Qué es la polarización de la luz y su aplicación práctica
La luz polarizada difiere de la luz estándar en su propagación. Se descubrió hace bastante tiempo y se utiliza tanto para experimentos físicos como en la vida cotidiana para realizar algunas mediciones. Entender el fenómeno de la polarización no es difícil, ayuda a comprender cómo funcionan algunos dispositivos y por qué la luz no se propaga como normalmente en determinadas condiciones.
Qué es la polarización de la luz
La polarización de la luz demuestra que ésta es una onda transversal. Es decir, hablamos de la polarización de las ondas electromagnéticas en general, y la luz es una de las variedades cuyas propiedades obedecen a reglas generales.
La polarización es la propiedad de las ondas transversales cuyo vector de oscilación es siempre perpendicular a la dirección de propagación de la luz o de otra cosa. Es decir, si se aíslan rayos de luz con el mismo vector de polarización, ese sería el fenómeno de la polarización.
La mayoría de las veces, vemos luz no polarizada a nuestro alrededor, ya que tiene un vector de intensidad que se mueve en todas las direcciones posibles. Para que se polarice, se hace pasar por un medio anisótropo, que corta todas las vibraciones y deja sólo una.
Quién descubrió el fenómeno y qué demuestra
El concepto en cuestión fue utilizado por primera vez por el famoso científico británico И. Newton en 1706.. Pero fue otro investigador quien explicó su naturaleza. James Maxwell.. En aquella época se desconocía la naturaleza de las ondas luminosas, pero a medida que se fueron acumulando los hechos y los resultados de diversos experimentos, surgieron cada vez más pruebas de la naturaleza transversal de las ondas electromagnéticas.
El primero en experimentar en esta área fue el explorador holandés Huygens, en 1690.. Hizo pasar la luz a través de una placa de chapa islandesa y, como resultado, descubrió la anisotropía transversal del haz.
La primera prueba de la polarización de la luz en física la obtuvo el investigador francés Э. Malus. Utilizó dos placas de turmalina y acabó derivando la ley que lleva su nombre. Gracias a numerosos experimentos, se demostró la naturaleza transversal de las ondas luminosas, lo que ayudó a explicar su naturaleza y características de propagación.
De dónde viene la polarización de la luz y cómo conseguirla
La mayor parte de la luz que vemos no está polarizada. Sol, luz artificial - Una corriente de luz con un vector que oscila en diferentes direcciones, se propaga en todas las direcciones sin ninguna limitación.
La luz polarizada aparece después de haber atravesado un medio anisótropo, que puede tener diferentes propiedades. Este medio elimina la mayoría de las vibraciones, dejando sólo una, que proporciona el efecto deseado.
El polarizador más común son los cristales. Mientras que en el pasado se utilizaban sobre todo materiales naturales (por ejemplo, la turmalina), ahora hay muchas opciones hechas por el hombre.
La luz polarizada también puede producirse por reflexión desde cualquier dieléctrico. La idea es que cuando la luz incide flujo luminoso en la unión de los dos medios, se refracta. Esto puede verse fácilmente colocando un lápiz o un tubo en un vaso de agua.
En el fenómeno de la refracción de la luz, parte de los rayos se polarizan. El alcance de este efecto depende de la posición fuente de luz y el ángulo de incidencia de la luz en relación con el lugar de refracción.
En cuanto al método de producción de luz polarizada, se utiliza una de las tres variantes, independientemente de las condiciones:
- Prisma de Nicolás. Lleva el nombre del explorador escocés Nicolas William, que lo inventó en 1828. Experimentó durante mucho tiempo y, al cabo de 11 años, consiguió fabricar un aparato acabado, que sigue utilizándose hoy en día, sin cambios.
- Reflexión de un dieléctrico. Aquí es muy importante encontrar el ángulo de incidencia óptimo y considerar el grado de de refracción (Cuanto mayor sea la diferencia de transmitancia entre los dos medios, más se refractan los rayos).
- Utilizar un medio anisotrópico. Para ello, se suelen seleccionar cristales con propiedades adecuadas. Si se dirige el flujo de luz hacia ellos, se puede observar una separación paralela en la salida.
Polarización de la luz por reflexión y refracción en la interfaz de dos dieléctricos
Este fenómeno óptico fue descubierto por el físico escocés por David Brewster en 1815.. La ley que derivó mostraba la correlación de los índices de dos dieléctricos en un determinado ángulo de incidencia de la luz. Si las condiciones son las elegidas, los rayos reflejados en la unión de los dos medios estarán polarizados en el plano perpendicular al ángulo de incidencia.
El investigador observó que el rayo refractado también está parcialmente polarizado en el plano de incidencia. Esto no refleja toda la luz, parte de ella se escapa en el haz refractado. El ángulo de Brewster es el ángulo en el que luz reflejada está totalmente polarizado. Los rayos reflejados y refractados son perpendiculares entre sí.
Para entender la razón de este fenómeno, hay que saber lo siguiente:
- En cualquier onda electromagnética, la oscilación del campo eléctrico es siempre perpendicular a la dirección de su movimiento.
- El proceso se divide en dos etapas. En el primero, la onda incidente provoca una perturbación de las moléculas dieléctricas, y en el segundo, hay ondas refractadas y reflejadas.
Si utilizamos en el experimento una sola oblea de cuarzo u otro mineral adecuado, la intensidad de la luz polarizada plana será pequeña (del orden del 4% de la intensidad total). Pero si se utiliza una pila de placas, se puede conseguir un aumento significativo del rendimiento.
¡Por cierto! La ley de Brewster también puede derivarse utilizando las fórmulas de Fresnel.
Polarización de la luz por un cristal
Los dieléctricos convencionales son anisótropos y las características de la luz que incide sobre ellos dependen principalmente del ángulo de incidencia. Los cristales tienen diferentes propiedades, cuando la luz incide sobre ellos se observa un efecto de birrefringencia. Esto se manifiesta de la siguiente manera: se forman dos haces refractados cuando atraviesan la estructura; van en direcciones diferentes y sus velocidades también son distintas.
Los cristales de un solo eje son los más utilizados en los experimentos. Uno de los haces de refracción obedece a las leyes estándar y se denomina ordinario. El segundo rayo se forma de manera diferente, se llama extraordinario, porque las peculiaridades de su refracción no corresponden a los cánones habituales.
Si gira el cristal, el rayo ordinario permanecerá inalterado y el rayo extraordinario se desplazará por la circunferencia. La calcita o el feldespato islandés son los más utilizados en los experimentos, ya que son muy adecuados para la investigación.
¡Por cierto! Si miras tu entorno a través de un cristal, los contornos de todos los objetos se bifurcan.
Basado en experimentos con cristales Etienne Louis Malus formuló una ley en 1810 en 1810, que lleva su nombre. Obtuvo una clara dependencia de la luz polarizada linealmente después de haber pasado por un polarizador hecho de cristales. La intensidad del haz tras atravesar el cristal disminuye en proporción al cuadrado del coseno del ángulo formado entre el plano de polarización del haz entrante y el filtro.
Lección de vídeo: Polarización de la luz, física de grado 11.
Aplicaciones prácticas de la polarización de la luz
El fenómeno en cuestión se utiliza en la vida cotidiana mucho más a menudo de lo que parece. El conocimiento de las leyes de propagación de las ondas electromagnéticas ha ayudado a la creación de diversos equipos. Las principales opciones son las siguientes:
- Los filtros polarizadores especiales para cámaras permiten eliminar los reflejos al hacer fotos.
- Los conductores suelen utilizar gafas con este efecto, ya que eliminan el resplandor de los faros que se acercan. Como resultado, ni siquiera las luces largas pueden deslumbrar al conductor, lo que aumenta la seguridad.
![Qué es la polarización de la luz y su aplicación]()
La ausencia de deslumbramiento se debe al efecto de polarización. - Los equipos utilizados en geofísica permiten estudiar las propiedades de las masas de nubes. También se utiliza para estudiar los patrones de polarización de la luz solar al atravesar las nubes.
- Un equipo especial que toma imágenes de las nebulosas cósmicas en luz polarizada ayuda a estudiar las peculiaridades de los campos magnéticos que allí surgen.
- En ingeniería mecánica, se utiliza el llamado método fotoelástico. Puede utilizarse para identificar claramente las tensiones que se producen en los componentes y conjuntos.
- El equipo se utiliza en producciones teatrales, así como en la decoración de conciertos. Otra aplicación es la de las vitrinas y los stands de exposición.
- Dispositivos que determinan el nivel de azúcar en la sangre de una persona. Funcionan determinando el ángulo de rotación del plano de polarización.
- Muchas empresas de la industria alimentaria utilizan equipos capaces de determinar la concentración de alguna solución. También existen dispositivos capaces de controlar las proteínas, los azúcares y los ácidos orgánicos mediante la aplicación de propiedades de polarización.
- La cinematografía en 3D funciona precisamente mediante el uso del fenómeno comentado en este artículo.
¡Por cierto! Los conocidos monitores de cristal líquido y los televisores también funcionan a base de flujo polarizado.
El conocimiento de las características básicas de la polarización ayuda a explicar muchos de los efectos encontrados en todo el mundo. También es un fenómeno ampliamente utilizado en la ciencia, la tecnología, la medicina, la fotografía, el cine y muchos otros campos.