sábado, 10 de noviembre de 2007

¿Por qué no todas las lentes son curvas?, o ¿qué son las lentes GRIN?

Las lentes son dispositivos que permiten desviar los haces de luz. Las lentes se basan en la multiplicación del índice de refracción y la distancia recorrida, esta multiplicación es llamada camino óptico. Entonces, pueden existir lentes fundamentadas en el cambio de la distancia recorrida; estas serán las lentes tradicionales donde se varia la curvatura para obtener diversas clases de estos dispositivos.

Por otro lado, también se puede variar el índice de refracción del dispositivo. Obteniendo las lentes GRIN. Acrónimo ingles de Gradient Refration INdex.

En monolitos, en bloques de vidrio se pueden insertar iones de un metal, de modo que el índice de refracción cambia a lo largo del material. También se pueden utilizar tecnología sol-gel: momentos antes de la policondensación se insertan materiales que varían el índice y después se esparcen en el bloque. En la figura de este post se muestra un esquema de cómo serian estas lentes, en particular una convergente.

Se pueden diseñar y fabricar lentes GRIN de unos cuantos milímetros, por lo cual pueden ser muy útiles para insertarse en circuitos integrados ópticos, sistemas de guías de onda y otras interesantes aplicaciones.

Otro tipo de lente que es muy delgada, incluso, casi plana,  son las lentes de Fresnel. Pero de esas te platicaremos más en otra ocasión.


Preguntas para pensar:
¿Usando gelatina cómo fabricarías una lente GRIN? ¿Cómo la caracterizarías?

miércoles, 24 de octubre de 2007

Flash: el experimento de Michelson Morley.

Con esta simulación puedes jugar a repetir el experimento el famosísimo experimento que afirma la inexistencia del éter y abre las puertas a la relatividad de Einstein.Puedes controlar el ángulo, las velocidades. Ver los resultados esperándoos en por la existencia del éter. Una simulación muy completa, didáctica y entretenida.


martes, 11 de septiembre de 2007

Cómo hacer un interferómetro de Michelson en casa (video)

Este es el instrumento capaz de realizar las mediciones más finas para distancias y tiempos. El interferómetro de Michelson es un instrumento que todo aspirante a científico e ingeniero debe conocer. Por ello, en esta ocasión, presentamos otro video, en italiano, pero compresible.

Un haz de luz se divide en dos por medio una lámina delgada, los haces divididos inciden, respectivamente, en espejos; de modo que los haces regresan por su camino, pero al llegar de nuevo a la lamina se dirigen hacia una pantalla o un detector, donde se puede observar el patrón de interferencia.

Cuando los espejos están paralelos se observa un patrón de círculos concéntricos, cuando los espejos están ligeramente inclinados, uno respecto al otro, el patrón es de franjas. El patrón de interferencia puede muy fácilmente cambiar por pequeñísimas vibraciones, corrientes de aire, o variaciones en la distancia entre los espejos, es por ello que el instrumento puede medir con alta fineza.


Preguntas para pensar:
1) ¿Por qué es tan popular el interferómetro de Michelson entre los científicos?
2) ¿Se puede hacer una versión del interferómetro de Michelson con cualquier tipo de onda? Por ejemplo, sonido, ondas de agua, ondas de radio.

viernes, 27 de julio de 2007

fasores e interferencia

Esta animación flash nos muestra la relación entre fasores y un patrón de interferencia, provocado por dos rejillas. Los fasores son herramientas muy útiles para representar la amplitud y la fase de la onda por medio de vectores.


Los vectores tienen muchas aplicaciones, más que un curso de mecanica puede enseñar, y lo mejor esos vectores resuelven la vida de muchos problemas, de modo que se vuelven comodidades diversas.

Por ejemplo, cuando enviás un mensaje por teléfono celular, tu mensaje se vuelve una serie de ondas, que viajan y chocan entre los edificios, viajan por antenas y cables, alcanzan su destino, y le sacan una sonrisa a alguien amado cuando sabe de ti. Sabes, ese mensaje viajo como un vector.

Preguntas para pensar:
¿hasta cuantas dimensiones puede tener un vector?

¿Todos los vectores son flechas rectas?

sábado, 28 de abril de 2007

La anatomía del hombre invisible.


Más allá de la ciencia ficción y las películas de terror, ¿existen fundamentos no disparatados para crear a un hombre invisible?, y ¿Qué características presentaría un ser que no absorbe ni desvía la luz? Por medio de unos cuantos conceptos que aprendimos en la escuela elemental y razonamiento, argumentaremos las particularidades de un organismo invisible. Con tal sustento racional, podemos afirma que se puede construir un artilugio para crear el camuflaje perfecto: Un hombre que no se puede ver.

Cuando se rompen las leyes naturales que cocemos cotidianamente, el pavor se presenta. Múltiples mitos de numerosas civilizaciones muestran fantasmas vacuos y seres que sólo se pueden sentir, nunca se alcanzan a ver. Entonces, podemos deducir: Las criaturas invisibles son parte del miedo colectivo de nuestra civilización.

En tiempos más recientes, encontramos numerosas películas de terror, las cuales popularizaron la idea del hombre invisible. Encontramos en 1933, "El hombre invisible" de james Whale, una de las primeras obras del tema de la adaptación del libro de H. G. Wells , En los últimos filmes realizados encontramos "el hombre sin sombra" (the hollow man) con Kevin Bacon. En ambas películas, un científico virtuoso descubre el secreto para suprimir el color de los cuerpos; él emplea su prodigio para saciar sus deseos, sin importarle el dañó que causa.

El hombre invisible es un ser extraordinario, inverosímil. Porque la capacidad de no ser visto tiene sus consecuencias naturales. La luz blanca es constituida por otros haces de luz, pero de un color particular. Un objeto cualquiera al ser alcanzado por la luz absorberá una cantidad de energía de modo selectivo. Las leyes de la mecánica cuántica muestran que cada átomo y molécula absorben ciertos colores, que podemos emplear para identificar a la sustancia. La absorción de los colores por la materia es como una huella digital; un medio de identificación único.

Adicionalmente, toda la materia desvía – de su trayectoria original – a la luz no absorbida. Puede trasmitirse o esparcirse la luz. Por ejemplo, la ley de Snell, que rige el diseño de diversas clases de lentes, afirma que un rayo de luz altera su camino cuando atraviesa una capa de aire hacia un material transparente (e.g. un cristal, vidrio, agua). Por eso, un vaso de vidrio lleno de agua puede servir como una lente, distorsionando graciosamente a los objetos. Por otro lado, la haces de luz pueden al esparcirse en diversas direcciones, por ejemplo en una superficie rugosa, como en un vidrio esmerilado, los rayos de luz puede no ser absorbidos, mas no se trasmiten en una dirección única. Un ser que no absorbe luz, pero desvía los haces lumínicos, se puede observar. Del mismo modo que un vaso limpio de vidrio con agua clara lo identificamos claramente en la mesa de nuestro hogar, o en el caso de un rayón en una ventana nueva.

Otra característica interesante del hombre invisible es su total ceguera. Si la criatura no puede desviar los haces de luz, sus ojos no funcionan como lentes, por tanto, no puede enfocar los objetos y no los detecta. Además, el sentido de la vista requiere que la luz enfocada se recolecte en un sensor, al que los médicos llaman retina, la cual transforma la energía de la onda electromagnética en una señal que interpreta el cerebro para formar una imagen. El extraordinario hombre invisible es invidente.

Sin embargo, los gobiernos de países bélicos están ansiosos de tener la capacidad de la invisibilidad. Un camuflaje que permita adaptarse a cualquier tipo de terreno, sin importar la hora del día, no detectable con la vista. Algunas investigaciones buscan usar las fibras ópticas para crear un sistema que de la vuelta a los uniformes militares. De modo que la luz incidente en la espalda de un soldado se trasmita íntegramente en el frente del uniforme. La idea es original pero técnicamente es complicada; es impractico unir todas las fibras ópticas en un uniforme ligero y a ciertos ángulos el soldado es altamente notorio.

Una alternativa para obtener la invisibilidad es la óptica adaptativa. Muchos telescopios emplean una computadora para mover muchos y péquennos espejos, los que cambian la concavidad local del instrumento; las imágenes obtenidas presentan menor distorsión, así funciona la óptica adaptativa para los astrónomos. Ahora, En el caso del desarrollo de la maravilla invisible, consistiría en el uso de trajes llenos de micro-lentes, que contengan a la vez sensores y emisores de luz, regulados por una computadora. Las lentes del tamaño de una bacteria (unos cuantos micrómetros) recolectarían la luz en un sensor, que enviaría una señal a un micro procesador, el circuito administraría rápida y eficientemente las señales provenientes de las lentes que cubren el traje. Finalmente, el circuito enviaría las imágenes a cada la lente antípoda, correspondientemente. Esta es una alternativa para fabricar ropa invisible.

Por todo lo expuesto, el hombre invisible no debe interactuar con la luz. En ninguna circunstancia, No debe desviar, esparcir, ni absorber luz. Lo que provocaría ceguera en una persona invisible. Lamentablemente, este personaje de ficción es deseado para el beneficio de los militares, quienes buscan la respuesta en las fibras ópticas y la óptica adaptativa para alcanzar a crear un hombre invisible.

jueves, 29 de marzo de 2007

Video: Caleidoscopio con tres tres espejos y Brewster vs. la piratería

Por medio de tres espejos puedes construir un símil a un calidoscopio, pero de diámetro no constante, de modo que puedes observar imágenes que forman un esferoide. Vale la pena construir uno de estos juegos de espejos, son muy divertidos.



El caleidoscopio es uno de los juguetes más famosos de la humanidad. Y tiene una  historia interesante.  de acuerdo con la Brewster Kaleidescope Society, resulta que el inventor moderno del caleidoscopio fue David Brewster, famoso investigador de óptica. Brewster alrededor de 1817 obtuvo la patento y logró comercializar el juguete. Sin embargo, por la facilidad de la construcción del aparto, pues ya era bien conocido por esa época, poca remuneracion ganó Brewster, otros fabricaban ya el juguete.