DEMOSTRACIÓN EXPERIMENTAL DE FENÓMENOS DE POLARIZACIÓN EN LENTES DE LABORATORIO

En los cursos de física, está previsto un tema de óptica física relacionado con el fenómeno de polarización de la luz. En esta oportunidad propongo un diseño experimental sencillo para entender el fenómeno de la polarización por absorción y por reflexión en lentes que se utilizan en el laboratorio de física.

El objetivo de estos experimentos es estudiar las propiedades y características básicas de la luz polarizada y a partir de estas observaciones conectar los fenómenos ópticos con los electromagnéticos. De este modo se espera dar soporte experimental acerca de la naturaleza electromagnética de la luz. Es por esto, que se introduce dispositivos que permiten medir la intensidad de luz como lo es la calculadora Casio 300, conectando a su respectivos dispositivos tales como el sensor óptico y la interface.
Pueden revisar y conectarse a los post que anteceden el uso de estos equipos
ACELERACIÓN DE CUERPOS RODANTES SOBRE UN PLANO INCLINADO
COEFICIENTE DE FRICCIÓN EN UN SISTEMA DINÁMICO
Dilatación Térmica lineal
CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA, USANDO LA CALCULADORA CLASSPAD 300 COMO OSCILOSCOPIO

INTRODUCCIÓN

La experimentación es una estrategia que ayuda enormemente a los estudiantes y profesores, tales como el estudio del tema de óptica especialmente en el fenómeno de la polarización de la luz. En los estudios geológicos de las rocas, el tema de la polarización es importante para completar el estudio de las propiedades físicas de los minerales.

Polarización por Absorción

La luz se considera como una radiación electromagnética que tiene propiedades de ondas transversales. Cuando la luz atraviesa un polarizador solo permite el paso de la vibración de la luz pasa una dirección, lo que significa que la luz, sale del otro lado vibrando en una sola dirección. Esto se conoce como polarización de la luz, y el fenómeno se ilustra en la figura 1. En esta figura, se observa como el polarizador cancela todas las componentes de la onda transversal, dejando solo la componente vertical, si el ángulo es cero grados. Ahora se aprecia además un polarizador que tiene la función de “analizador” y es el que corta la onda que sale del primer polarizador, girando el ángulo hacia cualquier dirección.

Figura 1. Fenómeno de polarización por absorción. Imagen: Propiedad de @germanmontero

Como la intensidad de la luz es proporcional al modulo de la amplitud del campo eléctrico, la intensidad de la luz viene expresada por:

A´=Acos^2𝜃

Esta expresión representa el cambio en la amplitud de la luz que atraviesa en el segundo polarizador. De aquí la cantidad de luz cambia en proporción con el cuadrado de la amplitud y cuando la luz atraviesa el segundo polarizador, la luz original se convierte en oscura, al girar el polarizador. Este fenómeno se conoce como polarización por absorción, y cuando el polarizador y el analizador están cruzados se conocen como la ley de Malus.
donde A=Amplitud de la luz que pasa por el polarizador 1,
A´= Amplitud de la luz que pasa por el polarizador 2
𝜃= ángulo de polarización de los dos polarizadores

Polarización por Reflexión

Por otro lado, la luz puede ser polarizada, cuando es reflejada o refractada por la frontera de una superficie material, tal como un lente plano convexo. Este fenómeno ocurre cuando existe un ángulo crítico llamado “Angulo de Brewster”, y es la proyección ortogonal de la luz es reflejada y refractada. Entonces en esa condición la luz reflejada es polarizada.
La figura 2 se muestra la luz incidente con el ángulo de polarización 𝜃p para el cual la luz reflejada está completamente polarizada. Este fenómeno ocurre cuando la componente vertical del campo eléctrico (flechas), se anula al tocar la frontera del material transparente, dejando así la componente perpendicular en el rayo reflejado (puntos). De igual se puede relacionar el ángulo de polarización con el índice de refracción del material, es por ello que se aplica la ley de Snell;

n1sen𝜃p = n2sen𝜃2
donde 𝜃2 es el ángulo de refracción. En la figura se observa que la suma del ángulo de reflexión y el ángulo de refracción es 90 grados: