Globus de colors

Tots hem jugat alguna vegada amb una lupa i hem concentrat els raigs solars per cremar un paper, ara però la utilitzarem per demostrar la diferent absorció de l’energia de la llum per superfícies de colors diferents.

Cal que tinguem globus de colors diferents (blau, vermell, verd…) però sobretot de blancs i de negres i, si en trobem, també algun de transparent.

Amb la lupa comencem a concentrar la llum solar a la superfície del globus transparent… veiem que no explota, el mateix passa si el globus és blanc. Si ho fem després amb els globus de colors i també amb el negre veiem que al cap d’un instant de concentrar els rajos solars el globus explota.

I la darrera experiència, més espectacular, la fem inflant un globus negre dins d’un globus transparent, en aquest cas la llum solar aconsegueix fer explotar el globus negre mentre el globus transparent es manté intacte.

Com ho expliquem tot plegat? Senzill, primer, els materials transparents deixen passar la llum i per tant no absorbeixen energia de manera que no s’escalfen i no provoca per tant l’explosió del globus.

Segon, la superfície del globus blanc reflecteix tots els colors visibles, del vermell al violat, per això el veiem de color blanc (superposició de tots els colors); els reflecteix tots i per tant tampoc n’absorbeix, no s’escalfa i no explota.

Tercer, el globus vermell reflecteix el color vermell però absorbeix la resta de colors visibles de manera que molta part de l’energia solar li produeix una augment de temperatura que li provoca l’explosió.

Quart, el cas del globus negre és el més extrem; el veiem negre perquè absorbeix tots els colors i no en reflecteix cap de manera que l’escalfor en aquesta cas és màxima i és el que més fàcilment explosiona.

Cinquè, si posem un globus negre dins d’un transparent la llum travessa el primer globus sense escalfar-ne la superfície (com el primer cas) però incideix i queda absorbida pel globus negre de dintre (com la situació anterior) per tant explota el globus negre de l’interior del globus transparent que queda intacte.

NOTA: tot això ho podem relacionar amb la temperatura de la superfície d’un cotxe al sol de l’estiu, segur que hem notat que un cotxe blanc o platejat s’escalfa molt menys que un de negre o fosc (que fàcilment pot arribar literalment a cremar).

Mirall fake

Temps de confinament, per nosaltres i pel país… i aprofitem per ordenar la casa, fer neteja, seguir sèries, mirar pel.lícules… i mirant pel·lícules trobem sovint molts nyaps i pífies científiques, aquí us en presento una que és molt, però molt, clàssica.

En el vídeo podeu veure un fragment d’un film “Love by chance” on la protagonista (Beau Garret) s’arregla i es posa bé l’arracada fixant la seva mirada en un mirall relativament petit, la càmera la grava just en el centre del mirall… si hi pensem una mica això és un fake! La protagonista en aquesta situació no pot veure emmirallada la seva cara sinó que només veu la càmera que l’està gravant.

Podeu provar-ho vosaltres mateixos tal com es veu en la segona part del vídeo.

I l’explicació és senzilla, amb un parell de dibuixos ho entendreu perfectament:

En el dibuix de l’esquerra la persona veu la imatge virtual de la càmera que l’està gravant però no es pot veure a ell mateix perquè davant seu no hi ha el mirall.

En canvi en el dibuix de la dreta, on hem corregut el mirall fins situar-lo davant la cara de la persona aquesta si que veu la seva cara reflectida (imatge virtual) però aleshores la càmera no el pot gravar ni ella pot veure la càmera a través del mirall.

Ah, i si coneixeu algun guionista o productor cinematogràfic comenteu-li aquest efecte òptic, els espectadors (científics) ho agrairan… i, en tot cas, que gaudiu força de les pel·lícules en confinament… i amb fakes científics o sense 😉

Reflexes polaritzats

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).

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).

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). Així 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.