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Oscilaciones de las moléculas de agua
Definición 
Las moléculas de agua tienen la capacidad de oscilar en varios modos diferentes.
• Cuando una onda de luz con una frecuencia que coincide con la del modo de oscilación se presenta, ocurren dos eventos:
• El modo de oscilación de la molécula se activa, lo que significa que la molécula comienza a vibrar en el modo correspondiente.
La energía necesaria para activar el modo de oscilación se obtiene de la onda de luz, lo que resulta en una reducción en la intensidad de la luz.
En otras palabras, cuando una onda de luz coincide con la frecuencia de oscilación de una molécula de agua, esa molécula absorbe la energía de la luz y entra en un estado de vibración específico. Este fenómeno es fundamental en varios procesos relacionados con la interacción de la luz con el agua, como la absorción de luz en el espectro visible y la dispersión de la luz en fenómenos ópticos como el arcoíris.
ID:(12467, 0)
Espectro de la luz solar
Imagen
Cuando la luz que llega a la Tierra es absorbida, se producen disminuciones en la intensidad del espectro observado:
Cuando parte de la luz incidente en la Tierra es absorbida, se generan reducciones en la intensidad del espectro luminoso observado. Esto ocurre debido a que ciertos componentes de la luz, como determinadas longitudes de onda, son absorbidos por los materiales presentes en la atmósfera o en la superficie terrestre. Como resultado, se pueden observar caídas en la intensidad de la luz en diferentes partes del espectro electromagnético.
Este fenómeno de absorción de la luz es importante en diversos campos, como la física atmosférica, la fotografía, la biología y la química. La absorción selectiva de ciertas longitudes de onda puede influir en el clima, los procesos fotosintéticos de las plantas y en la identificación de sustancias químicas mediante espectroscopia.
Es importante destacar que las caídas en la intensidad del espectro luminoso pueden proporcionar información valiosa sobre la composición de la atmósfera y la superficie terrestre, permitiendo estudiar y comprender mejor los procesos físicos y químicos que tienen lugar en nuestro entorno.
ID:(12468, 0)
Efecto de turbulencias en la atmósfera
Nota
Si hay turbulencias en la atmósfera, la cantidad de nubes presentes varía, lo que a su vez afecta el número de moléculas de agua y, por consiguiente, la absorción de luz. Dado que esto no depende de la frecuencia, solo se modificará la intensidad del haz de luz y no su frecuencia. Por lo tanto, se puede generar una situación similar a la que se muestra en la imagen:
Cuando hay turbulencias atmosféricas, se produce un efecto en la propagación de la luz, lo que resulta en variaciones en la cantidad de nubes y, por ende, en la cantidad de moléculas de agua presentes en la atmósfera. Esto puede dar lugar a una mayor o menor absorción de la luz en diferentes regiones del espectro electromagnético. La imagen muestra cómo la intensidad de la luz puede fluctuar debido a las turbulencias atmosféricas, lo que crea variaciones en la apariencia y brillo del haz de luz.
Es importante tener en cuenta que la turbulencia atmosférica y sus efectos en la propagación de la luz pueden tener impactos significativos en la calidad de las observaciones astronómicas, la fotografía y otros campos que dependen de una iluminación estable y uniforme.
ID:(12469, 0)
Flujo radiante por elemento de ángulo
Cita
Si el flujo radiante depende de la dirección, tiene sentido calcular su contribución en un elemento de ángulo definido. Por lo tanto, es necesario introducir el concepto de un elemento de ángulo que, al abarcar todas las direcciones, debe dar como resultado $4\pi$, que es el elemento de ángulo de una esfera. Por lo general, se denota como $d\Omega$ y corresponde a un tipo de cono, como se muestra en el diagrama a continuación:
Este diagrama ilustra cómo se define el elemento de ángulo $d\Omega$. Representa una región en el espacio que abarca un cono infinitesimal con su vértice en el punto de interés. La magnitud del elemento de ángulo $d\Omega$ depende del tamaño del cono y puede variar según la geometría del sistema.
ID:(12476, 0)
Elemento de ángulo
Ejercicio
En forma gráfica, el elemento de ángulo en coordenadas se construye mediante un arco del ángulo azimutal y otro arco del ángulo polar multiplicado por el seno de este último.
La representación gráfica de un elemento de ángulo en coordenadas es esencial para visualizar y comprender cómo se extiende en el espacio. Consiste en trazar un arco en el plano horizontal, correspondiente al ángulo azimutal, y otro arco en el plano vertical, correspondiente al ángulo polar. El tamaño del arco del ángulo polar se multiplica por el seno de ese ángulo para tener en cuenta la proyección en el plano horizontal.
ID:(12475, 0)
Coeficiente de absorción en el infrarrojo (NIR)
Ecuación
Los valores del coeficiente de absorción son mayores en el rango infrarrojo debido en parte a lo que se denomina la sustancia amarilla que corresponde a los restos de vida orgánica. El coeficiente se va reduciendo en dirección de largos de onda mayores que corresponden a el rango visible (VIS):
ID:(12478, 0)
Coeficiente de absorción en el rango visible (VIS)
Script
Los valores del coeficiente de absorción en el rango visible (VIS) pasan por un mínimo creciendo para largos de onda mayores:
ID:(12479, 0)
Disminución del coeficiente de absorción con la profundidad
Variable
Si se compara el coeficiente de absorción a distintas profundidades (o sea distintas presiones) se nota que en general se mantiene la forma pero se va reduciendo con la profundidad:
ID:(12480, 0)
Origen del coeficiente de absorción en función de el largo de onda
Audio
Si se analiza el origen del coeficiente de absorción en el rango visible que ve que:
• en los largos de onda menores el efecto de la sustancia amarilla (restos de vida orgánica) domina
• otros materiales en suspensión también tiene una contribución para largos de ondas menores
• el incremento para largo de ondas mayores es propio del agua
ID:(12481, 0)
Absorción de luz
Descripción
Variables
Cálculos
a 
,
luego, seleccione la variable: 
a 
Cálculos
Variable
Dado
Calcule
Objetivo :
Ecuación
A utilizar
Ecuaciones
A medida que el haz avanza por el medio en una distancia
$\displaystyle\frac{dL}{L}$
\\n\\nes proprocional al camino recorrido
$\displaystyle\frac{dL}{L}\propto dr$
\\n\\nSi se introduce la constante de proporcionalidad como
$\displaystyle\frac{dL}{L}=-\alpha dr$
donde el signo negativo se debe a que la luminosidad se va reduciendo. Por ello la ecuaci n que rige la luminosidad es una ecuaci n de primer orden
| $ \displaystyle\frac{d L }{d r } = - \alpha L $ |
(ID 12470)
La integraci n de la ecuaci n diferencial
| $ \displaystyle\frac{d L }{d r } = - \alpha L $ |
\\n\\npara una luminosidad
$\displaystyle\int_0^{L_0} \displaystyle\frac{dL}{L} = -\displaystyle\int_0^{r}\alpha dr$
lo que arroja
| $ L = L_0 e^{- \alpha r } $ |
(ID 12477)
Ejemplos
Las mol culas de agua tienen la capacidad de oscilar en varios modos diferentes.
• Cuando una onda de luz con una frecuencia que coincide con la del modo de oscilaci n se presenta, ocurren dos eventos:
• El modo de oscilaci n de la mol cula se activa, lo que significa que la mol cula comienza a vibrar en el modo correspondiente.
La energ a necesaria para activar el modo de oscilaci n se obtiene de la onda de luz, lo que resulta en una reducci n en la intensidad de la luz.
En otras palabras, cuando una onda de luz coincide con la frecuencia de oscilaci n de una mol cula de agua, esa mol cula absorbe la energ a de la luz y entra en un estado de vibraci n espec fico. Este fen meno es fundamental en varios procesos relacionados con la interacci n de la luz con el agua, como la absorci n de luz en el espectro visible y la dispersi n de la luz en fen menos pticos como el arco ris.
(ID 12467)
Cuando la luz que llega a la Tierra es absorbida, se producen disminuciones en la intensidad del espectro observado:
Cuando parte de la luz incidente en la Tierra es absorbida, se generan reducciones en la intensidad del espectro luminoso observado. Esto ocurre debido a que ciertos componentes de la luz, como determinadas longitudes de onda, son absorbidos por los materiales presentes en la atm sfera o en la superficie terrestre. Como resultado, se pueden observar ca das en la intensidad de la luz en diferentes partes del espectro electromagn tico.
Este fen meno de absorci n de la luz es importante en diversos campos, como la f sica atmosf rica, la fotograf a, la biolog a y la qu mica. La absorci n selectiva de ciertas longitudes de onda puede influir en el clima, los procesos fotosint ticos de las plantas y en la identificaci n de sustancias qu micas mediante espectroscopia.
Es importante destacar que las ca das en la intensidad del espectro luminoso pueden proporcionar informaci n valiosa sobre la composici n de la atm sfera y la superficie terrestre, permitiendo estudiar y comprender mejor los procesos f sicos y qu micos que tienen lugar en nuestro entorno.
(ID 12468)
Si hay turbulencias en la atm sfera, la cantidad de nubes presentes var a, lo que a su vez afecta el n mero de mol culas de agua y, por consiguiente, la absorci n de luz. Dado que esto no depende de la frecuencia, solo se modificar la intensidad del haz de luz y no su frecuencia. Por lo tanto, se puede generar una situaci n similar a la que se muestra en la imagen:
Cuando hay turbulencias atmosf ricas, se produce un efecto en la propagaci n de la luz, lo que resulta en variaciones en la cantidad de nubes y, por ende, en la cantidad de mol culas de agua presentes en la atm sfera. Esto puede dar lugar a una mayor o menor absorci n de la luz en diferentes regiones del espectro electromagn tico. La imagen muestra c mo la intensidad de la luz puede fluctuar debido a las turbulencias atmosf ricas, lo que crea variaciones en la apariencia y brillo del haz de luz.
Es importante tener en cuenta que la turbulencia atmosf rica y sus efectos en la propagaci n de la luz pueden tener impactos significativos en la calidad de las observaciones astron micas, la fotograf a y otros campos que dependen de una iluminaci n estable y uniforme.
(ID 12469)
Para modelar el flujo de radiaci n, se puede comenzar describiendo la energ a radiativa emitida por unidad de tiempo. Por lo tanto, se define mediante:
| $ \Phi = \displaystyle\frac{d Q_e }{d t }$ |
El flujo de radiaci n es la cantidad de energ a radiativa que atraviesa una superficie por unidad de tiempo. Se expresa t picamente en vatios por metro cuadrado (W/m ). Esta medida es fundamental para comprender y estudiar la transferencia de energ a radiativa en diversos fen menos, como el calentamiento solar, la radiaci n t rmica y la propagaci n de ondas electromagn ticas.
(ID 12471)
Si el flujo radiante depende de la direcci n, tiene sentido calcular su contribuci n en un elemento de ngulo definido. Por lo tanto, es necesario introducir el concepto de un elemento de ngulo que, al abarcar todas las direcciones, debe dar como resultado $4\pi$, que es el elemento de ngulo de una esfera. Por lo general, se denota como $d\Omega$ y corresponde a un tipo de cono, como se muestra en el diagrama a continuaci n:
Este diagrama ilustra c mo se define el elemento de ngulo $d\Omega$. Representa una regi n en el espacio que abarca un cono infinitesimal con su v rtice en el punto de inter s. La magnitud del elemento de ngulo $d\Omega$ depende del tama o del cono y puede variar seg n la geometr a del sistema.
(ID 12476)
Si se determina la fracci n del flujo de radiaci n irradiado en un elemento de ngulo, se puede definir la densidad angular del flujo radiante utilizando la siguiente expresi n:
| $ \Phi = \displaystyle\frac{d Q_e }{d t }$ |
Esta ecuaci n representa la fracci n del flujo de radiaci n que atraviesa el elemento de ngulo en relaci n al flujo total. La densidad angular del flujo radiante se obtiene al dividir esta fracci n por el elemento de ngulo diferencial $d\Omega$.
| $ I = \displaystyle\frac{ d\Phi }{ d\Omega }$ |
La densidad angular del flujo radiante proporciona informaci n sobre la distribuci n espacial y direccional de la radiaci n en un sistema. Es una medida importante para comprender c mo la energ a radiante se propaga y se distribuye en diferentes direcciones.
(ID 12472)
En forma gr fica, el elemento de ngulo en coordenadas se construye mediante un arco del ngulo azimutal y otro arco del ngulo polar multiplicado por el seno de este ltimo.
La representaci n gr fica de un elemento de ngulo en coordenadas es esencial para visualizar y comprender c mo se extiende en el espacio. Consiste en trazar un arco en el plano horizontal, correspondiente al ngulo azimutal, y otro arco en el plano vertical, correspondiente al ngulo polar. El tama o del arco del ngulo polar se multiplica por el seno de ese ngulo para tener en cuenta la proyecci n en el plano horizontal.
(ID 12475)
Si se trabaja en coordenadas esf ricas, el elemento de ngulo se puede calcular utilizando un segmento del ngulo polar $\phi$ y el ngulo azimutal $\theta$. El elemento de ngulo s lido se obtiene mediante esta construcci n gr fica
| $ d\Omega = sin\theta d\theta d\phi$ |
(ID 12474)
Con la densidad angular del flujo radiante, definida con elemento de angulo solido $rad^2$, elemento de flujo radiante $W$ y flujo radiante angular $W/rad^2$ como
| $ I = \displaystyle\frac{ d\Phi }{ d\Omega }$ |
se puede definir la radiancia como la fracci n de la densidad angular del flujo por elemento superficie con elemento de angulo solido $rad^2$, elemento de flujo radiante $W$ y flujo radiante angular $W/rad^2$ como
| $ L = \displaystyle\frac{ dI }{ dS }$ |
(ID 12473)
Si la presencia del agua es homog nea, sea en forma de vapor o de liquido, se tendr que la irradiancia se perder
$\displaystyle\frac{dL}{L}\propto dr$
Por ello la irradiancia ser
| $ \displaystyle\frac{d L }{d r } = - \alpha L $ |
con
(ID 12470)
La ley de Lambert, con coeficiente de absorción $1/m$, distancia recorrida $m$ y radiancia $W/m^2 rad^2$
| $ \displaystyle\frac{d L }{d r } = - \alpha L $ |
se puede integrar dando la luminosidad en funci n de la distancia igual a
| $ L = L_0 e^{- \alpha r } $ |
(ID 12477)
Los valores del coeficiente de absorci n son mayores en el rango infrarrojo debido en parte a lo que se denomina la sustancia amarilla que corresponde a los restos de vida org nica. El coeficiente se va reduciendo en direcci n de largos de onda mayores que corresponden a el rango visible (VIS):
(ID 12478)
Los valores del coeficiente de absorci n en el rango visible (VIS) pasan por un m nimo creciendo para largos de onda mayores:
(ID 12479)
Si se compara el coeficiente de absorci n a distintas profundidades (o sea distintas presiones) se nota que en general se mantiene la forma pero se va reduciendo con la profundidad:
(ID 12480)
Si se analiza el origen del coeficiente de absorci n en el rango visible que ve que:
• en los largos de onda menores el efecto de la sustancia amarilla (restos de vida org nica) domina
• otros materiales en suspensi n tambi n tiene una contribuci n para largos de ondas menores
• el incremento para largo de ondas mayores es propio del agua
(ID 12481)
ID:(1537, 0)