Cerrado [Desafío 2.20] Reflexiones en el túnel

[La esfinge]

¡Hola de nuevo, por última vez!

Sí, así es. Parece mentira pero la segunda edición del desafío llega a su final. Esto ha sido todo, espero qué hayáis disfrutado tanto como una servidora .

Yo, por mi parte, voy a disfrutar de un merecido descanso en un pacífico santuario en la china profunda, provincia de Henan. Creo que me tomaré un año sabático, que con 5000 años hay que tomarse la vida con algo más de calma.

Fijaos sí me lo tomo con tranquilidad que ni siquiera he emprendido el viaje haciendo uso de mis preciosas alas. Precisamente, ahora os escribo desde el tren que me dejará cerca de mi destino.

Lo bueno del transporte colectivo es que brinda la oportunidad de conocer gente. No mucha, ya que comparto el vagón con una sola persona, pero suficiente ya que nos hemos hecho amigos. Se llama Kwai Chang Caine, y era un antiguo residente del monasterio al que me dirijo.

La charla ha sido más que interesante, sobre todo recordando las enseñanzas que su maestro le inculcó de niño. Aunque lo más interesante ocurrió en cierto momento en que ambos habíamos callado, contemplando el paisaje por la ventana.

En esas, el tren entró en un largo túnel. Caine se quedó de piedra. Dijo: "si la ventana se comporta como un espejo, ¿por qué al aire libre no veía mi reflejo? ¿Cómo sabe el cristal si está en el túnel o en exterior y debe reflejar o refractar? Debo reflexionar sobre ello".

Ya lo veis, mis físicos favoritos. Ni siquiera de vacaciones los enigma me dejan en paz. Pero, ya que es el último en una larga temporada, os pido de todo corazón que lo disfrutéis.

[La esfinge]

Re: [Desafío 2.20] Reflexiones en el túnel

Stormkalt se alza con la victoria en este último desafío. No obstante, no consigue la suficiente ventaja para desbancar a arreldepi, quien se proclama campeón de la clasificación general con 289 puntos.

[Stormkalt]

Reflexiones en el túnel

Hola estimada y bien querida Esfinge.
Lamento que ya se nos terminen los desafíos; pero realmente se merece un descanso.

Bueno, en este caso parece tratarse de un problema de reflexiones y refracciones. La luz cuando incide en un vidro sufre refracción (pasa a través del él) y reflexión, vuelve hacia la posición del objeto emisor. Ambas propiedades dependen del ángulo de incidencia. Si la luz incide relativamente perpendicular a la superficie del cristal (normal) se refractará gran parte de la luz incidente, más o menos un 95 %. El 5 % restante se reflejará.
Como éste parece ser el caso (es decir una incidencia normal, pues la persona se está mirando de frente al vidrio) lo analizaré solamente desde este punto de vista.

Fuera del túnel, la gran luminosidad exterior hace que ese 5 % que se refleja la imagen de la persona no baste para ver dicho reflejo, pues el ojo humano ve por contraste. Si eventualmente pasa una zona oscura, como un bosque, el individuo podrá ver parte de ese reflejo suyo en la ventanilla del transporte público. Si ahora el tren entra en un túnel, completamente oscuro, su imagen aparecerá claramente en la ventanilla, pues el 95 % que se refracta se difunde en la oscuridad del túnel y el 5 % que se refleja es prácticamente la única luz que parece emanar de la ventanilla, del exterior. Por eso se ve.
Vale aclarar, el vidrio no se "entera" si está en un túnel o en el exterior, él siempre reflejará y refractará en igual porcentaje. Es el observador (más precisamente el ojo humano o la película fotográfica) el que percibe el fenómeno.

El mísmo efecto se aprecia en una TV. Cuándo ésta está apagada, con su pantalla tendiente al negro, al ser de vidrio veremos que actúa como un espejo. Nuevamente ese reflejo de un 5 a 10 % (dependiendo de qué haya debajo del vidrio) se verá con claridad. Si encendemos la TV la luz que emite será la suficiente para hacer que ese reflejo prácticamente (y no teóricamente) desaparezca.

Salud!

[xXminombreXx]

Solución al 2.20

El tren, al estar fuera del tunel recibe luz del sol, que es mucho más potente que la que puedan tener las luces del interior del tren.

Dentro del tunel, las única fuente de luz es la de dentro del tren, de modo que esta luz, proveniente de dentro, rebota en lo que haya dentro del compartimento, llega a la ventana, y como no hay ventanas que dejen pasar el 100% de la luz, parte se reflejará y parte se refractará. La que se refleje vuelve a nosotros, y puesto que es la única fuente de luz, será lo único que veamos, y veremos la ventana como un espejo.

Fuera del tunel, pasa lo mismo, el cristal refleja parte de la luz y refracta otra parte, pero peusto que un cristal transparente, evidentemente, deja pasar más luz de la que refleja (si no fuera así sería un espejo y no una ventana), recibiremos mucho más luz que proviene del exterior, viendo solo lo que hay fuera del tren.

[Eni]

Mi respuesta

al aire libre el cristal refracta porque recibe luz de dos direcciones. la luz propia del tren choca en el vidrio, una parte de ella se refleja la otra parte se refracta. la luz procedente del exterior del tren hace exactamente lo mismo. cuando el tren entra al tunel la luz exterior no esta presente y podemos percibir lo que se refleja de la luz en el interior del tren.

[arreldepi]

Respuesta al [Desafío 2.20]

Cuando la luz incide sobre un material, parte de ésta se refleja, otra parte se refracta y, aunque en general no se tenga demasiado en cuenta, parte de la luz es absorbida por el material.

Los porcentajes de cada uno de los sucesos anteriores dependen del material y del ángulo de incidencia de la luz sobre éstos (y también del tipo de luz). Para responder a este desafío podemos ignorar la absorción del material y centrarnos únicamente en los procesos de transmisión y reflexión de la luz.

Para dar la respuesta es importante conocer las condiciones de iluminación del interior del tren y las del exterior (tanto cuando va por dentro del túnel, como cuando está al aire libre).

En general las ventanas de los trenes están diseñadas para transimitir aproximadamente el mismo porcentaje de luz del que reflejan, pero supongamos que en nuestro caso reflejan más luz de la que transmiten (aunque no es necesario, deja más claro lo que sucede). En consecuencia, según la intensidad de la luz incidente sobre la ventana, la intensidad de luz transmitida (hacia el interior del tren, por ejemplo) será mayor o menor que la intensidad de la luz reflejada (del propio tren) y veremos el exterior. Por otra parte, en el caso en el que la intensidad de luz transmitida (del exterior hacia el interior del tren) sea inferior a la reflejada (del interior del tren) los pasajeros se verán reflejados en las ventanas.

En caso de intensidades similares nos veríamos parcialmente reflejados a la vez que vemos lo que hay en el exterior.


Es decir, cuando el exterior está más iluminado que el interior (supongamos que iluminado por alguna bombilla o fluorescente cuya intensidad es inferior a la radiación solar en el exterior inmediato del tren) el porcentaje de luz transmitida del exterior es mayor que el porcentaje de luz reflejada en el interior, con lo cual, aunque quizás podamos ver un leve reflejo de lo que hay en el interior, veremos sin ningún problema lo que hay en el exterior (todo dependerá de cuán reflectante sea el vídrio y de la intensidad de la luz interior y exterior).

Cuando pasamos por un túnel, la intensidad de la luz exterior es prácticamente nula. En ese caso, el porcentaje de luz que se transmite desde el exterior es totalmente despreciable en comparación al porcentaje de luz que se transmite desde el interior. Con lo cual, nos veremos reflejados.

Si, por ejemplo, las ventanas están hechas con una serie de materiales que transmiten el 40% de la luz y reflejan el 60% (poniendo una diferencia significativa para que se aprecie la diferencia) y las intensidades de la luz son: 100I en el exterior del túnel, I en el interior del túnel y 50I la intensidad de la luz del tren, tendremos que:

• Cuando están en el exterior del túnel, la intensidad de la luz transmitida del exterior es 40I, mientras que la intensidad de la luz reflejada del interior es 24I. Con lo cual

  $$I^t_{\text{ext}}>I^r_{\text{int}},$$

  es decir, veremos el exterior de forma más intensa que nuestro reflejo en la ventana (aunque, por supuesto, sigue estando ahí de forma menos intensa, pero la intensidad de la luz transmitida es prácticamente el doble)
• Cuando están en el túnel, la intensidad de la luz transmitida del exterior es 0,4I, y la de la luz reflejada tiene el mismo valor que en el caso anterior: 24 I. En estas condiciones

  $$I^t_{\text{ext}}\ll I^r_{\text{int}},$$

  con lo cual, vemos nuestro reflejo con una intensidad unas 50 veces superior a la intensidad con la que vemos las paredes del túnel.

Es decir, el cristal no sabe nada sobre si debe refractar la luz o transmitirla, siempre sucede lo mismo (en ambas direcciones), lo que cambia es el valor de la intensidad transmitida o reflejada según las intensidades de la luz incidente tanto del interior como del exterior del tren.

[Laron]

Reflexiones en el Túnel - Respuesta

Hola Esfinje, trataré de dar una respuesta al caso, antes de que entres en tu descanso. Es parecido a lo que ocurre en los cuartos de interrogatorios de los policías, donde el sospechoso no puede ver a los oficiales, mientras ellos sí, lo que ocurre es lo siguiente:

Cuando los rayos de luz llegan a una superficie pueden traspasarla, reflejarse o ser absorbidos transformandose en calor. En una ventana o cristal, los rayos de luz traspasan la superficie de estos, pues la transmitancia (magnitud que expresa la fracción de luz que pasa a través de una muestra) es mayor. En un espejo, los rayos de luz golpean la superficie y se regresan o reflejan, pues tiene un alto índice de reflectancia (parámetro que mide la capacidad de reflexión de un material). Normalmente, en toda superficie transparente, los rayos de luz son reflejados, así sea en un bajo porcentaje.

Sabiendo esto, cuando Kwai Chang Caine y tú aún no han entrado al tren, los rayos de luz pueden tanto reflejarse o traspasar la superficie del vidrio del tren, pero como la transmitancia es alta y la iluminancia que proviene del exterior es mayor que en el interior del tren, no será posible ver la imagen de ustedes, pues los rayos de luz emitidos por ustedes son de menor intensidad que la del exterior.

Al entrar al túnel, habrá menos iluminancia del exterior, y la luz que proviene del interior llegará a ustedes y luego a la superficie del vidrio, siendo reflejada. Aunque, es posible que la mayoría de los rayos de luz trapasen la superficie al exterior, otro terminarán reflejandose y formando la imagen de ustedes.

Bueno Esfinje, espero verte por aca otra vez, cuidate y descansa

[Oriol Frigola Manzano]

Respuesta desafío.

[FONT=Book Antiqua] PREGUNTA:
¿Porqué cuando vamos en tren y miramos a través de la ventana vemos el exterior cuando nos encontramos al aire libre, pero cuando entramos en un túnel esta visión cambia y pasamos a ver el interior del vagón?


RESPUESTA:

[FONT=Times New Roman]Esto se debe a un fenómeno de percepción óptica producido por la diferencia de intensidad que existe entre la luz reflejada del interior del tren y la que proviene del exterior.

De día, la luz intensa del exterior atraviesa la ventana del compartimento y llega al ojo proporcionándonos una clara visión del paisaje. Como la intensidad lumínica es elevada la pupila se adapta a ella contrayéndose (dejando pasar menos luz). La cantidad de luz del exterior es muy superior a la reflejada del interior, haciendo que no se pueda apreciar la del interior. La luz exterior predomina.

De noche o en un túnel [/FONT][/FONT][FONT=Times New Roman]la situación es inversa,[/FONT][FONT=Times New Roman] la luz del exterior es muy débil comparada con la del interior. La luz del interior reflejada en el cristal predomina a la vez que la pupila se dilata para adaptarse a ella. Por ello vemos la imagen del interior reflejada en el cristal.

Como referencia, la luz diurna, de un día normal, puede llegar perfectamente hasta los 100.000 lux. Si se compara con la luz del interior de un vagón (250 lux aprox.), se entiende que la pupila deba cerrarse para adaptarse a la gran cantidad luz que proviene del exterior, 400 veces más potente, y que la luz interior pase desapercibida. [/FONT]