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 Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura

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Kepa
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MensajeTema: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Mar 15 Feb 2011 - 22:55

Buenas!, hace un par de semanas vi una página web que me pareció interesantísima, es esta: Pinhole Sunspots.

En la página discuten si con los medios de los que se disponía en el antiguo Egipto, (sin lentes, espejos curvos o cualquier otro sistema óptico ), se podrían haber observado ya las manchas solares. Pues, aunque parezca increíble, la respuesta es que SI!!. De hecho el autor de la página describe un experimento que hizo el mismo y consigue unos resultados alucinantes con poquísimos medios.

Cómo?, pues usando el método de proyección directa. Igual que con esos pequeños proyectores que se construyen para ver eclipses de Sol hechos con un tubo o caja de cartón y un poco de papel de aluminio (link proyector de agujero.):


Pues, según la web, usando este sistema, pero a gran escala es posible formar una imagen proyectada del Sol con definición suficiente para ver manchas solares!. Me intrigó tanto cuando lo leí que enseguida me puse manos a la obra, y ayer por fín conseguí repetir el experimento en mi casa... y FUNCIONÓ!! cheers.

En vez de construir un proyector con una caja de cartón, usé toda mi casa como "caja", dejando entrar la luz del solo através de una ventana que estaba totalmente tapada excepto por un pequeño agujero. Podeis ver el material que he usado y el resultado en estas fotos:


Solo he usado una caja de cartón grande y una lata de refresco Very Happy. El cartón era para tapar la ventana, y la lata para recortar una lámina en la que hacer el orificio (el papel de aluminio era demasiado endeble).

Cuanto mayor es la distancia del agujero a la pantalla mayor es el tamaño de la imagen del Sol y mejor es la resolución. En la cuarta foto se ve que la lámina metálica tiene dos orificios, uno es de 2 y el otro de 2.8mm de diámetro. En realidad solo se usa uno (y se tapa el otro), pero dependiendo de la distancia a la que se proyecte la imagen del Sol hay que usar el grande o el pequeño.

El trípode, y el espejo (plano) me han hecho falta porque en mi casa no hay espacios abiertos bastante grandes para que la luz viaje en línea recta la distancia suficiente, y he tenido que desviar el haz para aprovechar toda la longitud del pasillo. Sin el espejo tenía que proyectar la imagen solo a 4 metros del orificio (usando el agujero de 2mm), y aunque ya se distinguían las manchas, la definición era muy pobre y se veían como una sola mancha alargada. El espejo me permitía proyectar la imagen del Sol a unos 8 metros del orificio (usando el agujero de 2.8mm).

En la penúltima foto se ve un dibujo del resultado. La imagen proyectada del Sol tiene unos 7.5 cm de diámetro. Este sistema es equivalente en resolución y potencia a un pequeño telescopio de 3.8 cm de apertura y con 34 aumentos. Como veis se distinguían tres manchas solares, aunque no se podía diferenciar la umbra y la penumbra. La última foto del Sol es la del SOHO hecha el mismo día, y se pueden ver claramente las tres manchas cerca del centro del disco... Cool .

No os imaginais el subidón cuando ví que aquello funcionaba! jajaja!. Bueno, si alguien se anima a probar, o quereis más detalles de cómo y porqué funciona ya me decís Wink.

Aguuur!
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Pedro Muñoz
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Miér 16 Feb 2011 - 12:29

Kepa, esto es muy interesante para poder enseñarles a los estudiantes de los institutos.
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Kepa
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Miér 16 Feb 2011 - 13:02

Pues sí, estaría chulo enseñarlo en los colegios, seguro que les gustaría a los niños y los maestros. Lo único que hace falta es una habitación grande (cualquier aula) con persianas para dejarla totalmente a oscuras, y dejar un agujero en una de las ventanas que esté iluminada por el Sol.

No sería dificil, pero habría que planearlo antes: ver el aula, ingeniarselas para poner una pantalla con el orificio en una de las ventanas y saber dónde se proyectaría el Sol a la hora de la charla.

Un saludo Pedro!.
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Miér 16 Feb 2011 - 20:26

nada que no te puedo contestar ,he escrito la respuesta tres veces y cuando la envio me dice que la web esta muy ocupada
despues te comento delas formulas cambiando la longitud de onda (550nm de media)
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Miér 16 Feb 2011 - 20:40

si hallamos la distancia con una lambda media del espectro visible 550 nm(700-400)/2+400=550
los resultados son reales pero que pasa con otroas LAMBDAS,deberia crearse una imagen de difraccion mas cercana siendo la primera la delos IR cercanos
Pero esto no ocurre asi ,solo cuando la luz atraviesa una lente(cambio de medio de propagacion)
Asi es como se demuestra la aberracion cromatica donde cada color tiene un punto focal distinto para cada color
quizas esto nos indica que la luz viaja plana y recta?
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Miér 16 Feb 2011 - 23:08

Buenas Dioni!. Buena pregunta scratch ....

La verdad que no había pensado en el error que se cometía al tomar al longitud de onda media. Sí, como dices la luz roja debería aparecer más desenfocada que las demás, pero acabo de hacer un calculo rápido y creo que no afecta demasiado a la resolución... . De todas formas ya mañana me lo miro más tranqui, que ya me voy a la cama Sleep . Aguur!.
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Vie 18 Feb 2011 - 16:02

Hola Dioni!. Creo que ya sé dónde estaba el lío.

Es que en realidad en la cámara oscura no se forma la imagen a ninguna distancia como pasa con las lentes (no hay una 'distancia focal'). En la cámara oscura las imágenes proyectadas nunca están enfocadas del todo, pongas la pantalla donde la pongas. Esto es porque la resolución de la imagen está limitada por el tamaño del agujero: no podemos ver con nitidez detalles más pequeños que la abertura del objetivo.

Imagínate que ponemos la pantalla a una cierta distancia del agujero ( la que quieras ), entonces para tener la mayor resolución posible interesa hacer el tamaño del agujero lo más pequeño posible. Lo que pasa es que si hacemos la abertura del objetivo demasiado pequeña, la mancha de difracción puede llegar a hacerse mayor que el tamaño del agujero, y entonces la resolución empieza a empeorar.

Para cada distancia entre el objetivo y la pantalla se escoge un tamaño de agujero para el que la resolución sea la mejor posible ( cuando el tamaño del agujero es igual al tamaño de la mancha de difracción).

Dónde entra aquí la longitud de onda?, pues en el tamaño de la mancha de difracción: que es mayor para las longitudes de onda largas (rojo). Por esto el tamaño óptimo de agujero depende un poco de la longitud de onda. (Por supuesto, el tamaño óptimo del agujero también depende de la distancia a la pantalla).

Si suponemos que la lonitud de onda=500 nm en la fórmula para el tamaño del agujero, nos equivocamos un poco al calcular la resolución de la imagen, porque para la luz roja la mancha de difracción sale un poco mayor. Pero el error es muy pequeño: en mi caso me equivoco en 0.7mm, que comparado con el tamaño total de la imagen ( diametro del sol = 75 mm ) es muy poco.

Bueno, y por esto era que aunque no haya lentes aquí, fijada la distancia objetivo-pantalla, el tamaño del agujero depende de la longitud de onda. O en otras palabras: si fijamos el tamaño del agujero, la distáncia óptima entre el agujero y la pantalla depende de la longitud de onda. Se entiende así?

Ta luego!
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Vie 18 Feb 2011 - 16:16

Buen trabajo !

Hasta pronto. sunny

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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Vie 18 Feb 2011 - 20:34

lo das mascado
lo del agujero lo he usado para crear estrellas artificiales y segun el tipo de luz que usaba me daba una distancia focal distinta ,pero es verdad que la diferencia solo las detectaba con un comparador(micrometro de esfera) y los orificios eran del orden delas 30 -50 micras
gracias kepa
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Vie 18 Feb 2011 - 22:30

Guau! Kepa que gran trabajo!! Eres un maquina! Y los resultados son sorprendentes...!! Hay que probarlo. cheers

Taluego!
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Kepa
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Vie 18 Feb 2011 - 22:52

Sí, eso fue lo que me llamó la atención, que con muy poco material se puedan llegar a ver manchas.
Pero en realidad en el dibujo he exagerado el contraste de la imagen proyectada, vamos que las mancha se ven mucho más ténues. Para que os hagais una idea, si mirais la foto del SOHO en el primer post con los ojos casi cerrados, así es como se ven las manchas en la imagen proyectada. Por cierto, lo que también se ve es el oscurecimiento de limbo.

Ayer estuve jugando un poco con todo el tinglado, y puse una sábana blanca a unos 75cm del agujero. Por supuesto a esa distancia no se ven manchas solares (el sol se ve muy pequeño), pero en la sábana se proyecta una imagen invertida de toda la calle que hay frente a mi casa Very Happy . Se ven un montón de detalles (y en color!): los coches pasar, las casas de enfrente, a la gente paseando... es una gozada, merece la pena intentarlo.

Ta luego!
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Sáb 19 Feb 2011 - 9:37

Jejeje, que curioso... y en color!! Ya te contaré el resultado del invento Wink Gracias por tu aportación, que como siempre ha sido muy interesante.

Hasta otra
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Dom 20 Feb 2011 - 19:42

Bueno, pues esta tarde he estado echando unas cuentecillas antes de ponerme manos a la obra, y ya que estaba, se me ocurrió ver como afectaba la longitud de onda en los cálculos, vamos lo que habíais estado comentando un poco más arriba, sobre como influyen las diferentes longitudes de onda del espectro. He cogido una hoja de excel y he metido las ecuaciones con tres valores para lambda, 550nm, 700nm y 400nm (un valor medio y dos valores extremos, correspondientes a luz violeta y roja).

Practicamente lo que he estado viendo es, en cada caso, para cada tamaño de la rendija y la distancia de la rendija a la pantalla de proyección, como cambia el tamaño del disco del sol, según la longitudes de onda de la luz incidente. Dejo una imagen para que veais el resultado.



(por si no va el enlace a la imagen:
http://img441.imageshack.us/i/graficasproyeccionsolre.jpg/)

En la ordenada puse el tamaño del sol proyectado, en la abcisa el tamaño de la rendija y cada serie de datos corresponde a una longitud de onda. Despues me parecio interesante representar un tramo de tamaño de rendija y longitud más pequeños, con tamaños de rendija entre 0,5 y 3 mm, y he añadido dos series más indicando las diferencias en tamaño del disco, para los casos de luz azul y violeta, pero en forma de barras (como es lógico una es positiva y otra negativa).

Ahora me queda comprobar todo esto en la práctica. A ver... porque según comentabas, Kepa, la imagen era bastante nítida.. scratch

Se me ocurre también mirar como afecta el scattering a todo esto, porque la atmosfera disipa longitudes de onda corta (azul), y es más permeable a longitudes de onda largas (rojas), y estos efectos son mas significativos cerca de la salida y puesta de sol, donde la luz recorre más distancia en la atmosfera.. tengo que mirar esto para ver si se puede afinar mas en el calculo o si estos efectos son despreciables o no.. scratch mm no quiero precipitarme aún hasta que no haga algunas pruebas...

Bueno, pues ya os contaré.. hasta otra!
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Dom 20 Feb 2011 - 19:57

quizas seria bueno echarle un vistaso al metodo king(edward skinner king) que versa sobre como afecte el diferencial de difraccion atmosferico sobre la imagen
no subo nada por que lo poco que se de este metodo es del manual de gemini y no he encontrado nada mas
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Dom 20 Feb 2011 - 21:56

Ese Dani!. Te veo lanzadísimo Wink. He estao mirando tus cálculos y para un agujero de 3mm de diámetro y la longitud de onda media te sale más o menos el mismo tamaño para el Sol que medí yo (unos 7.5 cm).

Pero en principio el tamaño de la imagen proyectada del Sol no depende de la longitud de onda porque se calcula usando óptica geométrica. Los cálculos de la web en los que aparece la longitud de onda son para calcular la resolución de la imagen.

Os cuento cómo he hecho los cáclulos del tamaño del disco Solar. El dato importante aquí es el tamaño angular del Sol, que es aproximadamente A = 0.5 grados.

Mirando el dibujo se ve que para sacar el diametro del disco solar proyectado (R) solo hay que usar un poco de trigonometría:

R = 2 * f * Tan( A / 2 )
Donde "f" es la distancia entre el agujero y la pantalla. Hasta ahora la longitud de onda de la luz y el tamaño del agujero no juegan ningún papel.

Por otra parte en la web nos dan una forma para calcular la distancia "f" para la que tenemos la mayor resolución en la imagen, y esta distancia sí que depende de la longitud de onda. Pero una vez que fijamos la distancia entre la pantalla y el agujero, esta distancia es la misma para todas las longitudes de onda, y por tanto el tamaño el tamaño del Sol también es el mismo sin importar la longitud de onda. No sé si esto aclara algo... .

Ánimo, que es poco trabajo y el resultado merece la pena!.

Aguur!
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Dom 20 Feb 2011 - 23:19

Dani y Kepa, estáis haciendo un magnífico hilo de discusión. Y aprovechable.
Por cierto Kepa, el mismo efecto de ver la calle y los coches lo veía en casa de mis padres gracias a un agujero que tenía la persiana de mi cuarto.

Hasta pronto. sunny

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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 8:45

Efectivamente Kepa lo he hecho así, tomé el tamaño angular del sol (32') y empleando un razonamiento simple de trigonometría.
Si llamas a=16' (la mitad del tamaño angular solar), te sale que: tg a=P/2L, siendo P el diametro del circulo solar y L la distancia de la pantalla. Además como este angulo es pequeño puede aproximarse directamente la tangente al angulo, que es la aproximación que he utilizado en los caluclos, luego en primera aproximación a=P/2L

Sin embargo tienes que tener en cuenta que la distancia L depende de la longitud de onda, si asumes la hipotesis de partida de "proyección optima", en la que se toma el radio del disco de airy igual al radio de la rendija: z=r, lo que permitia en los calculos determinar las distancias L para los distintos tamaño de la rendija, así teniendo en cuenta los calculos, tienes que:

Tomando z=r, y sustituyendo en la expresión del disco de Airy:

r^2=0.61(LAMBDA)L; de donde: L=[(2r)^2]/(0,61*LAMBDA)

Teniendo en cuenta esto, te sale una dependencia entre L y LAMBDA, que viene dada por la expresión resultante de sustituir la ecuación de arriba en la expresión a=P/2L o si quieres emplear la tangente, tga=P/2L

Quizá necesito ver como cambian las cosas experimentalmente al variar la distancia L desde el valor optimo que impone la relación de "proyección optima"!! A ver si saco un ratillo!!

Hablamos!


Última edición por dnarvaez el Lun 21 Feb 2011 - 9:46, editado 1 vez
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 8:55

carduelis escribió:
quizas seria bueno echarle un vistaso al metodo king(edward skinner king) que versa sobre como afecte el diferencial de difraccion atmosferico sobre la imagen
no subo nada por que lo poco que se de este metodo es del manual de gemini y no he encontrado nada mas

Ok Dioni, a ver si encuentro algo sobre el tema, que es muy interesante, y le echo un vistacillo. Gracias!
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 9:49

Jajjja!... si al final resulta que estamos diciendo lo mismo! Laughing .

Solo me refería a que una vez que pones la pantalla en un sitio el tamaño de la imagen del Sol es el mismo para todas las longitudes de onda.

Ta luego!.
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 10:00

Kepa escribió:
Jajjja!... si al final resulta que estamos diciendo lo mismo! Laughing .

Solo me refería a que una vez que pones la pantalla en un sitio el tamaño de la imagen del Sol es el mismo para todas las longitudes de onda.

Ta luego!.

Si, jejeje!, la cuestion que me viene ahora es ver como afecta todo esto en el experimento.. porque me gustaría ver como afecta alejarse de la condición impuesta de z=r, moviendo el plano de la pantalla. Y ver que pasa con luz roja, o luz azul, supongo que se puede utilizar un filtro casero de celofán (no se, habrá que probar) y ver como cambia el resultado, si es que cambia en algo... Comprobar los resultados con los calculos, etc, ver como puede afectar el scattering.. En fin que pueden hacerse muchas cosas con un experimento muy simple y que está al alcance de cualquiera.. cheers

Asi que ya puestos hay trabajo por hacer, jeje, empezando por preparar el tinglado Wink, ya te contaré..

Hasta luego tio!

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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 15:34

despues os contesto mas profundamente ,pero para ver las diferencia sobre la distancia no se puede hacer sobre una luz con espectro continuo debemos hacerlo sobre un luz puntual en su longitud com por ejempol un laser verde (520nm) o rojo (630nm) y ademas debe ser medido sobre banco optico pues son minimas los diferenciales en L(micras) las cuales el ojo no aprecia ,ni una cinta metrica
tengo un banco optico y comparador os reto ha hacer la prueba?
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 15:58

JJ escribió:
Por cierto Kepa, el mismo efecto de ver la calle y los coches lo veía en casa de mis padres gracias a un agujero que tenía la persiana de mi cuarto.
Sí, cuando se lo enseñe a mi madre me dijo que ella también había visto ese efecto alguna vez, pero no recordaba dónde. Seguramente sería una casualidad parecida a la que cuentas... .

Dioni escribió:
para ver las diferencia sobre la distancia no se puede hacer sobre una luz con espectro continuo debemos hacerlo sobre un luz puntual en su longitud com por ejempol un laser verde (520nm) o rojo (630nm) y ademas debe ser medido sobre banco optico
A mí me costaba un montón distinguir la diferencia en la resolución de la imagen al mover el papel donde se proyectaba, pero claro, estaba aguantando el papel en la mano, las manchas solares son algo difusas, y la luz del sol llegaba un poco débil. Seguro que haciéndolo con todas estas cosas más controladas: con una fuente puntual de luz monocromática brillante (laser) y un banco óptico, se pueden ver mejor los cambios en la resolución.

En la web del experimento Pinhole Sunspots, también comprueban la fórmula y hace una tabla con las optimas según el tamaño de la abertura. Venga, ánimo!.
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 17:22

Pues si, un banco optico es lo suyo, y con un par de punteros laser puedes comprobar todo esto muy bien.. Wink

Hasta luego!
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 22:10

No ,no Kepa no me has compremdido ,quiero decir que cuando vengas por estas tierras tenemos que hacer estas pruebas
ya veras como cambian los resultados con diferentes tipos de onda entre los 400 y los 700
Nunca he probadado con IR (se podria hacer con un led IR, laser IR y camara aver que da?),seguro que es mas corta la L
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Kepa
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MensajeTema: Re: Observar manchas solares por proyección en una cámara oscura   Lun 21 Feb 2011 - 22:37

Ok!, ya haremos pruebas cuando esté por allí Wink . Además aquí en el foro a veces se hace dificil entenderse bien....

Ta luego!
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