Óptica geométrica (Parte XVIII)

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En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de steemit, en especial a #stem-espanol, #steemstem, #curie, #cervantes , #steemitasclub y #nucleo-fse, seguimos con el vínculo entre la óptica y la geometría, es decir, la óptica geométrica.

Introducción

Los rayos o radiaciones se encuentran en nuestro entorno en cualquier instante de nuestras vidas, luego de conocer importantes características de los rayos luminosos que conforman nuestra porción espectral visible, es decir, luz blanca o visible, hemos podido analizar cada uno de los rayos imperceptible a nuestros sistemas ópticos naturales (ojos), y de esta forma logramos estructurar nuestro amplio y esencial espectro electromagnético.

De dicho espectro logramos analizar a los rayos o radiaciones tales como, ultravioleta (UV), infrarrojo (IR), rayos X (R-X), microondas (MO), rayos gamma y a las esenciales ondas de radio, todas estas radiaciones de igual naturaleza electromagnética diferenciándose específicamente de sus longitudes de ondas y según esta particularidad las hemos ordenado en el mencionado espectro electromagnético, como podemos observar en la siguiente figura 1.


Siempre es importante poder resaltar de la anterior figura 1, que las radiaciones al lado derecho de nuestra porción espectral referencial (luz visible) poseen mayor longitudes de ondas que dicha referencia espectral, y por lo tanto, poseen menor energía que esta, dicha característica es lo que permiten que estas radiaciones sean invisibles a nuestra vista.

En el caso de las radiaciones a la izquierda de nuestra referencia espectral, cada vez que más se alejan de la misma poseen menor longitud de onda y con ello mayor cantidad de energía, ya que recordemos que la energía de una determinada radiación electromagnética será inversamente proporcional a su longitud de onda como podemos ver en la siguiente formulación matemática.


De acuerdo a la cantidad de esta energía de estos rayos o radiaciones podemos referirnos al efecto biológico de las mismas, y por lo tanto, esto nos permite clasificarlas en ionizantes o no ionizantes, las primeras por su alta cantidad energética (rayos X y gamma), y las segundas por el proceso inverso de las primeras, y en donde encontramos al resto de las radiaciones de dicho espectro electromagnético.

Cada rayo o radiación electromagnética es una forma de energía que se propaga a través de un espacio físico o material e inclusive a través del vacío, esta última característica fundamental en esenciales aplicaciones de nuestra cotidianidad como pudimos demostrar en la anterior publicación relacionada con las ondas de radio y su gran impacto en nuestro desarrollo tanto intelectual como social, especialmente en la transmisión de cualquier tipo de información.

De esta forma pudimos observar las radiaciones electromagnéticas las cuales por ser en su gran mayoría invisibles a nuestros ojos dificultan un poco conocerlas, sin embargo, con el correr del tiempo los avances científicos nos han permitido profundizar sobre el conocimiento de estos rayos o radiaciones electromagnéticas y además poder colocarlas a nuestro servicio.

En este artículo comenzaremos a relacionarnos con otras formas de rayos o radiaciones no electromagnéticas y las mismas son conocidas como radiaciones corpusculares, recordemos que la radiación la podemos identificar como aquella energía que se propaga de un espacio o lugar a otro, esta movilidad o propagación se lleva a cabo en forma de ondas, y por lo tanto, para diferenciar las radiaciones electromagnéticas de las corpusculares debemos expresar que las primeras no tienen masa alguna ya que solo poseen energía tal y como se mostró en la figura 1.

En cuanto a las radiaciones corpusculares representan aquellas formas de energías las cuales se propagan con la presencia de masa, es importante resaltar que estas ondas corpusculares pertenecen a la familia de radiaciones con capacidad ionizantes como lo son los rayos X y gamma pertenecientes como sabemos a las radiaciones electromagnética, pero dichas radiaciones se diferencian de acuerdo a las características antes expuestas, en relación a la presencia o no de masa.

Por lo tanto, de estas radiaciones corpusculares ionizantes analizaremos en esta oportunidad a los rayos alfa (α), y la misma está formada tanto por dos protones como por dos neutrones, lo cual representa el núcleo de un átomo de Helio y de esta manera poseen dos carga positivas, la generación de este tipo de rayo o radiactividad se lleva a cabo generalmente a través de átomos que constituyen elementos muy pesados.

Para el presente artículo seguiremos utilizando la conceptualización de rayos o radiaciones con propagación en línea recta en forma de ondas, tal y como nos lo han expresado la óptica geométrica-física, es importante poder resaltar que el hombre ha podido comprender su entorno gracias a la comprensión del amplio y esencial espectro electromagnético, especialmente nuestra porción referencial, es decir, la luz blanca o visible.

Por lo tanto, por ser las ondas corpusculares ionizantes nos relacionaremos con radiaciones presentes en nuestro espectro electromagnético como son los rayos X y gamma, además claro está con nuestra fracción espectral visible, ya que de esta última hemos podido saltar hacia la comprensión de las otras formas de irradiaciones desarrolladas en nuestra naturaleza, tanto electromagnéticas como corpusculares.

Hasta ahora habíamos conocido parte del conjunto de las denominadas radiaciones ionizantes cuya naturaleza es electromagnética (rayos X y gamma), ahora ampliaremos dicho grupo al analizar los rayos alfa y posteriormente a otros rayos o radiaciones de naturaleza corpuscular que también son ionizantes como los rayos beta, entre otros, resaltando además su capacidad de penetrabilidad en nuestro organismo o cualquier objeto.

Los rayos alfa (α)

Como hemos podido expresar y demostrar, las radiaciones las podemos encontrar en nuestro entorno o medio natural, ese espacio tiempo que nos circunda, nos envuelve y que conforma todo nuestro magistral universo, en donde nos ha tocado vivir y adaptarnos a cualquier tipo de cambio originado en dicho universo, sin embargo, estas variaciones nos ha permitido tener que evolucionar extrayendo de la misma naturaleza cualquier forma de aprendizaje con la finalidad de apaciguar cualquier tipo de impacto que amenace nuestra existencia.

Es importante resaltar que también nos hemos puesto en riesgo nosotros mismos al extralimitarnos con el mal uso de todos aquellos conocimientos extraídos de nuestra madre naturaleza, pero lo importante es concientizarnos e implementar la ciencia como una herramienta en pro de toda la humanidad, y por lo tanto, seguimos aprovechando esas cualidades aprendidas de nuestro entorno y poder profundizar en las radiaciones ahora de tipo corpusculares.

Cuando realizamos cualquiera de nuestras actividades cotidianas estamos recibiendo algún tipo de radiación y estas pueden ser de naturaleza electromagnéticas o corpusculares, lo cierto es que conviven con nosotros a cualquier instante de nuestro espacio-tiempo, algunas de estas forma de energía son inocuas pero otras pueden llegar a ser nocivas para nuestro organismo como lo son las radiaciones con capacidad de ionización.

Recordemos que los rayos o radiaciones electromagnéticas desarrollan un movimiento ondulatorio cuya energía propagada es tanto eléctrica como magnética, en donde, sus respectivas intensidades cambian en planos perpendiculares, y las mismas en el vacío poseen la velocidad de nuestra radiación espectral referencia, es decir, de la luz visible, diferenciándose en sus cargas energéticas por sus respectivas longitudes de ondas.

Las radiaciones corpusculares se propagan en partículas subatómicas como núcleo de Helio, protones, electrones, neutrones, entre otros, generalmente poseen mucha velocidad pero dicha magnitud siempre estará por debajo a las de las radiaciones electromagnéticas, sin embargo, a estas dos formas de radiaciones las podemos relacionar por su efecto biológico con la materia ya que ambas pueden ser ionizantes.

Las ondas corpusculares representan radiaciones con capacidad de ionización y de esta forma las enmarcamos en el mismo conjunto de algunas radiaciones electromagnéticas que poseen tal propiedad como lo son los rayos X y rayos gamma, por lo tanto, dichas radiaciones cuanto interactúan con la materia perderán cierta cantidad de su energía logrando separar determinado electrones de aquellos átomos constituyentes de los tejidos con los cuales impactan, y de esta forma los convertirá o transformara en iones.

Como se ha expresado estas ondas corpusculares es un tipo de propagación energética la cual se encuentra vinculada a una determinada cantidad de masa, la cual pudiera ser de naturaleza artificial, es decir, inducida, o también pudieran ser espontaneas desarrollándose bien sea en el vacío o en un medio físico o material, es importante señalar la ecuación de De Broglie, la cual establece a cada una de estas partículas subatómicas una específica longitud de onda, dicha expresión es la siguiente:


Entre las radiaciones corpusculares encontramos a los rayos o radiaciones alfa (α), y por lo tanto, es una radiación compuesta o conformada por partículas estructuradas tanto por dos (2) protones como por dos (2) neutrones, como lo es el núcleo de un átomo de Helio, y el cual está constituido por dos cargas positivas, este tipo de radiación generalmente proviene o se emite en átomo que conforman moléculas de elementos pesados como es el caso del uranio, el radio y el torio.

El núcleo de los átomos de los elementos antes descritos resultan ser muy rico en neutrones, por tanto, existen más neutrones que protones en dichos núcleos y de esta forma los convierte en inestables, cuando estos elementos generan o emiten alguna partícula alfa (α) esto hace que claramente dichos átomos varíen su composición nuclear quedando transformado en otro diferente, es decir, sustrayendo dos neutrones y dos protones, a continuación mostraremos una forma de emisión de rayos alfa en la siguiente figura 2.


Por lo tanto, los rayos alfa se conforman por partículas que poseen altas cargas energéticas, como pudimos notar en la anterior figura 2, es importante resaltar que el elemento radio igualmente es capaz de emitir este tipo de radiaciones, dicho elemento implementado en la elaboración de ciertas esferas luminosas para algunos relojes.

La capacidad de ionización de este tipo de radiación corpuscular resulta ser más potente que la de los rayos gamma, sin embargo, su capacidad de penetrabilidad hacia nuestros cuerpos resulta ser de muy baja eficacia afortunadamente, pero debemos tener cuidado de no inhalar o ingerir la fuente de esta radiación o colocarla en nuestra piel ya que resultaría ser muy nociva para nuestra salud, a continuación observaremos la capacidad de penetrabilidad de esta radiación en relación a otras radiaciones de tipo electromagnéticas como se muestra en la siguiente figura 3.


Es interesante observar el comportamiento de las partículas alfa en cuanto a su trayectoria, esto es posible visualizarlo a través de un instrumento denominado cámara de niebla, y de manera general podemos decir que dicho dispositivo se implementa para poder captar o detectar aquellas partículas radiactivas con capacidad de ionización, y de esta forma podemos visualizar distintos trazos o trayectorias correspondientes a radiaciones antes descritas, entre ellas las partículas alfa, como podemos observar en la siguiente figura 4.


En la anterior figura 4, podemos expresar que la trayectoria de las partículas alfa está representada por trazos en línea recta corta y gruesa, y esto podemos decir que es debido a su cantidad másica lo cual le permite apartar aquellas partículas que colisionan con ella bien sea en el aire o en el vacío.

Es importante resaltar algunas interesantes aplicaciones de este tipo de radiación alfa, encontrándonos con la radioterapia de fuente no sellada implementando como fuente emisor al radio 226, esto con el mismo propósito que las radiaciones gamma y rayos X, tratar algunos tipos de cáncer, como podemos observar en la siguiente figura 5.


Otras aplicaciones las podemos encontrar en la fabricación de papel para eliminar algún tipo de electricidad estática que se pueda generar en los molinos de papel, también es posible encontrarnos a este tipo de radiación en los dispositivos utilizados para detectar humo los cuales se activan para la prevención de incendios, importantes aplicaciones relacionadas con este tipo de radiación, a pesar de ser ionizantes al igual que los rayos X y gamma las podemos implementar para nuestro bienestar.

Conclusión

Cualquier tipo de radiación estará a nuestro lado en todo momento, ya que nuestro entorno natural es su principal fuente de emisión, esto lo hemos ido comprobando a través de los análisis de cada una de las radiaciones antes descritas, bien sea de naturaleza electromagnética como corpuscular, lo cierto es que son parte de nuestra existencia.

Lo importante es que el hombre a través de su historia y por medio de herramientas como la ciencia ha ido canalizando cualquier forma de enseñanza que nuestro universo nos emite, logrando de esta manera ampliar nuestro rango de oportunidades relacionadas a la estadía en este planeta, inclusive enmarcando con nosotros a toda especie viviente que se encuentra bien sea en armonía o en discordia con el hombre.

En el presente artículo saltamos a otras formas de propagación de energía como son las radiaciones corpusculares, resaltando que es indiscutible que cualquier conocimiento relacionado con nuestro universo lo hemos logrado gracias a la comprensión de las radiaciones electromagnéticas, en particular de nuestra porción espectral referencial, es decir, nuestra luz visible por nuestros sistemas ópticos naturales, por lo tanto, seguiremos implementando dichos aprendizajes en cualquier forma de emisión y propagación de la energía.

Las radiaciones corpusculares se deben a la movilidad o propagación de partículas subatómicas, encontrándonos en esta oportunidad con una de estas radiaciones como lo es los rayos o radiaciones alfa (α), resaltando que los rayos alfa posee capacidad de ionizar a la materia con la cual puede llegar a interactuar, sin embargo, en cuanto a nuestro cuerpo afortunadamente este tipo de radiación alfa posee poca penetrabilidad como pudimos observar en la figura 3.

Importantes aplicaciones de esta radiación alfa relacionadas con esenciales áreas de la humanidad, ya que de la misma forma que los rayos X y gamma, los rayos alfa son implementados en la radioterapia la cual se utiliza en el tratamiento de algunos tipos de cáncer, esto por ser las tres radiaciones con capacidad ionizante.

La inmensa mayoría de las radiaciones siempre serán imperceptibles a nuestros ojos, sin embargo, esta característica no ha detenido al hombre en la búsqueda de su comprensión y utilización de dichas radiaciones de manera positiva en cualquiera de nuestras más cotidianas actividades, y a través de esta serie temática se ha ido demostrando tal afirmación con el análisis de cada radiación electromagnética y ahora radiaciones corpusculares e iniciando con los rayos alfa.

Hasta otra entrega mis apreciados lectores de steemit, en especial a los miembros de la gran comunidad de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de otras maravillosas comunidades como los son #steemstem y #curie, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este ejemplar proyecto, debido a que nos permiten valorar la gran tarea de la academia y el gran esfuerzo del campo científico.

Nota: Todas las imágenes fueron elaboradas usando las aplicaciones Paint, Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape.

Referencias Bibliográficas


[1] Charles H. Lehmann. Geometría Analítica. Décima tercera reimpresión. Editorial Limusa. México, D.F. 1989.
[2] Jennings, G.A. Geometría moderna con aplicaciones. Springer, New York, 1994.
[3] Raymod A. Serway y John W. Jewett, Jr. Ed. Thomson. Física. Edición 1 y 3. [4] Giancoli, D.C. Física, principios y aplicaciones, Reverté S.A. España, 1985.
[5] Cornejo Rodríguez Alejandro, Urcid Serrano Gonzalo. Óptica geométrica. Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. 2 da edición, octubre 2005.
[6] Cabrera J. Manuel, Fernando J. López, Fernando A. López. Fundamentos de Óptica Electromagnética, Addison-Wesley Iberoamericana, 1993.
[7] Young Hugh D. Fundamentos de la Óptica y Física Moderna, McGraw-Hill, 1971.
[8] Santos Benito Julio. Manual de óptica geométrica. UNIVERSIDAD DE ALICANTE.
[9] Fontal Bernardo. El espectro electromagnético y sus aplicaciones. Escuela Venezolana para la enseñanza de la química.
[10] Bushong Stewart C. Manual de radiología para Técnicos. 1ª Edición. Ed. Mosby (1993).
[11] Federación de Enseñanza de CC.OO. de Andalucía. Radiaciones.4ta edición, septiembre de 2009.
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Saludos profe @rbalzan excelente material como de costumbre. Para la próxima entrega es recomendable dejar el link de los libros citados en la referencia, esto facilita el trabajo de verificación a los curadores.

Gracias de antemano profe

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