Reflexes polaritzats

ullerespolaritzants

Anunci d’ulleres de sol amb vidres polaritzants

Les ulleres de sol de qualitat (no les barates que podem trobar en un basar xinés) porten els vidres polaritzants i així ho fan saber en els seu anuncis, però sabem exactament perquè són millors els vidres que polaritzen?

Doncs bàsicament perquè eliminen els reflexos de la llum en qualsevol superfície no metàl·lica: vidre, plàstic, aigua… tal com podem veure en el vídeo. En aquestes superfícies la llum que es reflexa surt polaritzada amb un efecte màxim per l’angle incident coincidint amb l’angle de Brewster.

Així doncs amb aquestes ulleres eliminarem els reflexos (polaritzats) de la llum solar a la carretera o a les parts plàstiques de l’interior del cotxe fent la conducció més descansada, també podrem observar tranquil·lament un aparador encara que estigui fortament il·luminat per la llum de dia o podrem observar una persona dins d’un cotxe talment com si no hi hagués el vidre parabrisa.

Les ulleres polaritzants també tenen altres efectes: enfosqueixen el cel si l’observem en direcció perpendicular als rajos solars (efecte utilitzat pels fotògrafs), no deixen gaudir de l’Arc de Sant Martí (llum reflectida a les gotes d’aigua i també polaritzada) i impedeixen veure, en alguns casos, les pantalles de cristall líquid dels cotxes (efecte molt negatiu que podem solucionar girant el cap 90º).

Apali, aneu a buscar un polaritzador i aneu mirant i buscant reflexos polaritzats com si busquéssiu Pokémons!

Arc de Sant Martí: ara el veig… ara no el veig

Tothom ha gaudit alguna vegada de la visió de l’Arc de Sant Martí i si som una mica “frikis” de la ciència haurem observat alguns detalls interessants:

  • Sempre l’observarem quan estem d’esquena al Sol i està plovent davant nostre, això es degut al fet que es forma per una doble refracció però sobretot per la reflexió (limit) que té lloc dins les gotes d’aigua (tal com es pot veure a la imatge).
  • A la part interior de l’arc sempre observarem el color violat i a l’exterior el vermell.
  • Quan la lluminositat és molt alta (i el fons sobre el que l’observem és bastant fosc) podem observar un doble arc sempre menys lluminós que el principal. La seqüència dels colors d’aquest segon arc és inversa a la del principal.
  • L’angle d’observació sempre és de 42º respecte la recta que uneix el Sol amb nosaltres. Per això si aconseguim observar-lo des d’una alçada considerable podem veure un Arc de Sant Martí completament circular (visió clàssica des d’un avió).lpath

Però en aquesta experiència podeu observar un fenomen que possiblement no heu descobert: la llum de l’Arc de Sant Martí és polaritzada!

Així doncs si l’observem amb unes ulleres de sol polaritzades, el podrem veure o no en funció de si posem les ulleres verticals o horitzontals, és a dir, girant el cap d’un costat a l’altre veurem com l’arc apareix i desapareix. En el vídeo s’observa clarament aquest fenomen en un Arc de Sant Martí casolà fet amb un raig d’aigua polvoritzat a la sortida d’una mànega de jardí.

Aquesta polarització es deguda a la reflexió de la llum dins les gotes d’aigua: sempre que la llum es reflecteix en qualsevol superfície no metàl·lica (vidre, plàstic, aigua…) el raig reflectit surt polaritzat i aquest efecte és màxim quan l’angle d’incidència és l’anomenat angle de Brewster (la polarització per reflexió és màxima quan la tangent de l’angle d’incidència és igual a l’índex de refracció de la substància).

Ordinador invisible

Les típiques pantalles LCD d’ordinador ens permeten visualitzar les imatges gràcies al fenomen de polarització combinat amb l’existència dels cristalls líquids. El procés és complicat i el podeu trobar explicat (de manera més o menys senzilla) a la Viquipèdia.

Bàsicament es tracta de polaritzar inicialment la llum que genera la pantalla fer-la després travessar un cristall líquid que gira el pla de polarització més o menys segons un potencial elèctric que es pot variar i finalment amb un altre polaritzador discriminar quins són els punts que s’han de veure (llum polaritzada en el mateix sentit del polaritzador) i quins punts han de quedar negres (llum polaritzada perpendicularment amb el polaritzador). L’esquema del costat pot ajudar a entendre-ho.pantalla

Si eliminem el darrer polaritzador de la pantalla aleshores tota la llum (independentment de la polarització que tingui) ens arriba als nostres ulls i per tant veurem la pantalla absolutament blanca tal com es pot veure en el vídeo. Si aleshores mirem la pantalla amb unes ulleres de sol polaritzades i girem el cap 45 graus veurem correctament les imatges a la pantalla.

Aquest darrer polaritzador (una làmina de plàstic enganxada) es pot treure amb certa facilitat però també anant amb molta cura amb un cúter i una rasqueta del tipus navalla d’afaitar.

Si girem el polaritzador 90 graus aleshores veiem la imatge en negatiu perquè invertim la llum que hauria de travessar per la que no ho hauria de fer i viceversa.

Apali, si teniu una pantalla d’ordinador per portar a la deixalleria i unes ulleres de sol ja podeu sorprendre a tothom amb aquesta experiència.

Cristall i imatge doble

birefringencia2

Els raigs surten polaritzats en dues direccions perpendiculars

L’espat d’Islàndia és un cristall que podem trobar fàcilment en una botiga o paradeta de minerals, el seu preu és molt assequible i la seva composició química és senzillament carbonat de calci.

Com tots els cristalls (que cristal·litzen en un sistema que no sigui el cúbic) presenta un fenomen espectacular: la birefringència. La birefringència o doble refracció és una propietat que consisteix en el desdoblament dels raigs de llum en dos feixos polaritzats linealment en direccions perpendiculars entre si com si el material tingués dos índexs de refracció diferents. L’espat d’Islàndia és especial perquè és el cristall que té els valors dels dos índexs de refracció més diferents entre ells. Així doncs, tal com es pot veure en el vídeo, quan mirem a través d’un cristall d’espat d’Islàndia veiem una doble imatge, dues  circumferències clarament separades entre elles.

A més, els dos raigs que travessen el cristall surten polaritzats en direccions perpendiculars i això ho podem comprovar amb làmines polaritzants (o utilitzant unes ulleres de sol polaritzants). si anem girant les ulleres observem que anem veient alternativament una circumferència o l’altra en funció de la posició de la làmina polaritzant respecte cadascun dels dos raigs que surten del cristall.

Una experiència senzilla per comprovar l’existència de dos fenòmens: la birefringència i la polarització de la llum i a un preu molt assequible (el cristall del vídeo té un cost de només 1 €!). Ja podeu anar corrents a la botiga de minerals més propera que trobeu.

Ulleres i aigua

Vidres antireflexes: quan vas a l’òptica per renovar-te les ulleres una de les opcions que t’ofereixen és la dels vidres antireflectants… com són i com funcionen?

En el vídeo podem veure que les ulleres en situació normal reflecteixen els llums de color blanc, si ens hi fixem bé hi ha dos reflexes per a cada llum perquè les lents tenen dues superfícies, la de davant i la de darrere, i cadascuna crea una imatge (virtual) dels llums.

Si hi deixem caure una pel·lícula fina d’aigua al damunt aleshores observem que el reflex adquireix un to violat (en el vídeo costa una mica de veure per l’ajustament automàtic de la lluminositat i del balanç de blancs).

A què és degut aquest fenomen? Per evitar els reflexes en un vidre o una lent es recobreix d’una fina capa  d’un material transparent però de diferent índex de refracció, el gruix d’aquesta capa ha de correspondre a una quarta part de longitud d’ona de la llum. Si és així els raigs reflectits en la primera superfície se superposen amb els reflectits en la segona i interfereixen entre ells de manera destructiva (desfasament de mitja longitud d’ona). antireflectant3Així doncs no hi ha llum reflectida gràcies a la producció d’interferències. Observeu l’esquema en el dibuix del costat: el raig es reflecteix (vermell) en la primera superfície i també en la segona (blau) i surten desfasats 180º per tant hi ha interferència destructiva; el segon raig (blau) ha recorregut exactament mitja longitud d’ona de més i això provoca el desfasament.

Una qüestió important és que la llum visible va del roig al violat (cada color té una longitud d’ona diferent: de 400 nm a 700 nm) i cal triar el gruix (únic) de la capa antireflectant. Si triem el color centrat en l’espectre visible, el verd (550 nm), aleshores no hi haurà interferència destructiva pels colors extrems, hi haurà doncs un reflex vermell-violat. Sovint es fa un tractament multicapa per evitar reflexes d’un color determinat en cada capa.

Aquest és el color que observem en el vídeo sobre els vidres de les ulleres quan sobre hi situem una capa fina d’aigua, aquest fa de capa antireflectant però no per la llum de color violada.

Si us compreu unes ulleres antireflectants observeu que sempre hi veureu reflexes violats especialment pels reflexes de llums o focus intensos… podeu anar ara mateix a comprovar-ho.