Resumen

Una nube es una gran colección de gotas de cristales de agua o hielo muy pequeñas. Todo el aire contiene agua, por lo general en forma de un gas invisible llamado vapor de agua. Cuando el aire caliente sube, se expande y se enfría, el aire frío no puede contener tanto vapor de agua como el aire caliente, por lo que parte del vapor se condensa en pequeñas partículas que flotan en el aire y forman una diminuta gota alrededor de cada partícula. Cuando miles de millones de estas gotitas se juntan se convierten en una nube visible.

Dado que la luz viaja en forma de ondas de diferentes longitudes, cada color tiene su propia longitud de onda única. La dispersión de agua y hielo refleja todas las longitudes de ondas, por lo que las nubes parecen de color blanco. Cuanto más densa es la aglomeración de gotas de agua en suspensión, menos luz solar llega a atravesarlas, y la tonalidad se oscurece hasta diferentes tonos de gris.

A cada uno de los colores de la luz del sol le corresponde una longitud de onda determinada. Cuando a lo largo de su recorrido topa con los gases, la luz blanca se separa en diferentes colores, que en función de su naturaleza toman diferentes caminos. Los colores rojo, naranja y amarillo (longitudes de onda larga) atraviesan los gases de la atmósfera sin alterarse, llegando hasta la superficie de la tierra. En cambio, azules y violetas (longitudes de onda cortas) son desviados en todas las direcciones. De este modo queda interrumpido su recorrido hacia la tierra. Cuando miramos hacia arriba, vemos esa luz azulada dispersada por la atmósfera, es decir, el cielo.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

¿Podemos lograr la formación de nubes de colores tirando en toda la tierra colorantes naturales o colorantes artificiales para que el agua, durante el ciclo de la lluvia, lo absorba y de esta manera tener un cielo con nubes de colores que nosotros mismos podamos decidir?

Antecedentes

¿Qué son las nubes?

Una nube es una gran colección de gotas de cristales de agua o hielo muy pequeñas. Las gotas son tan pequeñas y ligeras que pueden flotar en el aire.

¿Cómo se forman las nubes?

Todo el aire contiene agua, por lo general en forma de un gas invisible llamado vapor de agua. Cuando el aire caliente sube, se expande y se enfría, el aire frío no puede contener tanto vapor de agua como el aire caliente, por lo que parte del vapor se condensa en pequeñas partículas que flotan en el aire y forman una diminuta gota alrededor de cada partícula. Cuando miles de millones de estas gotitas se juntan se convierten en una nube visible.

¿Por qué las nubes son blancas?

Dado que la luz viaja en forma de ondas de diferentes longitudes, cada color tiene su propia longitud de onda única. Las nubes son de color blanco debido a que las gotas de agua o cristales de hielo son lo suficientemente grandes como para dispersar la luz de en las siete longitudes de onda (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta), que se combinan para producir luz blanca.

¿Por qué las nubes se vuelven grises?

Las nubes se componen de pequeñas gotas de agua o cristales de hielo, por lo general una mezcla de ambos. La dispersión de agua y hielo refleja todas las longitudes de ondas, por lo que las nubes parecen de color blanco. Si las nubes se vuelven lo suficientemente gruesas o lo suficientemente altas, la luz no podrá pasar a través de ellas, por lo tanto toman un aspecto gris u oscuro. Además, si hay un montón de otras nubes alrededor, su sombra puede añadirse a la apariencia gris o multicolor.

Cuanto más densa es la aglomeración de gotas de agua en suspensión, menos luz solar llega a atravesarlas, y la tonalidad se oscurece hasta diferentes tonos de gris.

Y en las nubes de tormenta, la acumulación de agua es tal que la luz no llega a atravesarlas. Y por ello las vemos de color negro.

El aire esta constituido por 78% de nitrógeno, 21% de oxigeno y 1% de argón, helio, neon y otros gases.

Las partículas de materia, solidas y líquidas, suspendidas en el aire, se denominan aerosoles. Por ejemplo las gotitas de agua, las nubes, el polvo ordinario y polen.

La luz del sol, de color blanco, es la suma de todos los colores del arco iris (rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta). En el vacío, es decir, en el espacio, la luz viaja en línea recta sin alterarse, sin embargo, al penetrar en la atmósfera, encuentra a su paso granos de polvo, gotitas de agua y gases (oxígeno, nitrógeno y gases nobles). Es entonces cuando se altera la trayectoria y el color de la luz.

A cada uno de los colores de la luz del sol le corresponde una longitud de onda determinada. Cuando a lo largo de su recorrido topa con los gases, la luz blanca se separa en diferentes colores, que en función de su naturaleza toman diferentes caminos. Los colores rojo, naranja y amarillo (longitudes de onda larga) atraviesan los gases de la atmósfera sin alterarse, llegando hasta la superficie de la tierra. En cambio, azules y violetas (longitudes de onda cortas) son desviados en todas las direcciones. De este modo queda interrumpido su recorrido hacia la tierra. Cuando miramos hacia arriba, vemos esa luz azulada dispersada por la atmósfera, es decir, el cielo. Este proceso fue estudiado por el físico Lord John Rayleigh hacia 1870, por eso se lo conoce como dispersión Rayleigh.

En el campo de la química, se denomina colorante, a una sustancia que cuenta con la capacidad de absorción de distintas y concretas longitudes de onda dentro del espectro de la luz visible. Los colorantes se fijan en sustancias dándoles coloración de una forma estable, por lo que no suelen ser alteradas con factores como puedan ser la luz, los oxidantes, el agua, etc.

Un colorante es un compuesto orgánico que al aplicarlo a un sustrato (generalmente una fibra textil pero también a cuero, papel, plástico o alimento) le confiere un color más o menos permanente. Un colorante se aplica en disolución o emulsión y el sustrato debe tener cierta afinidad para absorberlo. Los colorantes en general son solubles en el medio en el que se aplican o en el producto final. La producción mundial de colorantes es del orden de 90 millones de kg al año.

Un pigmento, por el contrario, es una sustancia coloreada e insoluble que se dispersa en un medio adecuado para su uso. Se emplean principalmente para colorear plásticos y para pinturas y tintas de imprenta.

Las sustancias coloreadas son las que absorben luz en la región visible del espectro (380 a 750 nm). Una sustancia presenta el color complementario del que absorbe ya que este se resta de la luz reflejada o transmitida. Las sustancias que no absorben luz visible son blancas o incoloras, y las que absorben todas las longitudes de onda son negras. Si la banda de absorción es aguda el color es brillante, mientras que una banda ancha y difusa da lugar a un color opaco.

El color de debe a la longitud de onda que tenga el rayo de luz como se muestra en el siguiente diagrama:

El agua dela tierra recorre un ciclo en la Naturaleza. El sol es la fuente de energía del ciclo del agua. Lo mares y océanos se encuentran expuestos a la radiación solar, que hace que sus aguas se evaporen. El vapor de agua se forma no solo por la evaporación de mares y océanos, sino también por la de ríos, lagos, lagunas y la del suelo mismo, así como la transpiración y respiración de los seres vivos.

Parte del vapor de agua atmosférico se condensa sobre pequeñas partículas de polvo, humo, sal de mar, para formar nubes de gotitas de agua o cristalitos de hielo. Cuando esta condensación forma partículas suficientemente grandes, caen en forma de lluvia, granizo o nieve.

La mayor parte de la precipitación se produce en el mar, el resto se deposita como agua dulce, que puede evaporarse nuevamente al llegar al suelo o formar parte de ríos, lagos y lagunas.

El agua que cae en tierra firma empapa la superficie de esta y puede participar en los procesos de la vida vegetal y animal, pero gran parte se filtra a través del suelo, formando corrientes subterráneas o freáticas, también forman los mantos freáticos.

Una porción de la precipitación queda capturada en la nieve de las montañas, en los glaciares y en los casquetes polares, después el agua dulce fluye de nuevo hacia los mares, por medio de los ríos y completa el ciclo del agua.

Isaac Newton, entre los años 1656 a 1666, dedico sus investigaciones hacia la óptica y supuso que todo cuerpo luminoso emite violentamente pequeños corpúsculos luminosos. Demostró que los siete colores del arcoíris se encuentran en la luz blanca, que es la composición de los mismos.

Cristian Huygens, en 1673 presenta su teoría ondulatoria de la luz, es decir, se propaga por medio de ondas longitudinales en el aire y en el vacío. Explicó que cuando la luz blanca pasa a través de un prisma, se reduce diferencialmente la velocidad de las ondas de cada color causando la dispersión de los mismos.

La luz se propaga en el vacío, en el aire y en medios transparentes. La luz dentro de un medio uniforme se propaga en línea recta. Un rayo luminoso marca la trayectoria rectilínea de la luz. El haz luminoso es un conjunto de rayos luminosos.

El color delos cuerpos depende de su capacidad para reflejar las distintas longitudes de onda luminosa y de la clase de luz que recibe.

Un cuerpo se ve azul si refleja únicamente la luz azul, blanco si refleja los siete colores y negro si absorbe todos los colores.

Objetivo

Investigar y entender el ciclo en el que se forman las nubes, para conocer en qué momento las nubes toman el color con el que las vemos y con esto dar a conocer por qué por ahora no podemos ver un cielo diseñado con nubes de tantos colores como nosotros queramos al mismo tiempo. Experimentar que sucede si regamos colorantes de diferentes colores en todo el mundo para que el ciclo del agua lo absorba y nos de nubes de colores.

Justificación

Quiero saber cómo se forman las nubes, entender exactamente el paso en el que toman su color y saber por qué no podemos tener un mundo con nubes de todos los colores presentes al mismo tiempo; pero poder darles el color con nuestras manos regando colorante en todo el mundo. Pues me gustaría ver un mundo lleno de colores y a los niños como yo nos encantaría ver un mundo más divertido lleno de muchos colores y que nosotros podamos decidir de qué color queremos ver las nubes como cuando coloreamos en una hoja de papel.

Hipótesis

Sí regamos colorantes naturales o artificiales en toda la tierra para que sean absorbidos durante el ciclo del agua donde se forman las nubes entonces, podemos lograr crear nubes de colores y así tener un mundo más divertido para todos pero más para los niños, lleno de muchos colores, incluso en el cielo y mejor aún, de colores que nosotros mismos podamos decidir como cuando dibujamos lo que más nos gusta y coloreamos en una hoja de papel.

Método (materiales y procedimiento)

Método

Material

• Agua
• Colorante
• Parrilla eléctrica
• Hoja blanca

Procedimiento

1. Mezclar agua con colorante del color deseado
2. Agregar en un recipiente para que se pueda calentar
3. Poner en la parrilla eléctrica para lograr que el agua llegué a su punto de ebullición

Mientras hierve el agua se desprende vapor, lo que yo esperaba es que el vapor fuera de color azul pues el agua es azul, pero coloque una hoja blanca para poder observar el color del vapor pero el vapor sale blanco y por eso no es fácil de ver sobre la hoja.

Galería Método

Resultados

Entonces me pregunte qué pasa con el colorante sí solo se va el agua, entonces deje que hirviera el agua hasta que ya no quedara agua y entonces pude observar que el color se quedó en el recipiente.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Por medio de un proceso natural no podemos tener las nubes de todos los colores como yo quisiera.

No puedo tener un cielo colorido como he imaginado.

Si puedo ver nubes de varios colores pero no cuando yo quiera ni tampoco de los colores que yo elija, aun cuando tuviera muchísimo colorante como para cubrir una gran parte de nuestro planeta. Solo las veré de colores cuando la misma naturaleza asi me lo permita, como cuando iba a la escuela que pude ver los colores del arcoíris en las nubes.

Bibliografía

Las nubes

https://books.google.com.mx/books?id=odfLFFLbrFcC&pg=PR12&lpg=PR12&dq=las+nubes&source=bl&ots=2YnE-YMtk6&sig=Po4INfRklL1uuNjUUU7rjWSluxQ&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjBopatgprXAhUP6mMKHVzgCjg4HhDoAQgqMAE#v=onepage&q=las%20nubes&f=false

https://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/20009457/A-que-se-deben-los-colores-del-cielo.html

*Naturaleza 1

Autor: Perla Yolanda Castillo Villalón y José Moncho Morales

Editorial NUTESA

*Naturaleza 2

Álvaro Rincón Arce

Editorial: EDICIONES NUMANCIA

*Ecología

Autor: Eugene P. Odum

Editorial: Interamericana

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography