Trabajo 3: prueba de la navaja de Foucault

Ya pueden consultar el archivo del trabajo de lab. núm 3. Recuerden, deben leer el documento para hacer ejecutar en el laboratorio rápida y correctamente; tomen esto en cuenta pues hay evaluación en cada sesión de laboratorio.

En esta ocasión pondremos en marcha la técnica Schlieren, muy utilizada para quienes estudian fluidos: ondas de choque, emisiones, gradientes de temperatura, etc.

Adicionalmente, también pueden consultar la rubrica de nuestro curso.

Enlaces relacionados.

1) Fotografía Schlieren y lo que ocultan los fluidos.

2) Videos de técnica Schlieren: ondas de choque al descubierto

3) Técnica Schlieren: Fluidos revelados

Créditos:

Imagen de la copa: Andrew Davidhazy

Trabajo 2: lentes delgadas, la base de la instrumentación óptica

Ya pueden consultar el documento de la práctica de lentes delgadas. Las lentes delgadas son una aproximación para estudiar varios sistemas ópticos que tienen múltiples aplicaciones en nuestra vida cotidiana: lentes oftalmológicas, microscopios, telescópicos, entre otros. Las lentes que estudiaremos se basan en la óptica paraxial, es decir, son  los ángulos de incidencia son pequeños al eje óptico de una lente; en consecuencia pueden aparecer aberraciones ópticas en las imágenes resultantes.  

Les recomiendo la siguiente presentación, les puede ser útil en el reporte de laboratorio:

Aberraciones Opticas

Consulten la agenda/calendario para tener a tiempo la entrega de reportes

Finalmente, si tienen un comentario que complemente o mejore este material, envíenlo para que lo tome en cuenta en su evaluación.

Créditos imagen: David Parker/Science Photo Library

Enlaces relacionados:
Videos: Cómo se hacen las lentes de contacto y las lentes de las gafas

¿Por qué no todas las lentes son curvas?



¿Qué tan pequeño debe ser el ángulo x para que sen x = x?

El error de Manet en el cuadro “Un bar de las Folies Bergère”

Este es el famoso y valioso cuadro “Un bar de las Folies Bergère” de Eduard Manet, 1881. ¿Puedes identificar el error?, nuestra respuesta, más abajo en este post.

Encontré esta buena reseña de la obra:

“Para su último gran trabajo, el artista, ya seriamente enfermo, escogió un tema que era "poético y maravilloso": el reflejo de un bar en el palacio de diversiones más famoso de Europa. Éste, con sus brillantes luces y bellas mujeres, era el templo de la "joie de vivre" parisina y el lugar predilecto del dandy Manet; el cual, dos años antes de morir, completó el cuadro (96 x 130 cm) que ahora se halla en el Courtauld Institute, en Londres.”

El error de Manet es…

Las leyes de reflexión de la óptica geométrica. El cuadro nos quiere dar el efecto/sensasión de que estamos de frente de la muchacha de la barra. Detrás de ella, el espejo nos muestra su espalda, pero de ver la espalda de la muchacha, no podríamos ver al caballero de sombrero de copa, ¡a quien personificamos!, En el juego de Manet, somos el hombre de bigote (extremo izquierdo del cuadro), pero esta vista es imposible, pues la espalda de la joven, y verla a la vez, con el ángulo que pretente Manet es físicamente imposible.

Muchos artistas cometían estos errores, tal vez por burros en física, pero también cabe la posibilidad de que buscará dar un elemento que la naciente fotografía carecía en esa época, mostrar percepciones extra-sensoriales; donde el movimiento subrealista fue el que mejor represento esa idea.

¿Pero tú qué opinas? Intenta en un espejo normal y corriente recrear esta imagen.

¿a que ángulo debe estar el espejo para que puedas ver tu imagen ?

Enlaces relacionados:

¿Arte matemático con cinta adhesiva?

3 famosos artistas pop que estudiaron matemáticas o física

Concierto de flauta con un tubo en llamas.

Imágenes: Cara feliz proyectada en un cilindro y pornografía oriental oculta

La asociación americana de profesores de física de E.U (AAPT) todos los años convoca a un concurso de fotografía científica sobre física. La calidad de las imágenes es muy alta, en esta ocasión escogí una fotografía relacionada con la óptica: esta cara feliz de Natalie C. Hummel, que ganó el tercer lugar de fotografías preparadas del 2010.

La técnica que empleo Natalie es un anamorfismo, que es una deformación reversible producida por efecto óptico, usualmente de perspectiva privilegiada. Podemos encontrar ejemplos hermosos en el trabajo callejero de Kurt Wenner y Julian Beever. En los partidos de futbol he visto publicidad en 3D, que  son dibujos proyectados para dar la sensación de profundidad  en la perspectiva de la cámara. Más aún, yo llegue a ver algunas piezas orientales de pornografía en papel, totalmente inocuas y morales, pero al colocar un cilindro cómo lo hizo Natalie se mostraba una picosona imagen (la cual se las debo).

En próximas entregas hablaremos como estos anamorfismos pueden ser útiles para encontrar defectos en la superficie de los ojos.

¡Felices experimentos!

Enlaces de interés:

Instructalbes tiene un tutorial para hacer algunos ejemplos de estas imágenes (ingles)

retratos invisibles y otros objetos (ingles)

Video: Lente de fresnel contra los objetos cotidianos

"¿Para que puede servir una lente de Fresnel? !Para quemar, grabar, derretir cosas¡" Mira este video, mira cómo estas lentes delgadas y largas de plástico pueden concentrar más de 1000 W de energía solar en menos de medio centímetro de diámetro. Toda esta energía se concentra para hacer una demostración simple de cómo quemar cosas comunes. Pero, cuidado, no lo intentes en casa, sin la protección adecuada para tus ojos y la supervisión de una adulto, si un adulto, alguien sensato y maduro (con ello se descarto a mas de la mitad de tus amigotes).

¿Qué es una lente de Fresnel?

Es un instrumento óptico, basado en una lente plano convexa, donde a la lente original se la ha aproximado con rectangulos, y se han retirado de esta nueva lente. lo que obtenemos es un conjunto de prismas que funcionan en conjunto para desviar la luz y formar imágenes (el foco de la lenta es la imagen de una fuente muy, muy alejada). Las lentes de Fresnel son más ligeras que sus equivalentes plano-convexas. La calidad de las imágenes que forman es mala, debido a la alta dispersión de los prismas, pero se pueden utilizar en áreas donde la obtención imagen sea menos Por ejemplo, las lentes de Fesnel son muy utilizadas en los retroproyectores y en supermercados para la iluminación, y claro, para hacer cocinas solares.

ejemplo de la magnificación de en una lente
de Fresnel, gracias Diana.

Recuerdo una bella película: Brasil, donde se mostraba un mundo absurdo, diferente y tecno-raro al nuestro. En la película Brasil, la gente tiene pequeños televisores, para poder verlos necesitaban estas raras lentes delgadisimas.

Las lentes de Fresnel son poco convencionales, todavia. Pueden ser una alternativa para hacer muchos experimentos y aplicaciones tecnologicas y de arte.

¿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?

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.

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.

Cómo se aluminza un espejo de telescopio.

Un espejo es una superficie altamente pulida, como es el caso de los espejos cóncavos de los telescopios. El presente video muestra cómo se coloca una capa delgada de aluminio en el telescopio del observatorio de monte Palomar, este proceso permite tener una superficie altamente pulida y que excelente para realizar enfocar la luz de las estrella en pequeños detectores lumínicos.

El video de unos minutos muestra rápidamente cómo en varios días el proceso: el montar el espejo, cómo se limpia cuidadosamente, se sella el espejo en una cámara de vació y se aplica la película de aluminio. Este tipo de mantenimiento para telescopios se realiza también en México, en particular en el observatorio de San Pedro Mártir.

Video del puerco fantasma, la ciencia explica

Este puerco lo percibimos como un objeto solidó. Sin embargo, al intentar tomarlo, nos llenamos de sorpresa porque lo atravesamos con nuestros dedos. El juguete no es una evocación a los espíritus, pero es simplemente una imagen tridimensional de un verdadero puerco de juguete.

Expliación del efecto

Por medio de dos espejos cóncavos se hace una cámara de espejos. En la parte inferior de la cámara se coloca el puerco de juguete. La luz que entra por el agujero superior de la cámara permite iluminar a la miniatura y esta luz es reflejada por los espejos hasta que sale por el mismo agujero. Nuestros ojos perciben esta luz y crean la imagen encima del agujero. Por tanto, si no llega luz a nuestros ojos no podemos percibir el objeto, por ello para apreciar el truco nos debemos colocar de modo que podamos observar el agüero.

Este sencillo truco, es un ejemplo de las muchas ilusiones que se pueden hacer mediante espejos bien colocados. Juguetes como este se pueden conseguir en muchos sitios. Por ejemplo en México se puede comprar en la tienda de museo de ciencias Universum.