Ilusión óptica: la importancia de las fronteras

Dinos, es fake este video, vamos experimenta

Cómo hacer cambios de índice de refracción continúo en una pecera

Este es un hermoso experimento de óptica geométrica

Consíguete una pecera pequeña, vierte unas cucharadas de azúcar, deja reposar unas 24 horas, y con un apuntador láser busca esas regiones.

Esas zonas donde cambia poco a poco el índice de refracción en la pecera y observaras que la luz es guiada dentro del agua, creando una hermosa curva de luz, un arco luminoso cóncavo o convexo dependiendo del gradiente del índice.

Por secciones, este efecto es todavía descrito por la ley de Snell, o como dicen los belicosos francés ley de Descartes. Es una forma interesante de introducir el tema de óptica, más aun de fibras ópticas, y mucho mejor aun, es una demostración clara de un dispositivo de alta tecnología: las lentes de gradiente de índice de refracción (GRIN por sus siglas en ingles). Las lentes GRIN son planas, porque los cambios del índice de refracción, como en esta pecera, curvan la luz. De modo que podemos tener lentes positivas (convergentes) o negativas (divergentes) en una ventana.

Para ilustrar estas ideas, te presento dos videos singulares, seguro los entenderás, porque la física es universal y trasciende otros idiomas.




Finalmente, te recuerdo que el índice de refracción es uno de los parámetros más importantes para la caracterización de un material, especialmente para aplicaciones relacionadas con la fotónica o la optoelectrónica.

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¿Por qué no todas las lentes son curvas?

Materiales con índice de refracción negativo.

¿Por qué las laminillas tienen un índice de refracción pequeño?

Video: Juego Tetris de micro-esferas manipuladas con rayo láser

Es posible que la luz pueda mover objetos, como lo muestra este experimento de pinzas ópticas.  El rayo láser presenta un gradiente de energía, aunado a la diferencia de índice de refracción es posible que el haz de luz atraiga o repele materiales dieléctricos pequeños.



En el video se muestra la manipulación creativa de microesferas de vidrio, como lo comentamos en la entrada anterior Video: micro Tetris de pinzas ópticas

Con todo, aunque se expanda el rayo láser es poco, muy poco, factible que pueda mover objetos grandes (del orden de centímetros). Otro problema de esta aplicación óptica es que una mayor potencia del láser puede quemar a las muestras. Son los puntos que se estudian para mejorar más a la técnica.


Pregunta para pensar
Pensando en la relación energía y frecuencia de la luz, ¿Un láser ultravioleta podría atraer mejor los objetos que uno infrarrojo?

Ley de Malus óptica y la fotoacústica.

Publicamos un artículo en Optics Express, puedes leerlo gratis, y te presentamos el resumen del artículo, con tono de divulgación general para que todos lo disfruten.

Primero la ley de Malus es una descripción de la intensidad de la luz polarizada linealmente cuando pasa a través de otro polarizador lineal (llamado analizador). Es una ley bien conocida y tiene aplicaciones para diseñar pantallas planas de cristal líquido, también en cine tridimensional.

La ley de Malus para materiales absorbentes se puede escribir como:donde


Aquí, I_A es la intensidad a la salida del polarizador analizador, I_M es la intensidad máxima que puede salir, I_m es la intensidad mínima registrada, el ángulo theta es el ángulo de incidencia. P también es llamado el contraste.

Ahora, bien, muchos materiales presentan estructura diferente cuando los ves en una dirección u otra. Por ejemplo, los resortes que forman una cama, de canto se ve diferente la distribución de los resortes, que cuando vez a los resortes desde arriba. En estos casos se puede emplear la transmisión de la luz para encontrar la estructura de los materiales. Sin embargo, muchos materiales no son transparentes (e.g. polímeros densos).

Una alternativa barata para encontrar las direcciones y simetrías de muchos materiales opacos es la fotoacústica, en particular la fotoacústica de láser pulsado. Esta técnica consiste en usar pulsos láser en una muestra absorbente, la luz calentará momentáneamente a las moléculas, ellas vibraran y causará una onda mecánica (sonido), la perturbación se puede detectar con un micrófono y después se puede analizar en una computadora.

Para demostrarlo empleamos un polarizador lineal convencional, el cual es ligeramente absorbente de la luz. Repetimos el experimento óptico de la ley de Malus (como experimento de control) y a la vez detectamos la señal fotoacústica. Encontramos una excelente correlación entre las dos señales, son complementarias y simétricas.

Esta experiencia puede servir para estudiar estructuras opacas o translucidas en otros materiales. Pero también, es una plataforma para estudiar la relación de los fotones y sus homólogos en las ondas mecánicas.


Referencia:

Torres-Zúñiga, V., Castañeda-Guzmán, R., Pérez-Ruiz, S., Morales-Saavedra, O., & Zepahua-Camacho, M. (2008). Optical absorption photoacoustic measurements for determination of molecular symmetries in a dichroic organic-film Optics Express, 16 (25) DOI: 10.1364/OE.16.020724

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.