Polarización de la luz en la vida cotidiana

José Luis Vilas Prieto

Semana de la Ciencia 2013 Departamento de Óptica

AOCG/UCM Octubre de 2013

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Allí donde hay luz, hay luz

polarizada

•Herbert Goldstein

Cita

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Contenidos

1.¿Qué es la luz polarizada?

2.Origen, la doble refracción

3.Polarización en la naturaleza

4.Polarización con filtros, gafas y dispositivos polarimétricos

5.Conclusiones y comentarios

Objetivo

•Mostrar el fenómeno de la polarización desde sus inicios en distintos aspectos

de la vida cotidiana y la naturaleza

Contenidos/Objetivos

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¿Qué es la polarización?

•La luz es una onda electromagnética constituida

por dos campos eléctrico y magnético que vibran

normalmente entre sí.

•La polarización de la luz representa la

trayectoria de seguida por el vector campo

eléctrico.

•Si la trayectoria es aleatoria o abstrusa se habla

de luz natural (luz solar).

•Si está bien definida, se habla de estados de

polarización.

lLineal, circular o elíptica.

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Filtro Polarizador

•Un polarizador es un elemento óptico capaz de

obtener un estado de polarización determinado

independientemente de la polarización a la

entrada.

•Un polarizador lineal/circular transforma el

estado de la luz incidente en estados

lineal/circularmente polarizados

•Se usa como analizador. Ley de Malus.

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Orígenes de la polarización

•La polarización de la luz pasó inadvertida durante siglos. La

luz se consideraba una propagación de origen mecánico a

través del éter.

•En 1669 Rasmus Bartholin observa la doble refracción en el

espato de Islandia. Denota a los rayos como – Solitas e

Insolitas.

•Se escriben numerosos tratados sobre la doble refracción y

luz polarizada, Huygen, Newton, Malus, Arago, Biot,

Brewster, Fresnell,…

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Doble refracción

•La calcita o espato de Islandia es birrefringente.

•Un rayo de luz incidente es separado en dos

estados de polarización ortogonales.

•Cada polarización tiene un índice de refracción

asociado, ordinario o extraordinario. Solitas e

insolitas

•Un indice cumple la ley de Snell de la refracción,

el otro no.

2.3. Representación Real

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Cielo polarizado

•El cielo es azul debido a que las longitudes de onda cortas

(azul) son más dispersadas que las largas (rojo).

•Los rayos de luz procedentes del sol interaccionan con las

moléculas de la atmósfera. Mediante scattering (dispersión)

la luz puede polarizarse parcialmente.

•La luz solar posee así dos componentes una despolarizada, y

otra con polarización lineal parcial.

•Esta polarización es más pura en las regiones de la esfera

celeste más alejadas de la posición del sol.

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Arco iris polarizado

•Si bien el cielo está polarizado, aun lo está más el

arco iris hasta un 96 % y su polarización es lineal.

•Cada uno tiene su propio arco iris

•Se puede probar usando un polarizador lineal

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¿Orígenes?

•¿Los Vikingos en el 700 A.D.?

•En 1967 Thorkild Ramskou propone el uso de la

polarización de la luz para la orientación de los

barcos vikingos en océano.

•Existen pasajes con argumentos de

plausabilidad: «El clima estuvo nublado y tormentoso… El rey miró a su alrededor y vio el cielo azul… Entonces el rey tomó la piedra solar y se puso de pie, para ver dónde brillaba el sol»

•Verdad o ficción, descubrieron Islandia.

•Video demostrativo

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Vuelo de las abejas

•Las abejas usan la posición del sol como sistema de

referencia. En días nublados, pueden orientarse siempre que

haya un resquicio de cielo azul.

•En general el sistema visual de los insectos es sensible a la

polarización de la luz. -Rodopsina- Absorbe la luz linealmente

polarizada en la dirección de sus dipolos.

•Están constituidos por miles de “subojos”, cada uno con

celulas sensibles que contienen Rodopsina. Las moléculas de

rodopsina están alineadas en los insectos a diferencia de los

vertebrados.

•Únicamente son sensibles a la polarización los ojos superiores

•Emplean la luz ultravioleta.

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Visión de los octópodos

•Los calamares, sepias y pulpos también son sensibles a la

polarización. Mecanismo de visión similar al de los insectos.

•Los estudios apuntan a que las sepias podrían tener la mayor

visión polarimétrica de la naturaleza.

•Además son capaces de modificar el estado de polarización

de la luz emitida por su piel, para mostrar distintos estados

de alerta.

•Experimentos con espejos y filtros, cambian el estado de

alerta del “animal”.

Video demostrativo

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Luz reflejada, condición de Brewster

•Supóngase luz incidiendo en la intercara de dos medios

transparentes.

•La luz reflejada está parcialmente polarizada.

•Bajo una condición muy concreta se logra polarización total.

Condición de Brewster: El rayo reflejado y el rayo refractado

forman un ángulo de 90º.

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Gafas polarizadas y extinción de la luz

•Si cruzamos dos polarizadores lineales somos capaces de

extinguir la luz.

•¿Y si usamos un espejo y polarizadores circulares?

Video demostrativo

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Filtros de Lyot y Solc

•Si colocamos las gafas por polarizadores circulares una tras la otra. Y las rotamos

aparecen colores.

•El sistema recibe el nombre de filtro de Lyot o filtro de Solc, y está constituido por

una o varias láminas retardadoras (material birrefringente, e.j., calcita) entre dos

polarizadores lineales.

•La rotación de las láminas está alterando la fase de la luz transmitida. Así se permite

la selección de determinadas longitudes de onda y por tanto el color varía.

2.3. Representación Real

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Conclusiones/comentarios

1.La luz es una onda electromagnética, la trayectoria del campo eléctrico determina la

polarización de la luz.

2.La polarización de la luz está presente en nuestras vidas, cielo, arco iris, pantallas

LCD.

3.Existen diversos métodos de obtención de luz polarizada, mediante filtros, reflexión,

scattering.

4.El ojo humano no es capaz de percibirla, únicamente percibimos intensidad.

5.Medir la polarización implica medir variaciones en la intensidad mediante el uso de

polarizadores (analizadores).

6.Allí donde hay luz, hay luz polarizada (Goldstein).

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MUCHAS GRACIAS

POR SU ATENCIÓN