Proceedings of the American Association for the Advancement of Science 27, 71-77, 1878 (en inglés).
  • MICHELSON, A.A., F. G. PEASE y F. PEARSON: «Measurement Of The Velocity Of Light In A Partial Vacuum», Astrophysical Journal 82, 26-61, 1935 (en inglés).
  • NEWCOMB, Simon: «The Velocity of Light», en revista Nature, pág. 29-32, 13 de mayo de 1886 (en inglés).
  • PERROTIN, Joseph: «Sur la vitesse de la lumiere», en Comptes Rendus 131, 731-734, 1900 (en francés).
  • RØMER, Ole: «Démonstration touchant le mouvement de la lumière», en Journal des Sçavans, 7 de diciembre de 1676, pág. 223-236 (disponible en francés como sólo texto en: astro.campus.ecp.fr), traducido como «A Demonstration concerning the Motion of Light», en Philosophical Transactions of the Royal Society, n.º 136, pág. 893-894; 25 de junio de 1677, disponible en francés como sólo texto en: astro.campus.ecp.fr).

Referencias modernas [editar]

  • JACKSON, John David: Classical electrodynamics, ISBN 0-471-30932-X, John Wiley & Sons, 2ª edición, 1975; 3ª edición, 1998 (en inglés).
  • KAK, Subhash: «The Speed of Light and Purānic Cosmology», en T. R. N. Rao y Subhash Kak, Computing Science in Ancient India (pág. 80-90), disponible en e-print physics/9804020 en el arXiv, USL Press, Lafayette, 1998 (en inglés).
  • MACKAY, R. J., y R. W. OLDFORD: «Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light», disponible en [1]), en Statistical Science 15(3), pág. 254-278, 2000 (en inglés).

Enlaces externos [editar]

PENSAMIENTO MÁGICO8: LUZ Y PENSAMIENTO MÁGICO. LUZ Y MOVIMIENTO. LUZ Y COLOR. LUZ, REFLEJO Y BRILLO, LUZ Y ENERGÍA, LUZ Y OPTICA. LUZ Y REFRACCIÓN. LUZ Y VISIÓN. La luz (del latín lux, lucis) es la clase de energía electromagnética radiante que puede ser percibida por el ojo humano. En un sentido más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético. La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina óptica.

Luz

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Para otros usos de este término, véase Luz (desambiguación).
Artículo bueno Wikipedia:Artículos buenos
Rayo de luz solar dispersado por partículas de polvo en el cañón del Antílope, en Estados Unidos.
Fisiograma hecho moviendo la cámara (dibujando al revés)

La luz (del latín lux, lucis) es la clase de energía electromagnética radiante que puede ser percibida por el ojo humano. En un sentido más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético.

La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina óptica.

Contenido

[ocultar]

Principales características, efectos y propiedades de la luz

El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que nos permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.

Rapidez finita

Artículo principal: Rapidez de la luz
La línea amarilla muestra el tiempo que tarda la luz en recorrer el espacio entre la Tierra y la Luna, alrededor de 1,29 segundos.

Se ha demostrado teórica y experimentalmente que la luz tiene una rapidez finita. La primera medición con éxito fue hecha por el astrónomo danés Ole Roemer en 1676 y desde entonces numerosos experimentos han mejorado la precisión con la que se conoce el dato. Actualmente el valor exacto aceptado para la rapidez de la luz en el vacío es de 299.792.458 m/s.[1]

La rapidez de la luz al propagarse a través de la materia es menor que a través del vacío y depende de las propiedades dieléctricas del medio y de la energía de la luz. La relación entre la rapidez de la luz en el vacío y en un medio se denomina índice de refracción del medio:

n = frac{c}{v}

Refracción

Artículo principal: Refracción

La refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes rapideces según el medio por el que viaja. El cambio de dirección es mayor, cuanto mayor es el cambio de rapidez, ya que la luz prefiere recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el medio que vaya más rápido. La ley de Snell relaciona el cambio de ángulo con el cambio de rapidez por medio de los índices de refracción de los medios.

Como la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromática a través de un medio no paralelo, como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado dispersión refractiva. Si el medio es paralelo, la luz se vuelve a recomponer al salir de él.

Ejemplos muy comunes de la refracción son la ruptura aparente que se ve en un lápiz al introducirlo en agua o el arco iris.

Propagación y difracción

Artículo principal: Difracción
Sombra de una canica

Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión.

De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la que se distinguen una región más clara denominada penumbra y otra más oscura denominada umbra.

Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, es el responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo.

Interferencia

Artículo principal: Interferencia

La forma más sencilla de estudiar el fenómeno de la interferencia es con el denominado experimento de Young que consiste en hacer incidir luz monocromática (de un solo color) en una pantalla que tiene rendija muy estrecha. La luz difractada que sale de dicha rendija se vuelve a hacer incidir en otra pantalla con una doble rendija. La luz procedente de las dos rendijas se combina en una tercera pantalla produciendo bandas alternativas claras y oscuras.

El fenómeno de las interferencias se puede ver también de forma natural en las manchas de aceite sobre los charcos de agua o en la cara con información de los discos compactos; ambos tienen una superficie que, cuando se ilumina con luz blanca, la difracta, produciéndose una cancelación por interferencias, en función del ángulo de incidencia de la luz, de cada uno de los colores que contiene, permitiendo verlos separados, como en un arco iris.

Reflexión y dispersión

Pez Ballesta reflejado

Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).

La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado reflexión interna total, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que su rapidez es más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Esta reflexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.

Cuando la luz es reflejada difusa e irregularmente, el proceso se denomina dispersión. Gracias a este fenómeno podemos seguir la trayectoria de la luz en ambientes polvorientos o en atmósferas saturadas. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera. El color blanco de las nubes o el de la leche también se debe a la dispersión de la luz por el agua o por el calcio que contienen respectivamente.

Polarización

Artículo principal: Polarización electromagnética
Polarizador

El fenómeno de la polarización se observa en unos cristales determinados que individualmente son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelos entre sí y con uno girado un determinado ángulo con respecto al otro, la luz no puede atravesarlos. Si se va rotando uno de los cristales, la luz empieza a atravesarlos alcanzándose la máxima intensidad cuando se ha rotado el cristal 90° sexagesimales respecto al ángulo de total oscuridad.

También se puede obtener luz polarizada a través de la reflexión de la luz. La luz reflejada está parcial o totalmente polarizada dependiendo del ángulo de incidencia. El ángulo que provoca una polarización total se llama ángulo de Brewster.

Muchas gafas de sol y filtros para cámaras incluyen cristales polarizadores para eliminar reflejos molestos

Efectos químicos

Artículo principal: Fotoquímica

Algunas sustancias al absorber luz, sufren cambios químicos; utilizan la energía que la luz les transfiere para alcanzar los niveles energéticos necesarios para reaccionar, para obtener una conformación estructural más adecuada para llevar a cabo una reacción o para romper algún enlace de su estructura (fotólisis).

La fotosíntesis en las plantas, que generan azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y luz; la síntesis de vitamina D en la piel; la ruptura de dihalógenos con luz en las reacciones radicalarias o el proceso de visión en el ojo, producido por la isomerización del retinol con la luz, son ejemplos de reacciones fotoquímicas. El área de la química encargada del estudio de estos fenómenos es la fotoquímica.

Aproximación histórica

Artículo principal: Historia de la óptica

A principios del siglo XVIII era creencia generalizada que la luz estaba compuesta de pequeñas partículas. Fenómenos como la reflexión, la refracción y las sombras de los cuerpos, se podían esperar de torrentes de partículas. Isaac Newton demostró que la refracción estaba provocada por el cambio de rapidez de la luz al cambiar de medio y trató de explicarlo diciendo que las partículas aumentaban su rapidez al aumentar la densidad del medio. La comunidad científica, consciente del prestigio de Newton, aceptó su teoría corpuscular.

En la cuneta quedaba la teoría de Christian Huygens que en 1678 propuso que la luz era un fenómeno ondulatorio que se transmitía a través de un medio llamado éter. Esta teoría quedó olvidada hasta la primera mitad del siglo XIX, cuando Thomas Young sólo era capaz de explicar el fenómeno de las interferencias suponiendo que la luz fuese en realidad una onda. Otros estudios de la misma época explicaron fenómenos como la difracción y la polarización teniendo en cuenta la teoría ondulatoria.

El golpe final a la teoría corpuscular pareció llegar en 1848, cuando se consiguió medir la rapidez de la luz en diferentes medios y se encontró que variaba de forma totalmente opuesta a como lo había supuesto Newton. Debido a esto, casi todos los científicos aceptaron que la luz tenía una naturaleza ondulatoria. Sin embargo todavía quedaban algunos puntos por explicar como la propagación de la luz a través del vacío, ya que todas las ondas conocidas se desplazaban usando un medio físico, y la luz viajaba incluso más rápido que en el aire o el agua. Se suponía que este medio era el éter del que hablaba Huygens, pero nadie lo conseguía encontrar.

En 1845, Michael Faraday descubrió que el ángulo de polarización de la luz se podía modificar aplicándole un campo magnético (efecto Faraday), proponiendo dos años más tarde que la luz era una vibración electromagnética de alta frecuencia. James Clerk Maxwell, inspirado por el trabajo de Faraday, estudió matemáticamente estas ondas electromagnéticas y se dio cuenta de que siempre se propagaban a una rapidez constante, que coincidía con la rapidez de la luz, y de que no necesitaban medio de propagación ya que se autopropagaban. La confirmación experimental de las teorías de Maxwell eliminó las últimas dudas que se tenían sobre la naturaleza ondulatoria de la luz.

No obstante, a finales del siglo XIX, se fueron encontrando nuevos efectos que no se podían explicar suponiendo que la luz fuese una onda, como, por ejemplo, el efecto fotoeléctrico, esto es, la emisión de electrones de las superficies de sólidos y líquidos cuando son iluminados. Los trabajos sobre el proceso de absorción y emisión de energía por parte de la materia sólo se podían explicar si uno asumía que la luz se componía de partículas. Entonces la ciencia llegó a un punto muy complicado e incomodo: se conocían muchos efectos de la luz, sin embargo, unos sólo se podían explicar si se consideraba que la luz era una onda, y otros sólo se podían explicar si la luz era una partícula.

El intento de explicar esta dualidad onda-partícula, impulsó el desarrollo de la física durante el siglo XX. Otras ciencias, como la biología o la química, se vieron revolucionadas ante las nuevas teorías sobre la luz y su relación con la materia.

Naturaleza de la luz

La luz presenta una naturaleza compleja: depende de como la observemos se manifestará como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica:

Teoría ondulatoria

Descripción

Esta teoría considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación (vec{k}).

Vista lateral (izquierda) de una onda electromagnética a lo largo de un instante y vista frontal (derecha) de la misma en un momento determinado. De color rojo se representa el campo magnético y de azul el eléctrico.

Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros habituales de cualquier onda:

  • Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.
  • Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio.
  • Frecuencia (v): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo.
  • Longitud de onda (λ' '): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas.
  • Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la rapidez de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.

La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda están relacionadas por las siguientes ecuaciones:

c = lambda cdot nu = frac{lambda}{T}

Fenómenos ondulatorios

Véase también: Movimiento ondulatorio

Algunos de los fenómenos más importantes de la luz se pueden comprender fácilmente si se considera que tiene un comportamiento ondulatorio.

El principio de superposición de ondas nos permite explicar el fenómeno de la interferencia: si juntamos en el mismo lugar dos ondas con la misma longitud de onda y amplitud, si están en fase (las crestas de las ondas coinciden) formarán una interferencia constructiva y la intensidad de la onda resultante será máxima e igual a dos veces la amplitud de las ondas que la conforman. Si están desfasadas, habrá un punto donde el desfase sea máximo (la cresta de la onda coincida exactamente con un valle) formándose una interferencia destructiva, anulándose la onda. El experimento de Young, con sus rendijas, nos permite obtener dos focos de luz de la misma longitud de onda y amplitud, creando un patrón de interferencias sobre una pantalla.

Las ondas cambian su dirección de propagación al cruzar un obstáculo puntiagudo o al pasar por una abertura estrecha. Como recoge el principio de Fresnel - Huygens, cada punto de un frente de ondas es un emisor de un nuevo frente de ondas que se propagan en todas las direcciones. La suma de todos los nuevos frentes de ondas hacen que la perturbación se siga propagando en la dirección original. Sin embargo, si por medio de una rendija o de un obstáculo puntiagudo, se separa uno o unos pocos de los nuevos emisores de ondas, predominará la nueva dirección de propagación frente a la original.

Onda propagándose a través de una rendija

La difracción de la luz se explica fácilmente si se tiene en cuenta este efecto exclusivo de las ondas. La refracción, también se puede explicar utilizando este principio, teniendo en cuenta que los nuevos frentes de onda generados en el nuevo medio, no se transmitirán con la misma rapidez que en el anterior medio, generando una distorsión en la dirección de propagación:

Refracción de la luz según el principio de Huygens

Otro fenómeno de la luz fácilmente identificable con su naturaleza ondulatoria es la polarización. La luz no polarizada está compuesta por ondas que vibran en todos los ángulos, al llegar a un medio polarizador, sólo las ondas que vibran en un ángulo determinado consiguen atravesar el medio, al poner otro polarizador a continuación, si el ángulo que deja pasar el medio coincide con el ángulo de vibración de la onda, la luz pasará íntegra, si no sólo una parte pasará hasta llegar a un ángulo de 90º entre los dos polarizadores, donde no pasará nada de luz.

Dos polarizadores en serie

Este efecto, además, permite demostrar el carácter transversal de la luz (sus ondas vibran en dirección perpendicular a la dirección de propagación).

El efecto Faraday y el cálculo de la rapidez de la luz, c, a partir de constantes eléctricas (permitividad, varepsilon_0) y magnéticas (permeabilidad, μ0) por parte de la teoría de Maxwell:

c= frac {1} {sqrt{varepsilon_0mu_0}}

confirman que las ondas de las que está compuesta la luz son de naturaleza electromagnética. Esta teoría fue capaz, también, de eliminar la principal objeción a la teoría ondulatoria de la luz, que era encontrar la manera de que las ondas se trasladasen sin un medio material.

Teoría corpuscular

Descripción

La teoría corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partículas sin carga y sin masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiación electromagnética. Esta interpretación resurgió debido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energía sólo en cantidades discretas (múltiplas de un valor mínimo) de energía denominadas cuantos. Este hecho es difícil de combinar con la idea de que la energía de la luz se emita en forma de ondas, pero es fácilmente visualizado en términos de corpúsculos de luz o fotones.

Fenómenos corpusculares

Existen tres efectos que demuestran el carácter corpuscular de la luz. Según el orden histórico, el primer efecto que no se pudo explicar por la concepción ondulatoria de la luz fue la radiación del cuerpo negro.

un cuerpo negro teóricamente perfecto que absorbe toda la luz que incide en él y por eso, cuando se calienta se convierte en un emisor ideal de radiación térmica, que permite estudiar con claridad el proceso de intercambio de energía entre radiación y materia. La distribución de frecuencias observadas de la radiación emitida por la caja a una temperatura de la cavidad dada, no se correspondía con las predicciones teóricas de la física clásica. Para poder explicarlo, Max Planck, al comienzo del siglo XX, postuló que para ser descrita correctamente, se tenía que asumir que la luz de frecuencia ν es absorbida por múltiplos enteros de un cuanto de energía igual a , donde h es una constante física universal llamada Constante de Planck.

displaystyle E = h nu

En 1905, Albert Einstein utilizó la teoría cuántica recién desarrollada por Planck para explicar otro fenómeno no comprendido por la física clásica: el efecto fotoeléctrico. Este efecto consiste en que cuando un rayo monocromático de radiación electromagnética ilumina la superficie de un sólido (y, a veces, la de un líquido), se desprenden electrones en un fenómeno conocido como fotoemisión o efecto fotoeléctrico externo. Estos electrones poseen una energía cinética que puede ser medida electrónicamente con un colector con carga negativa conectado a la superficie emisora. No se podía entender que la emisión de los llamados "fotoelectrones" fuese inmediata e independiente de la intensidad del rayo. Eran incluso capaces de salir despedidos con intensidades extremadamente bajas, lo que excluía la posibilidad de que la superficie acumulase de alguna forma la energía suficiente para disparar los electrones. Además, el número de electrones era proporcional a la intensidad del rayo incidente. Einstein demostró que el efecto fotoeléctrico podía ser explicado asumiendo que la luz incidente estaba formada de fotones de energía , parte de esta energía 0 se utilizaba para romper las fuerzas que unían el electrón con la materia, el resto de la energía aparecía como la energía cinética de los electrones emitidos:

frac{1}{2} m v_{max}^2 = h (nu - nu_0)

donde m es la masa del electrón, vmáx la velocidad máxima observada, ν es la frecuencia de la luz iluminante y ν0 es la frecuencia umbral característica del sólido emisor.

La demostración final fue aportada por Arthur Compton que observó como al hacer incidir rayos X sobre elementos ligeros, estos se dispersaban con menor energía y además se desprendían electrones (fenómeno posteriormente denominado en su honor como efecto Compton). Compton, ayudándose de las teorías anteriores, le dio una explicación satisfactoria al problema tratando la luz como partículas que chocan elásticamente con los electrones como dos bolas de billar. El fotón, corpúsculo de luz, golpea al electrón: el electrón sale disparado con una parte de la energía del fotón y el fotón refleja su menor energía en su frecuencia. Las direcciones relativas en las que salen despedidos ambos están de acuerdo con los cálculos que utilizan la conservación de la energía y el momento.

Otro fenómeno que demuestra la teoría corpuscular es la presión luminica .

Teorías cuánticas

Diagrama de Feynman mostrando el intercambio de un fotón virtual (simbolizado por una línea ondulada y gamma ,) entre un positrón y un electrón.

La necesidad de reconciliar las ecuaciones de Maxwell del campo electromagnético, que describen el carácter ondulatorio electromagnético de la luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones, ha hecho que aparezcan varías teorías que están aún lejos de dar un tratamiento unificado satisfactorio. Estas teorías incorporan por un lado, la teoría de la electrodinámica cuántica, desarrollada a partir de los artículos de Dirac, Jordan, Heisenberg y Pauli, y por otro lado la mecánica cuántica de de Broglie, Heisenberg y Schrödinger.


Paul Dirac dio el primer paso con su ecuación de ondas que aportó una síntesis de las teorías ondulatoria y corpuscular, ya que siendo una ecuación de ondas electromagnéticas su solución requería ondas cuantizadas, es decir, partículas. Su ecuación consistía en reescribir las ecuaciones de Maxwell de tal forma que se pareciesen a las ecuaciones hamiltonianas de la mecánica clásica. A continuación, utilizando el mismo formalismo que, a través de la introducción del cuanto de acción hν, transforma las ecuaciones de mecánica clásica en ecuaciones de mecánica ondulatoria, Dirac obtuvo una nueva ecuación del campo electromagnético. Las soluciones a esta ecuación requerían ondas cuantizadas, sujetas al principio de incertidumbre de Heisenberg, cuya superposición representaban el campo electromagnético. Gracias a esta ecuación podemos conocer una descripción de la probabilidad de que ocurra una interacción u observación dada, en una región determinada.

Existen aún muchas dificultades teóricas sin resolverse, sin embargo, la incorporación de nuevas teorías procedentes de la experimentación con partículas elementales, así como de teorías sobre el comportamiento de los núcleos atómicos, nos han permitido obtener una formulación adicional de gran ayuda.

Efectos relativísticos

Sin embargo, existían aún algunas situaciones en las que la luz no se comportaba según lo esperado por las teorías anteriores.

Luz en movimiento

La primera de estas situaciones inexplicables se producía cuando la luz se emitía, se transmitía o se recibía por cuerpos o medios en movimiento. Era de esperar, según la física clásica, que la velocidad en estos casos fuese el resultado de sumar a la velocidad de la luz, la velocidad del cuerpo o del medio. Sin embargo, se encontraron varios casos en los que no era así:

En 1818, Augustin Fresnel propuso un experimento para medir la rapidez a la que la luz atravesaba un líquido en movimiento. Para ello, se haría atravesar a la luz una columna de un líquido que fluyese a una velocidad v relativa al observador. Conociendo la velocidad v' a la que se trasmite la luz a través de ese medio (a través del índice de refracción), se calculó que la velocidad total de la luz en ese fluido sería:

displaystyle v_t = v' + v

Sin embargo, cuando en 1851, el físico francés Hippolyte Fizeau llevó a cabo el experimento, comprobó que la rapidez a la que la luz atravesaba el líquido en movimiento no era la calculada sino:

v_t = v' + v (1 - frac{1}{n^2})

es decir, que larapidez del fluido contaba menos en la rapidez final si la rapidez con la que atravesaba la luz ese fluido era mayor.

En 1725, James Bradley descubrió que la posición observada de las estrellas en el firmamento variaba anualmente con respecto a la posición real en un intervalo de 41 segundos de arco. La teoría que propuso para explicarlo fue que esta variación se debía a la combinación de la rapidez de la tierra al rotar alrededor del sol con la rapidez finita de la luz. Gracias a esta teoría fue capaz de calcular la rapidez de la luz de una forma aceptable. Basándose en este efecto, el astrónomo inglés George Airy comparó el ángulo de aberración en un telescopio antes y después de llenarlo de agua, y descubrió que, en contra de sus expectativas, no había diferencia en sus mediciones (la luz no variaba de rapidez a pesar de que el fluido se movía a la rapidez de la tierra).

Teniendo en cuenta este experimento, dos astrónomos, el alemán Albert Michelson y el estadounidense Edward Morley propusieron un experimento (véase Experimento de Michelson y Morley) para medir la rapidez a la que fluía el éter con respecto a la tierra. Suponían que el éter se movía en una dirección concreta con una rapidez determinada, por eso, debido a la translación de la Tierra alrededor del Sol habría épocas del año en el que tendríamos una componente de esa rapidez a favor y otras épocas en contra, por lo que supusieron que cuando lo tuviésemos a favor, la rapidez de la luz sería superior y cuando lo tuviésemos en contra sería inferior. Para ello midieron la rapidez de la luz en diferentes estaciones del año y observaron que no había ninguna diferencia. Y lo más curioso: que ni siquiera había diferencias debidas a la propia rapidez de translación de la Tierra (30 km/s).

En 1905, Albert Einstein dio una explicación satisfactoria con su teoría de la relatividad especial, en la que, en su segundo postulado propone que la rapidez de la luz es isótropa, es decir, independiente del movimiento relativo del observador o de la fuente.

Distorsiones espectrales

Artículo principal: Corrimiento al rojo
Desplazamiento nebular

Al comparar el espectro de la luz procedente de algunos cuerpos celestes, con los espectros medidos en el laboratorio de los mismos elementos que los que contienen esos cuerpos, se observa que no son iguales, ya que las líneas espectrales procedentes del espacio están desplazadas hacia posiciones de mayor longitud de onda, es decir, hacia el lado rojo del espectro en lugares de menor energía.

Se han encontrado dos tipos diferentes de desplazamientos de líneas espectrales:

Uno, el más común, llamado desplazamiento nebular es un desplazamiento sistemático de los espectros procedentes de las estrellas y galaxias. Edwin Hubble tras estudiar el corrimiento de los espectros de las nebulosas, lo interpretó como el resultado del efecto Doppler debido a la expansión continua del universo. Gracias a esto propuso una fórmula capaz de calcular la distancia que nos separa de un cuerpo determinado analizando el corrimiento de su espectro:

frac{Delta lambda}{lambda}=1,7 cdot 10^{-9} d

donde Δλ es la diferencia entre las longitudes de onda del espectro del cuerpo y la esperada, λ es la longitud de onda esperada y d, la distancia en pársecs.

El otro, mucho más extraño se llama desplazamiento gravitacional o efecto Einstein, observado en espectros de cuerpos extremadamente densos. El ejemplo más famoso es el espectro del llamado compañero oscuro de Sirio. La existencia de este compañero fue predicha por Friedrich Bessel en 1844 basándose en una perturbación que observó en el movimiento de Sirio, pero debido a su débil luminosidad, no fue descubierto hasta 1861. Este compañero es una enana blanca que tiene una masa comparable a la del sol pero en un radio aproximadamente cien veces menor, por lo que su densidad es inmensa (61.000 veces la del agua). Al estudiarse su espectro, se observa un desplazamiento de 0,3 Å de la línea β de la serie Balmer del hidrógeno.

Teoría de la relatividad general

Artículo principal: Relatividad general

Para que su anterior teoría de la relatividad especial abarcase también los fenómenos gravitatorios, Albert Einstein, entre 1907 y 1915 desarrolló la teoría de la relatividad general. Una de las principales conclusiones de esta teoría es que la propagación de la luz está influenciada por la gravedad, representada en la teoría por el potencial gravitatorio Φ, descrito por

Phi = frac{-GM}{R}

donde G es la Constante de gravitación universal, M la masa y R el radio del cuerpo

Einstein encontró que la luz, al pasar por un campo gravitatorio de potencial Φ sufría una disminución de su rapidez, según la fórmula:

c = c_0 (1 + frac{Phi}{c_0^2})

donde c0 es la rapidez de la luz sin campo gravitatorio y c es la rapidez con él.

También se ve modificada la frecuencia de la luz emitida por una fuente en un campo gravitatorio

nu = nu_0 (1 + frac{Phi}{c_0^2})

lo que explica el desplazamiento gravitacional. Otro ejemplo que confirma experimentalmente este punto de la teoría son las líneas espectrales del sol, que están desplazadas hacia el rojo dos millonésimas veces cuando sea comparan con las generadas por los mismos elementos en la Tierra.

Por último, en esta relación entre luz y gravedad, esta teoría predijo que los rayos de luz al pasar cerca de un cuerpo pesado se desviaba un ángulo α determinado por el efecto de su campo gravitatorio, según la relación:

alpha = frac{4GM}{c^2 R}

Este punto de la teoría fue confirmado experimentalmente estudiando el desvío de la luz que provocaba el sol, para ello los científicos estudiaron la posición de las estrellas del área alrededor del sol aprovechando un eclipse en 1931. Se vio que, como predecía la teoría, estaban desviadas hasta 2,2 segundos de arco comparadas con fotos de la misma área 6 meses antes.

Radiación y materia

Al formular su ecuación de ondas para un electrón libre, Paul Dirac predijo que era posible crear un par de electrones (uno cargado positivamente y otro negativamente) a partir de un campo electromagnético que vibrase extremadamente rápido. Esta teoría fue rápidamente confirmada por los experimentos de Irene Curie y Frédéric Joliot y por los de James Chadwick, Stuart Blackett y Giuseppe Occhialini al comparar el número de electrones con carga negativa y el número de electrones con carga positiva (estos últimos llamados positrones) desprendidos por los rayos γ de alta frecuencia al atravesar delgadas láminas de plomo y descubrir que se obtenía la misma cantidad de unos que de los otros.

Pronto se encontraron otras formas de crear pares positrón-electrón y hoy en día se conocen una gran cantidad de métodos:

  • Haciendo chocar dos partículas pesadas
  • Haciendo pasar a un electrón a través del campo de un núcleo atómico
  • La colisión directa de dos electrones
  • La colisión directa de dos fotones en el vacío
  • La acción del campo de un núcleo atómico sobre un rayo γ emitido por el mismo núcleo.

También ocurre el proceso en sentido contrario: al colisionar un electrón y un positrón (ellos solos tienden a juntarse, ya que tienen cargas eléctricas opuestas), ambos se aniquilan convirtiendo toda su masa en energía radiante. Esta radiación se emite en forma de dos fotones de rayos γ dispersados en la misma dirección, pero diferente sentido.

Esta relación entre materia y radiación, y radiación y materia (y sobre todo la conservación de la energía en esta clase de procesos) está descrita en la famosa ecuación de Albert Einstein

displaystyle E = m c^2

enmarcada en la teoría de la relatividad especial y que originalmente formuló así:

Si un cuerpo de masa m desprende una cantidad de energía E en forma de radiación, su masa disminuye E / c2
Albert Einstein en Zur Elektrodynamik bewegter Körper,[2]

Teorías de campo unificado

Artículo principal: Teoría del campo unificado

Actualmente, se busca una teoría que sea capaz de explicar de forma unificada la relación de la luz, como campo electromagnético, con el resto de las interacciones fundamentales de la naturaleza. Las primeras teorías intentaron representar el electromagnetismo y la gravitación como aspectos de la geometría espacio-tiempo, y aunque existen algunas evidencias experimentales de una conexión entre el electromagnetismo y la gravitación, sólo se han aportado teorías especulativas.

Espectro electromagnético

Artículo principal: Espectro electromagnético

El espectro electromagnético está constituido por todos los posibles niveles de energía que la luz puede tomar. Hablar de energía es equivalente a hablar de longitud de onda; luego, el espectro electromagnético abarca, también, todas las longitudes de onda que la luz pueda tener, desde miles de kilómetros hasta femtómetros. Es por eso que la mayor parte de las representaciones esquemáticas del espectro suelen tener escala logarítmica.

Electromagnetic spectrum-es.svg

El espectro electromagnético se divide en regiones espectrales, clasificadas según los métodos necesarios para generar y detectar los diversos tipos de radiación. Es por eso que estas regiones no tienen una frontera definida y existen algunos solapamientos entre ellas.

Espectro visible

Artículo principal: Espectro visible

De todo el espectro, la porción que el ser humano es capaz de ver es muy pequeña en comparación con las otras regiones espectrales. Esta región, denominada espectro visible, comprende longitudes de onda desde los 380 nm hasta los 780 nm. La luz de cada una de estas longitudes de onda es percibida por el ojo humano como un color diferente, por eso, en la descomposición de la luz blanca en todas sus longitudes de onda, por prismas o por la lluvia en el arco iris, el ojo ve todos los colores.

Véase también

Enlaces externos

Referencias y bibliografía

  1. Handbook of chemistry and physics. 23ª edición. CRC press. Boca Ratón, EEUU.
  2. Einstein, A. 1905. Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik. (Berna) IV. Folge. 17: 891-921. Trabajo original en alemán

Bibliografía

  • Atkins, Peter; de Paula, Julio (2002). «Quantum theory: introduction and principles», Physical Chemistry. New York: Oxford University Press. 0-19-879285-9.
  • Skoog, Douglas A.; Holler, F. James; Nieman, Timothy A. (2001). «Introducción a los métodos espectrométricos», Principios de Análisis instrumental. 5ª Edición. Madrid: McGraw-Hill. 84-481-2775-7.
  • Tipler, Paul Allen (1994). Física. 3ª Edición. Barcelona: Reverté. 84-291-4366-1.
  • Burke, John Robert (1999). Física: la naturaleza de las cosas. México DF: International Thomson Editores. 968-7529-37-7.