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POLARIZACIÓN DE LA LUZ DEL ARCO IRIS

Applet Fu-Kwun Hwang

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1. Si no has realizado actividades con el applet en la página inicial vuelve allí y haz las que te propongo para aprender el manejo del applet.

Conceptos de polarización.

Un átomo emite una radiación con el campo "E" vibrando en un plano (el campo "B" vibra perpendicular a él). En las imagenes de aquí abajo los ves desde distintas perspectivas.

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Si pudieras ver una sóla radiación de frente, verías algo semejante a esta imagen:

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Un gran número de átomos emitiendo al mismo tiempo, producen una radiación que contiene campos "E" vibrando en casi todos los planos posibles (en las próximas representaciones no dibujaremos el campo "B").

Las infinitas ondas "E" vibrando en todos los planos posibles se pueden reducir a dos ondas. Estas dos ondas son las resultantes de todas las proyecciones sobre los ejes x, y. Matemáticamente podemos suponer que la luz NO polarizada está formada por dos campos "E" vibrando en dos planos perpendiculares entre sí.

sin polarizar

En el diagrma anterior ves: a) el campo electrico vibrando en infinitos planos, b) la equivalencia de todos ellos al dejarlos reducidos a dos "E" perpendiculares, y c) la misma representación que en (b), pero con distinta perpectiva: un campo vibrando perpendicular al plano de la pantalla.

En el caso de luz no polarizada, el 50 % del campo eléctrico oscila arriba y abajo en el plano de la pantalla, y el otro 50 % lo hace perpendicularmente a ella.

Cuando eliminamos una componente y la radiación queda formada por sólo un campo "E", la luz está totalmente polarizada. Por supuesto que siempre existirá el campo "B" vibrando perpendicular al "E".

Cuando la luz se refleja en cualquier superficie, la onda que vibra en un plano perpendicular a dicha superficie penetra y se absorbe en mayor proporción que la que oscila en un plano paralelo a la superficie. Debido a esto, el resultado de la reflexión / refracción es la polarización de la luz. Observa en el applet los porcentajes que se transmiten de las ondas de cada tipo.

polarización

2.-Trabaja con el applet que tienes a continuación y comprueba que la luz de los colores del arco iris que llegan a tí está formada por luz polarizada.

Recuerda que: los porcentajes (50%| y 50%+) significan que la luz incidente no está polarizada y tiene componentes vibrando en todos los planos posibles. Suponemos que lo que vibra es el campo eléctrico "E" -perpendicular al campo magnético "B"-.

Puedes pulsar dentro del bloque de colores -parte superior izquierda del applet - para cambiar el color del rayo incidente sobre la gota.

Parte del rayo incidente es reflejado hacia fuera de la gota, saliendo hacia la atmósfera (indicado con el número1).

La intensidad de cada componente (el que vibra en el plano de la pantalla y el que lo hace perpendicular a ella) se muestra en gris (números grises) sobre la trayectoria del rayo.

Comprueba que en cada reflexión / refracción se produce una polarización de la radiación.

Usa la luz roja y mueve el rayo incidente hasta ver que toda la luz que se refleja en el rayo 1 está totalmnete polarizada ( 0% vibra paralela a la pantalla y casi el 4% perpendicular). Compueba que para ese mismo ángulo el rayo 3 está también totalmente polarizado.

Los rayos en la zona marcada como rayos (3) son los que forman el arco iris (lo que ve el ojo al mirar el arco iris).

Al pulsar sobre un el cuadro de color (parte superior izquierda), se ve la representación de la energía saliente en función del ángulo. Mira para qué ángulos los rayos 3 y 4 transportan más energía. Observando la curva amarilla y la roja (azul o verde) puedes ver a que ángulo corresponde el máximo de energía transmitida por cada componente de luz polarizada.

nombre dirección del campo eléctrico "E" color de la curva de la energía transmitida
onda-s vibrando perpendicularmente a la pantalla ( + ) curva del mismo color que el rayo de la luz incidente
onda-p vibrando de arriba a bajo en el plano de la pantalla ( | ) curva amarilla

Observa que cuando el rayo 3 rojo transmite el máximo de energía (ángulo de 42º) se produce también un máximo de polarización: la curva amarilla dentro de la roja pasa en ese punto por un valor cero. ¿Se da un máximo de polarización para el máximo (40º) de la luz azul?.

El arco iris está formado por luz fuertemente polarizada.

La polarización total se da en los ángulos en que la curva amarilla es cero.

¿Cuál es el ángulo en el que rayo 3 rojo transmite el máximo de energia vibrando en el plano de la pantalla -observa la curva amarilla-? ¿Será de 34º? Para ese ángulo ¿el rayo 4 transmite energía practicamente cero?

¿Para qué ángulo el rayo 4 rojo transmite el máximo de energia polarizada? ¿Para que ángulo transmite la menor cantidad de energía polarizada (máximo de la curva amarilla)?

Los pescadores de río sólo desean recibir la luz reflejada en el fondo del río. Por eso usan unas gafas que filtran la luz que se refleja en la superficie del agua del río que les traen imágenes de los árboles de la orilla.

¿Qué sucederá si miras un arco iris a través de las gafas que usan los pescadores de río? ¿Que sucede si cerrando un ojo miras con el otro por un cristal de esas gafas y lo vas girando delante del ojo mientras miras el arco iris?