Simple Demostración casera de las dos clases de difracción

Esta es una guía para demostrar en clase la difracción de campo cercano (Fresnel) y la de campo lejano (Fraunhofer). Cuando la luz pasa por rendijas muy pequeñas, la onda envuelve al objeto, y se propaga; formando la difracción. Muchos prefieren decir que "la luz da la vuelta a los objetos".

Existen muchos experimentos caseros para demostrar la difracción de la luz. desde observar a través rejillas hechas con hojas de afeitar y observando velas. Hasta esta propuesta de los autores: Maciej Lisicki, Ludmila Buller, Michal Oszmaniec, Krzysztof Wojtowicz, quienes aseguran que esta demostración se puede hacer en cualquier salón de clases. Se requiere un láser, una lente, una pantalla y listo ya se puede ver la transmisión entre una clase de difracción y la otra.

Ya puede ser parte de tu arsenal de demostraciones de física.

enseñar optica fisica es necesaria, pues cada vez contamos con más tecnologia basada en la propagacion de la luz. Entender estos fenómenos permitira el desarrollo de nuevos instruementos, negocios, y ciencia, claro.

Más detalles en arxiv.org/abs/0803.0120: Simple method of demonstrating transition between Fresnel and Fraunhofer diffraction

Números invisibles en la pantalla de cristal líquido (experimento casero)

Los de cristales líquidos (CL) son muy utilizados en las pantallas de las calculadoras, teléfonos celulares y otros aparatos electrónicos. Sin embargo, los CL no emiten luz por sí mismos, en realidad la luz proviene de una fuente trasera de la pantalla o trabajan reflejando la luz ambiente, que pasa a través de un polarizador insertado en la pantalla, que por lo general se encuentra en la capa más externa de la pantalla.

En este corto video, se muestra un simple experimento que sucede cuando se retira el polarizador de la pantalla.

¿Qué es lo que vemos?

Al principio, no podemos ver números en la pantalla de CL pues nuestros ojos son poco sensibles a la luz polarizada. En contraste, cuando colocamos el polarizador sobre la pantalla, ¡ahora sí!, podemos ver que en la pantalla está escrito el número cero. De hecho, el polarizador bloquea la luz que proviene de los elementos que forman el número, mientras que deja parar el resto de la luz que proviene del resto de la pantalla. Un experimento más, cuando rotamos el polarizador aprox. 90 grados, la luz originalmente bloqueada por los elementos que formaban el cero, ahora dejan pasar la luz; el resto de la pantalla esta oscuro. Finalmente, si rotamos el polarizador 45 grados, no podemos distinguir el numero formado, pues falta contraste en la luz polarizada.

Por lo general, en los monitores, los cristales líquidos son moléculas alargadas, por lo que pueden funcionar como antenas para polarizar linealmente la luz que incide en ellos. Una pequeña corriente eléctrica permite a estas moléculas alinearse como un conjunto, con lo cual se controla el paso de la luz y se forma el dígito. Es la implementación de otro polarizador lineal el que nos permite visualizar esta alineación molecular y el dígito.

Aplicaciones artísticas

Personalmente, he utilizado los polarizadores (sin desmontar) de los monitores y un filtro polarizador frente de mi cámara para tomar bellas fotografías de materiales plásticos transparentes. Pero estos plásticos tienen la cualidad de ser birrifringentes por lo cual aparecen colores y formas muy bellas que se relacionan a la tensión del plástico, a su grosor y al color de la pantalla.

Finalmente, el video fue realizado por el usuario swansontea quien cuenta con un maravilloso blog científico escrito en ingles.

Les dejo con una pregunta abierta, pues desconozco la respuesta: ¿Por qué nuestros ojos son insensibles a luz polarizada?

Trabajo 5: Ley de Malus y otras técnicas de polarización

Autor: Vicente Torres Z.

Ya pueden consultar su manual para el trabajo de polarización y Malus 

Las activiades incluyen:
1) Verificaremos la ley de Malus con una fuente laser y una lampara de luz blanca
2) Emplear tres polarizadores lineales y obtenre un simil de la ley de Malus
3) Observar la anisotropia y birrefringencia en un cuarzo
4)  Observar el efecto fotoelastico

 Ahora les dejo unos videos que les pueden ser utiles para su trabajo en el laboratorio.

Recuerden que el laboratorio lo hacemos TODOS, si tienen dudas PREGUNTEN, si tienen inquietudes COMENTEN. No se queden callados.

Enlaces relacionados

Fotoacústica polarizada para detectar orientación en moléculas de azobenceno de una película delgada



Fotografía científica: Vasos de cerveza de plástico.


La pregunta de los lunes: polarizador lineal y campos electromagnéticos

Gráficas de reflectancias de Fresnel y su contraste

La linea negra es el contraste entre señales polarizadas. La linea azul
es la R_perpendicular, y la linea roja R_paralela.

Las ecuaciones de Fresnel son fáciles de graficar y presentar en un reporte. Este es un ejemplo en un formato compacto para las ecuaciones de Fresnel para la intensidad de reflexión:




Para hacer las ecuaciones use Latex, en el sitio codecogs. El cual recomiendo mucho.

Este es el código Matlab de estas ecuaciones para hacer las gráficas de este post

%%%%%%%%%%%%%%%%
clc; clear; close all % limpiando memoria y pantallas

n_inc = 1.0; % índice de refracción incidente
n_trans = 1.5; % índice de refracción transmitido

theta_inc = 0:0.001:90; % ángulo en radianes

rad_inc = theta_inc*pi/180; %conversion a radianes
rad_trans = asin((n_inc/n_trans)*sin(rad_inc)); % el ángulo de transmisión

% Reflexion con polarización perpendicular
R_s = ((sin(rad_trans - rad_inc) )./( sin(rad_trans + rad_inc))).^2;

% Reflexion con polarización paralela
R_p = ((tan(rad_trans - rad_inc) )./(tan(rad_trans + rad_inc))).^2;

[valor_R_p, indice_R_p] = min(R_p);

% Contraste entre R_s y  R_p
Con = (R_s-R_p)./(R_s+R_p);
[valor_Con, indice_Con] = max(Con);

% Graficando
hold on
plot(theta_inc, Con, 'k', 'LineWidth', 6);
plot(theta_inc, R_s, 'b', 'LineWidth', 4);
plot(theta_inc, R_p, 'r', 'LineWidth', 2);
plot(theta_inc(indice_R_p).*Con./Con, theta_inc , '--k', 'LineWidth', 1);
%plot(theta_inc(indice_Con).*Con./Con, theta_inc , '--y', 'LineWidth', 2);
axis([0 90.2 0 1.02])
legend1 = legend('Contraste', 'R_s',  'R_p');
set(legend1,'Location','NorthWest');

hold off
% fin de la rutina

Trabajo 3: Análisis experimental de las ecuaciones de Fresnel

Créditos de la imagen: Scietech

Ya puedes consultar tu documento de actividades sobre Ecuaciones de Fresnel. Recuerda leerlo antes de comenzar el laboratorio.

Además, vamos a obtener el indice de refracción de un sólido por método de Brewster:




Más aún, mediremos para comprobar este índice de refracción obteniendo las intensidades de los haces polarizados reflejados con polarizacion paralela P y perpendicular S, incidiendo en la muestra a un ángulo de 45 grados. Sea



el índice de refracción es:



Esto de acuerdo don el articulo: "A simple method for the measurement of the refractive index of a transparent solid", de T E Jenkins, I L Morris, y S R Goodes. Physics Education 27 (1), art. no. 009, pp. 27-31 (1992).

¿Por qué se ve roja la luna en un eclipse lunar?

¿Cuál es la causa de que la luna se vea roja en un eclipse lunar? Nos ha preguntado amigos en la calle.

Eclipse con luna roja, vía space.com

Primero. Un eclipse lunar sucede cuando se alinea la Luna, la Tierra, y el Sol. La Tierra en medio de los otros dos astros. La luz solar es obstaculizada por la Tierra, de modo que la tierra arroja una sombra por donde atraviesa la luna.

Segundo. La Tierra cuenta con una atmósfera, la cual está compuesta de gases y polvo; estas partículas suspendidas son de suficiente tamaño para esparcir la luz solar. De modo que la atmósfera funciona como un filtro que deja pasar la luz roja y las longitudes de onda hacia al azul son dispersadas en todas direcciones.

El efecto de esparcimiento lo observamos en cada rojo atardecer, la luz del Sol nos llega directamente y es esparcida  por la atmósfera, por ello el astro rey se ve rojizo. De modo similar podemos explicar que el cielo es azul porque la luz es esparcida en todas direcciones, especialmente la azulada.

La contaminación y el polvo arrojado por volcanes pueden hacer más rojizo los atardeceres y los eclipses de Luna. Pues al haber más partículas suspendidas el efecto de dispersión es mayor.

Actividad sugerida.

Puedes comprobar por ti mismo el efecto de dispersión. Consigue un vaso de vidrio transparente y llénalo con agua (unos 350 mililitros). Luego, añádale unas 20 a 40 gotas de leche (1-2 mililitros) y revuelve bien la mezcla. En un cuarto oscuro, mediante una linterna, pídele a un amigo que ilumine al vaso desde arriba. Si observas al vaso de lado, podrán notar que la luz tiene un color azul cielo muy pálido. En cambio, si observas al vaso por debajo percibirán que la luz proveniente de la linterna tiene un color naranja-rojizo. En este experimento las partículas de leche (moléculas de grasas y proteínas) tienen el mismo efecto sobre la luz blanca de la linterna que el que tienen las diferentes moléculas del aire sobre la luz blanca del Sol. Finalmente, si iluminas al vaso por uno de los costados verás luz con un tono rojizo, pero no tan rojizo como en el caso anterior, ya que en este caso la luz atraviesa menos “leche en agua” y por lo tanto no alcanza a esparcir mucho azul. Un experimento en la Tierra para explicar lo que vez en el cielo.

Finalmente un video (en ingles) sobre eclipses y lunas rojas



¡Felices experimentos!

Links relacionados:
1) Pasados y futuros eclipses lunares (sitio de la NASA)
2) Flash: eclipse lunar3) Video: Eclipse lunar del 2008

Créditos:

1) Experimento e imagen del libro: Experimentos simples para comprender una Tierra complicada, un buen libro de experimentos para niños.

Videos: Fiesta de patrones de difracción

A pesar de lo que pensaban muchos seguidores de Newton, la luz es una onda y la difracción es la prueba máxima para demostrar tal increíble idea.

La difracción es el fenómeno que presenta cualquier onda (longitudinal o trasversal), donde la perturbación envuelve y da la vuelta a los objetos de tamaño similar a su longitud de onda, Es decir, en ocasiones la luz deja de viajar en línea recta.

Este es un video que muestra muy llamativos patrones de difracción. Emplean una lámpara de luz común y corriente, y los patrones se pueden hacer en un acetato y una buena impresora.

Este es un video que muestra la difracción en un tanque de agua, pues la olitas en el agua, son ondas.

Considerar la difracción es importante pues puede limitar la resolución en una fotografía, la trasmisión de una señal electromagnética, entre otra aplicaciones.

Enlaces de interés

¿Puedo leer un periódico con un satélite espía, o con el satélite Hubble?


¿Los antiguos griegos conocían la difracción de las ondas?

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.

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?