Eclipses del anillo de luz

 1. Corta un disco pequeño de aproximadamente 2 pulgadas (5 cm) de diámetro de la cartulina o del papel de construcción negro. Píntalo de negro con un marcador para que sea lo más oscuro posible.

2. Pega el disco con cinta adhesiva al extremo de un pincho de bambú. Usa el marcador para pintar la cinta y las pulgadas superiores del pincho de color negro.

3. Perfora o corta un orificio en un trozo de papel blanco de 2 pulgadas (5 cm) cuadradas. Dibuja brazos y piernas para hacer una pequeña figura de palo usando el orificio como la cabeza.

 Exploración I: ver sombras

Oscurece la habitación. Enciende el anillo de luz y colócalo frente a una pared blanca. La mejor distancia dependerá del diámetro del anillo de luz. Los anillos de luz de 4 pulgadas (10 cm) de diámetro deben estar a alrededor de 1 pie (30 cm) de distancia. Los anillos de luz más grandes deben estar más lejos, hasta aproximadamente 3 pies (1 m).

Usando el pincho como mango, sostén el disco a aproximadamente 2 pulgadas (5 cm) de distancia de la pared, pero paralelo a su superficie. Observa la sombra que hace el disco y haz un bosquejo rápido o toma una fotografía. ¿Al parecer, la sombra tiene dos partes: una sección más oscura y una sección más clara?

Si fueras a mover el disco lejos de la pared mientras lo mantienes paralelo a ella, ¿cómo crees que cambiarían las dos partes de la sombra? ¿Se agrandarán, se reducirán, la sombra oscura se agrandará y la sombra más clara se reducirá o viceversa? Piénsalo antes de probarlo y toma nota de tu predicción.

Ahora, aleja lentamente el disco de la pared. ¿Cómo cambia la sombra? ¿Fue correcta tu predicción?

Exploración II: mirar hacia atrás al anillo de luz

Coloca el trozo de papel perforado en tu teléfono celular de modo que el orificio quede sobre la cámara frontal. (Esto es más fácil si tienes la aplicación de la cámara abierta y la cámara frontal seleccionada). Usa un pequeño trozo de cinta adhesiva para mantener el papel en su lugar.

Coloca el teléfono celular sobre una mesa y sostén el anillo de luz a aproximadamente 1 pie (30 cm) por encima del teléfono. Deberías poder ver la imagen del anillo de luz en la pantalla del teléfono.

Ahora, usando el pincho como mango, sostén el disco paralelo a la mesa y entre el teléfono y el anillo de luz, de modo que haga una sombra de dos partes similar a la anterior. Sostén el disco lo suficientemente alto como para que haga una sombra oscura de aproximadamente ½ pulgada (1 cm) de diámetro. ¿Cuánto del anillo de luz puedes ver en la pantalla del teléfono?

Si mueves el disco de derecha a izquierda, una sombra se moverá a través de la cámara del teléfono. ¿Cuánto del anillo de luz se mostrará en la pantalla del teléfono cuando la parte más clara de la sombra llegue a la cámara? ¿Cuánto se mostrará cuando la parte más oscura de la sombra atraviese la cámara?

Un lugar, en una pared, por ejemplo, está en la oscuridad si no hay luz que pueda llegar a él. Si la fuente de luz es pequeña, como por ejemplo una sola vela, muchos objetos serán lo suficientemente grandes como para impedir que la luz de la vela llegue a varios lugares de la pared. Eso significa que una habitación con solo una vela como iluminación tendrá muchas sombras oscuras. Los lugares donde no hay luz se llaman umbras.

Si hay más de una fuente de luz en una habitación, entonces un lugar en la pared podría obtener luz de una o más fuentes, pero no de todas, ya que un objeto podría bloquear la luz de una fuente, pero no de todas. Ese lugar no será tan brillantemente iluminado como un lugar que pueda recibir luz de todas las fuentes de luz, pero será más brillante que un lugar que no pueda recibir luz de ninguna fuente. Estos lugares se denominan penumbras.

Una gran fuente de luz brillante puede considerarse como muchas fuentes pequeñas de luz juntas. El anillo de luz tiene muchas fuentes de luz a lo largo del anillo que proyectan la luz en un arco amplio. La mayoría de los lugares en el papel pueden recibir luz de cada parte del anillo, y entonces son muy brillantes. Al mirar hacia atrás a la fuente de luz, entonces, un ojo o una cámara podrían ver toda la luz del anillo de luz completo.

Sin embargo, en este caso, el disco impide que parte de la luz del anillo de en el papel. Donde el disco bloquea toda la luz del anillo, el papel está en la sombra más oscura, una umbra. Un ojo o una cámara en esa área mirando hacia atrás hacia la luz del anillo no podría ver ninguna parte de la luz.

El disco puede bloquear parte de la luz del anillo, pero no toda. La luz de algunas partes del anillo pasa, mientras que otras partes están bloqueadas. Estas áreas parcialmente bloqueadas, llamadas penumbras, tienen una sombra intermedia más clara, no tan oscura como la umbra de la sombra más oscura y no tan brillante como el papel sin obstrucciones. Un ojo o una cámara en esas áreas verían parte del anillo de luz tan brillante como siempre, mientras que otras partes de la luz estarían bloqueadas.

Estas situaciones son similares a lo que sucede en el lado de la Tierra frente al Sol durante un eclipse solar: en la mayoría de las regiones de la tierra, la Luna no bloquea la luz del Sol, y el día no es diferente de ningún otro.

En una región más pequeña, la Luna bloquea parte de la luz del Sol. El día puede estar más oscuro, pero sigue siendo peligroso mirar al Sol en esta región porque la luz solar que no está bloqueada por la Luna sigue siendo tan brillante como en un día normal.

Finalmente, en un área mucho más pequeña, la Luna bloquea casi toda la luz del Sol, y la región es muy oscura. Si la Luna está lo suficientemente cerca de la Tierra, entonces toda la luz brillante del Sol está totalmente bloqueada. Durante ese corto tiempo (a veces hasta 7 minutos), es seguro mirar al Sol. Si bien la parte más brillante del Sol (su fotosfera) está cubierta por la Luna, se puede ver la corona mucho más tenue. La corona es tan brillante como una luna llena, por lo que es seguro mirar directamente a la corona durante un eclipse.

Sin embargo, si la Luna está más lejos de la Tierra, dejará un anillo más brillante alrededor del Sol. Este tipo de eclipse, llamado eclipse anular, recibe su nombre de la palabra “annulus”, que describe un objeto en forma de anillo (no debe confundirse con “anual”, que es algo que sucede una vez al año, que no es el caso aquí).  ¡Este anillo de luz es demasiado brillante para mirarlo directamente! Los eclipses anulares solo deben observarse con gafas especialmente diseñadas para ver eclipses.

Dibujar rayos de luz puede ayudarnos a aclarar lo que sucede aquí. Reducir la imagen a dos dimensiones también puede hacer que las cosas sean un poco menos confusas.

Imagina una fuente de luz que envíe luz en todas las direcciones.

Sin embargo, prestemos atención a la luz que da en la pared de la derecha. Toda la pared está iluminada porque la luz llega a todas partes de la pared.

Un objeto puede bloquear parte de la luz y crear una sombra.

Ahora imagina que hay dos fuentes de luz. (Una se muestra con líneas punteadas aquí y la otra con líneas rectas, para ayudarte a ver la diferencia).

La pared es más brillante ahora porque le llega el doble de luz.

Pongamos algo en el camino.

Tres cosas diferentes suceden. En primer lugar, la mayor parte de la pared sigue siendo brillante porque esas partes aún reciben luz de ambas fuentes. En segundo lugar, parte de la pared es negra porque el objeto bloquea ambas fuentes de luz y crea una sombra oscura (umbra). En tercer lugar, parte de la pared recibe luz de una fuente, pero no de la otra, lo que crea una penumbra, una sombra que no es tan oscura como la umbra.

Dibujar el modelo con rayos de luz puede ser un tanto tedioso, pero es una excelente manera de ver por qué los objetos más cercanos hacen umbras más grandes y penumbras más pequeñas. También puedes volver a dibujar este tipo de imagen mostrando objetos de diferentes tamaños y a diferentes distancias para ver cómo esos cambios afectan la situación.

Si quieres que esta actividad se parezca un poco más a la de la Tierra y la Luna durante un eclipse, puedes usar una pelota de béisbol o de poliestireno para representar la Tierra, y luego montar una pequeña pelota de goma en un pincho para representar la Luna.

Si deseas investigar el tamaño y la escala de un eclipse solar real, consulta el Bocadillo científico llamado [See and Scale a Total Solar Eclipse *name TBD].

Este proyecto está hecho posible a través de un generoso apoyo de la NASA. Este material está basado en un trabajo patrocinado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA por sus siglas en inglés), bajo la subvención No. NNX16AB96A otorgada por el Science Mission Directorate. Toda opinión, resultados y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las de los autores y no reflejan necesariamente las perspectivas de la NASA.