POLARIZACION

Polarización

            La polarización es el proceso por el cual las oscilaciones transversales de un movimiento ondulatorio están confinadas a un patrón definido. Esto quiere decir que permite obtener luz linealmente polarizada a partir de la luz natural el cual poseen característica de permitir únicamente el paso de aquellas componentes de las onda cuyo vectores eléctricos vibren paralelamente a su dirección característica de polarización, por tanto, la luz que atraviesa uno de estos dispositivos está linealmente polarizada.

            La luz  polarizadora se caracteriza porque vibra en un solo plano es decir en una sola dirección y se diferencia de la luz no polarizada porque la vibración  electromagnética se produce en  todos los planos.

  

       Fresnel fue uno de los primeros que estudió en detalle fenómenos que manifiesta la luz polarizada. Comprobó que dos rayos polarizados ubicados en un mismo plano se interfieren, pero en cambio no lo hacen, si están polarizados entre sí, cuando se encuentran perpendicularmente. Esto le invitó a pensar que en un rayo polarizado debe ocurrir algo en la dirección perpendicular a la de propagación. Supuso que ese algo tiene que ser la propia vibración luminosa y en su modelo ondulatorio consideró a la luz una onda transversal.

  Por otra parte, a principios del siglo XIX Malus (1775-1812) había realizado varios experimentos para verificar aspectos de la teoría ondulatoria de Huygens y la reescribió en forma analítica. En sus trabajos estudió detalladamente la polarización y en 1808 descubrió que también se produce en la reflexión, poniendo en evidencia que no era un fenómeno inherente a medios cristalinos. Su descubrimiento de la polarización de la luz por la reflexión fue publicado en 1809 y enseguida desarrolló también una teoría de la doble refracción de la luz en cristales, que publicó en 1810.

Ejemplos desde el punto de vista didáctico para explicar a nuestros alumnos el fenómeno de polarización

Materia: Física de tercer año y  Ciclo Diversificado en el Área de la Óptica.

1. Breve descripción: Estudiar la polarizacion a través de una onda transversal

El objetivo de aprendizaje: Lograr que los y las estudiantes  alcancen  las competencias del contenido y  obtengan un aprendizaje significativo.

Materiales:

- Cuerda.

- 2 Rejilla.

¿En que consiste?

      La polarizacion de una onda transversal se puede demostrar a través de una cuerda que pase por una rejilla el cual se observara las vibraciones no polarizadas que pasan por las rejillas 1 y emergen polarizadas en un plano vertical el cual esta rejilla recibe el nombre de polarizador . Seguidamente la onda que se observa con vibraciones verticales puede pasar a través de la rejilla, el cual las demás vibraciones son bloqueadas. Luego se coloca otra rejilla (2) se llamara analizador porque puede usarse para probar si las ondas que llegan están polarizadas en un plano. El cual la rejilla 2 se gira de modo que sea perpendicular a las rejillas 1, el cual todas las ondas que inciden son detenidas. Esto puede ocurrir solo si las ondas que llegan a la rejilla 2 están polarizadas en un plano perpendicular a la rejilla.

Explicación: La polarizacion es características de las ondas transversales. Si la cuerda se reemplazara por un resorte las ondas longitudinales pasarían a través de la rejilla, independientemente de su orientación.

2. Breve Descripción: Se estudiara la polarización por reflexión para lograr en los estudiantes interés en el contenido.

El objetivo de aprendizaje: Lograr que los y las estudiantes  alcancen  las competencias del contenido y  obtengan un aprendizaje significativo.

Materiales

- Lámpara de bolsillo.

- Bloque de plástico negro o un pedazo de vidrio.

-1 pequeño espejo de metal o un trozo liso de hoja de aluminio.

- 1 polarizador de capa delgada.

¿En que consiste?

            Ajustar el dispositivo de proyección es decir la lámpara de bolsillo u otra fuente de luz que produzca un haz de luz  bastante estrecho de forma que el haz se extienda de un lado al otro (salón). Colocar el bloque negro o un pedazo de vidrio regular delante de la fuente de proyección para reflejar un rayo de luz a la pared frontal del salón. Seguidamente colocar el bloque de plástico de forma que el ángulo entre el mismo y el rayo de luz sea aproximadamente  de 40º.    

      Girar un polarizador de capa delgada en el haz reflectado. Fíjese en cómo cambia la intensidad del haz de luz  es casi cero en algunas posiciones del polarizador. Cambiar el ángulo entre la superficie del plástico y el haz de luz de la fuente de proyección. Se podrá observar el giro del polarizador causa un cambio mucho menor en la intensidad del punto de luz en la pared.

Repita la demostración con una superficie metálica reflectante, con un pequeño espejo de metal o un trozo liso de hoja de aluminio. Observe que no es posible formar un ángulo entre la superficie metálica y el polarizador que cause un cambio notable en la luminosidad del punto de luz reflejado.

Explicación:

            Las superficies brillantes no metálicas polarizan la luz por medio de reflexión. La polarización máxima ocurre en un ángulo determinado. El ángulo de máxima polarización es aquel cuya tangente es igual al índice de refracción del material. El ángulo se mide entre la línea de incidencia de la  luz y una línea perpendicular a la superficie. Las superficies metálicas brillantes no polarizan la luz reflectada en el mismo grado que lo hace el cristal.

Aplicaciones:

Los filtros de polarización usados por los fotógrafos absorben aproximadamente la mitad de la luz incidente. Además, si están situados en un ángulo de 30º a 40º respecto a la línea visual, los filtros de polarización eliminan gran parte de las reflexiones brillantes del agua, escaparates, superficies pintadas o barnizadas o plásticos. Como estas reflexiones muchas veces ocurren al aire libre, el empleo de filtros de polarización permite ver "a través de” las reflexiones deslumbrantes.

3. Breve Descripción:

Se estudiara la polarización por dispersión  para lograr en los estudiantes interés en el contenido.

El objetivo de aprendizaje: Lograr que los y las estudiantes  alcancen  las competencias del contenido y  obtengan un aprendizaje significativo.

Materiales

- 1 gotero.

- Leche liquida.

- Agua c/n

- Solución de jabón o almidón.

-1 caja de batería o botella cuadrada de un litro.

-1 polarizador de capa delgada.

- Lámpara de bolsillo.

¿En que consiste?

            Añadir dos o tres gotas de leche o un poco de solución de jabón o almidón a una caja de batería llena de agua. Seguidamente utiliza una botella cuadrada de un litro es un buen sustituto de la caja de batería el cual la mezcla tendrá un color ligeramente azulado.  Luego ajusta el proyector, o una fuente de iluminación similar, de modo que la luz atraviese la mezcla horizontalmente. Después observa que el haz de luz puede verse con facilidad. Esto se debe a que las partículas minúsculas que flotan en el agua difractan la luz entrante el cual la luz aparece azulada porque las partículas dispersan longitudes de onda cortas con más eficacia que las largas. Debido a un efecto similar en la atmósfera, el cielo aparece azul.

            Luego colocar un polarizador de capa delgada entre la caja de agua y los observadores y girar el polarizador. Donde hay una variación en la luminosidad de la luz reflectada. La variación más notable se observa en la dirección perpendicular al haz de luz, mientras que al mirar desde unos ángulos casi paralelos al haz de luz se nota poco cambio.

Explicación:

            Una mezcla de ondas con diferentes direcciones de vibración cae sobre las partículas, lo cual las incita a moverse causando ondas secundarias. Todas las ondas originales con plano de vibración paralelo a la línea visual del observador, causarían un movimiento oscilatorio de las partículas con relación al observador. Pero la luz es un movimiento transversal de ondas. Este tipo de movimiento de partículas sería ineficaz en cuanto a la producción de ondas secundarias. Sólo un movimiento transversal de las partículas podría causar ondas transversales, y éstas oscilarían en dirección vertical. El cual la luz que se observa es aquella que se polariza verticalmente. Si el ángulo es casi paralelo al haz de luz, casi todo movimiento de la partícula será aproximadamente transversal al la línea visual. Por eso, no hay polarización efectiva en esta dirección.

Aplicaciones:

            La luz reflectada por dispersión en las partículas en la atmósfera es parcialmente polarizada. Donde más se nota este efecto, es al mirar desde una dirección más o menos perpendicular a los rayos directos del sol. Este fenómeno puede aprovecharse en la fotografía de paisajes, para producir un efecto plástico. Un filtro de polarización se coloca delante del objetivo de la cámara, con el filtro orientado de modo que se produzca una variación sutil en el tono del cielo desde el horizonte al cenit. El resultado es especialmente agradable en la fotografía en color. Las nubes no se menoscaban por un filtro de polarización, ya que las gotas de agua son demasiado grandes.

Los colores se pueden ver en todas partes, han estado con el hombre desde comienzo de la humanidad, los colores intrigan a los artistas y también a los físicos, entonces…. ¿Qué es el Color?

            El color ha sido estudiado, por científicos, físicos, filósofos y artistas. Cada uno en su campo y en estrecho contacto con el fenómeno del color, llegaron a diversas conclusiones, muy coincidentes, en algunos aspectos o bien que resultaron muy satisfactorias y como punto de partida para posteriores estudios.  

            El filósofo Aristóteles (384 - 322 AC) definió que todos los colores se conforman con la mezcla de cuatro colores y además otorgó un papel fundamental a la incidencia de luz y la sombra sobre los mismos. Estos colores que denominó como básicos eran los de tierra, el fuego, el agua y el cielo.Siglos después, Leonardo Da Vinci (1452-1519) quién también consideraba al color como propio de la materia, avanzó aún más definiendo la siguiente escala de colores básicos: primero el blanco como el principal ya que permite recibir a todos los demás colores, después en su clasificación seguía amarillo para la tierra, verde para el agua, azul para el cielo, rojo para el fuego y negro para la oscuridad, ya que es el color que nos priva de todos los otros. Con la mezcla de estos colores obtenía todos los demás, aunque también observó que el verde también surgía de una mezcla.

           

            Finalmente fue Isaac Newton (1642-1519) quién estableció un principio hasta hoy aceptado: “la luz es color”.  En 1665 Newton descubrió que la luz del sol al pasar a través de un prisma, se dividía en varios colores conformando un espectro. Así es como observa que la luz natural está formada por luces de seis colores, cuando incide sobre un elemento absorbe algunos de esos colores y refleja otros. Con esta observación dio lugar al siguiente principio: “todos los cuerpos opacos al ser iluminados reflejan todos o parte de los componentes de la luz que reciben”.

            El color según, Isaac Newton, es una sensación  que se produce en respuesta a una estimulación nerviosa del ojo, causada por una longitud de onda luminosa.  El color nos produce muchas sensaciones, sentimientos, diferentes estados de ánimo, nos transmite mensajes, nos expresa valores, situaciones y sin embargo no existe más allá de nuestra percepción visual.

 La sensación que se obtiene con la evaluación visual de un color depende   de tres factores fundamentales, igualmente importantes que son: la luz, el objeto coloreado y el observador.

            El mundo es de colores, “donde hay luz, hay color”. Esto quiere decir que la percepción da la forma, profundidad o claroscuro está estrechamente ligada a la percepción de los colores. Como ya se explicó; el color es un atributo que percibimos de los objetos cuando hay luz. La luz es constituida por ondas electromagnéticas que se propagan a unos 300.000 kilómetros por segundo. Esto significa que nuestros ojos reaccionan a la incidencia de la energía y no a la materia en sí.

Las ondas forman, según su longitud de onda, distintos tipos de luz, como infrarroja, visible, ultravioleta o blanca. Las ondas visibles son aquellas cuya longitud de onda está comprendida entre los 380 y 770 nanómetros. Los objetos devuelven la luz que no absorben hacia su entorno. Nuestro campo visual interpreta estas radiaciones electromagnéticas que el entorno emite o refleja, como la palabra "COLOR". El color es el producto de las longitudes de ondas que son reflejadas o absorbidas por la superficie de un objeto, pero por otro lado sin la intervención de nuestros ojos que captan esas radiaciones electromagnéticas, de un cierto rango, que luego son transmitidas al cerebro, “ese color no existiría”.

Así como le debemos a Newton: “la definición física del color”, también le debemos a Johann Goethe (1749-1832) el estudio de “las modificaciones fisiológicas y psicológicas que el ser humano sufre ante la exposición a los diferentes colores”. Para Goethe era muy importante comprender la reacción humana a los colores, y su investigación fue la piedra angular de la actual psicológica del color. Desarrolló un triángulo con tres colores primarios rojo, amarillo y azul. Consideró que este triángulo como un diagrama de la mente humana y ligó a cada color con ciertas emociones.

Si continuamos explorando el estudio del color nos encontramos en 1950, con el Profesor Albert Münsell, quién desarrolló un sistema, mediante el cual, “ubica en forma precisa a los colores en un espacio tridimensional”.

Para ello define tres atributos en cada color:

1.- Matiz: la característica que nos permite diferenciar entre el rojo, el verde, el amarillo, entre otros, que comúnmente llamamos color.

 2.- Valor: indica la claridad de cada color o matiz.

3.- Intensidad: es el grado de partida de un color, a partir del color neutro del mismo valor. Los colores de baja intensidad son llamados débiles y los de máxima intensidad se denominan saturados o fuertes.

            Podemos decir que no hay un concepto definido de color el cual es una  característica fundamental de los objetos y es percibido por el instrumento óptico es decir el ojo humano y procesado por el cerebro es decir en realidad los colores que vemos dependen de procesos biológicos de los ojos y del cerebro.