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5.5 Polarización. En el tema sobre Introducción
a la óptica se describió la naturaleza de la luz, en donde se describe que
la luz puede ser reconocida mediante la radiación de ondas electromagnéticas.
La siguiente figura ilustra la composición de dos ondas, el campo eléctrico
(E) vibra en un plano formando la onda eléctrica, en otro plano perpendicular
al campo eléctrico vibra una onda magnética formando el campo magnético (B) y
dando lugar a la composición de una onda electromagnética. Si bien, la onda
electromagnética puede ser entendida mediante esta composición, en general la
luz esta formada por una gran cantidad de ondas electromagnéticas que
muestran diferencias en fase, amplitud y longitud de onda, estas emisiones de
radiación electromagnéticas son emitidas por las moléculas de la fuente
luminosa, por consecuencia la luz se forma a través de una compleja
superposición de múltiples ondas emitidas prácticamente en todas las
direcciones de acuerdo a la vibración atómica de las fuentes luminosas.
Fig.1 Representación de una onda electromagnética [1]. Debido al campo
eléctrico que compone la onda electromagnética, una de las propiedades que
presenta la luz es que esta puede ser polarizada. Polarizar. Definición [2]. Se refiere a la
acción de restringir en una dirección las vibraciones de una onda
transversal, como la luz u otras radiaciones electromagnéticas. La siguiente figura
trata de representar un haz de luz natural visto en su dirección de
propagación, es decir un haz de luz proveniente de una fuente luminosa sin
polarizar. Cada onda electromagnética que conforma el haz de luz tiene una
composición diferente (a) de forma que la superposición de las ondas da lugar
al haz de luz, en la representación del inciso (b) se representa un haz de
luz polarizada linealmente con el vector de un campo eléctrico, en este caso
en la dirección vertical.
Fig.2 Representación de un haz de luz, a) Luz sin polarizar, b) Luz
Polarizada linealmente. Una forma muy
extendida para polarizar la luz consiste en un par de lentes de polarización,
el primer lente que recibe el haz de luz se le denomina polarizador y al
segundo lente analizador. La luz que atraviesa el primer lente se polariza,
en este caso como muestra la siguiente figura, en dirección vertical, donde
el vector de campo eléctrico transmitido es E0. La luz que
atraviesa el segundo lente se orienta un ángulo θ con respecto al eje del polarizador, de
forma que la componente E0 perpendicular al eje del analizador se
absorbe por completo y la componente E0 paralela al eje del
analizador es E0 cos θ. Nótese que al atravesar la luz cualquiera de los lentes polarizados
se pierde toda información sobre el haz de luz en su plano de polarización,
mostrando únicamente la dirección del polarizador más reciente.
Fig.3 Polarización de un haz de luz mediante lentes polarizados [3]. Reconociendo que la
intensidad transmitida varía a razón del cuadrado de la amplitud transmitida,
la intensidad de la luz polarizada esta dada por la expresión:
Siendo I0
la intensidad de la onda polarizada incidente en el analizador, de acuerdo a
la Ley de Malus [4]. Polarización por reflexión. La polarización por
reflexión se presenta como un fenómeno natural, al menos polarizando la luz
parcialmente cuando la luz se refleja en diversos materiales como el agua,
aceite, cristales e incluso la nieve. Los lentes polarizados diseñados para
proteger el ojo humano de los rayos solares son fabricados con base en un
material polarizante el cual reduce el resplandor de la luz reflejada, los
ejes de transmisión de los lentes comúnmente se orientan verticalmente hasta
absorber la componente horizontal de la luz reflejada.
Fig.4 Representación de haz de luz polarizado por reflexión. Cuando un ángulo
particular de incidencia, coincide con el ángulo de polarización (θp),
de acuerdo a la Ley de Brewster [5], el índice de refracción del medio 2,
considerando n1=1 se determina por la expresión:
Herramienta didáctica. Filtro polarizador. Se recomienda al
estudiante valorar el efecto visual que presenta el filtro polarizador
virtual que se indica en la referencia [6].
Fig. 5 Filtro polarizado que muestra carátula de reloj digital [6]. https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?s=opt_polarizacefiltr&l=es
Referencias. [1] GIFIMAGES, Ondas electromagnéticas, gif-12,
sitio en internet: https://gifimage.net/ondas-electromagneticas-gif-12/
[2]
RAE-ASALE, Diccionario de la lengua española, Definición, Polarizar, Sitio en
internet: https://dle.rae.es/polarizar?msclkid=5438ecf4c09311ecbc2c0361b2e83f6a
, consulta: 18/04/2022. [3]
TilanoTV, Varias cosas que deberías saber sobre
la polarización en las ópticas (II), 03/04/2014, sitio en internet: https://tilanotv.es/varias-cosas-que-deberias-saber-sobre-la-polarizacion-en-las-opticas-ii/
, consulta: 20/04/2022.
[4] Labster – Theory, Ley de
Malus, 16/09/2021, Sitio en internet: https://theory.labster.com/malus-law-es/
, consulta: 20/04/2022.
[5] Leyes del universo, sitio
en internet: https://leyesdeluniverso.es/ley-de-brewster/
, consulta: 21/04/2022.
[6]
vascak.cz. Filtro polarizador, sitio en internet: RAE-ASALE, Diccionario de
la lengua española, Definición, Polarizar, Sitio en internet: https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?s=opt_polarizacefiltr&l=es
, consulta: 18/04/2022. |
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