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.

Refracció… quin error!

prismaoptic

Imatge correcta de la descomposició de la llum blanca

Continuem encara en el 2015, Any Internacional de la Llum. La refracció és un fenomen característic de la llum i de les ones en general (el so, les ones de l’aigua, les microones, les ones de ràdio…) que consisteix en el canvi de direcció que té lloc quan l’ona canvia de medi. En el cas de la llum té lloc sempre que aquesta passa d’un medi transparent a un altre (d’aire a aigua, d’aire a vidre, d’aigua a oli…) i això origina experiències interessants.

L’índex de refracció d’una substància (relacionat amb la velocitat de la llum en aquest material) ens serveix per poder calcular aquesta desviació i cal tenir molt present que aquest índex és diferent per a cada substància però també per a cada color. Aquest fet fa que la llum blanca (superposició de tots els colors visibles) es descompongui en els colors de l’Arc de Sant Martí i això ho podem fer amb un prisma òptic (també amb un vas d’aigua i un mirall).

pinkfloyd

Imatge errònia en la portada d’un LP de Pink Floyd

Aquesta és un experiment senzill de realitzar i segur que és una imatge que hem vist sovint en webs, anuncis, cartells… per la seva plasticitat. Val a dir però que també sovint les imatges que se’ns presenten són completament errònies des del punt de vista científic. Fins i tot un, molt famós, grup de música va lluir una imatge errònia en la portada d’un dels seus LP supervendes.

Aquí sota us en presento un parell més extretes de internet però és un bon exercici (pels alumnes o pels amants de la ciència) fer recerques a la xarxa, en revistes, en pòsters… intentant descobrir nyaps científics.. A veure si en trobeu una bona colla.

Nota: Clicant sobre les tres imatges errònies podeu veure l’explicació de l’error científic.

prismaerroni2

Imatge també errònia

prismaerroni1

Un altre error trobat a la xarxa

Font-fibra òptica

El 2015 és l’Any Internacional de la Llum, de manera que cal aprofitar-ho per observar, experimentar, explicar… fenòmens relacionats amb la llum. És ben veritat que estem tan acostumats a viure acompanyats de la llum i dels seus fenòmens associats (els colors, l’energia…) que sovint ens passen per davant experiències realment interessants sense que hi parem atenció.

En el vídeo següent podem observar una font lluminosa (està ubicada en un conegut centre comercial de les afores de Barcelona) que utilitza el principi de la fibra òptica: reflexió interna total.

Analitzem-ho: la font té uns quants brolladors d’aigua que llencen dolls d’aigua a intervals, aquests raigs d’aigua segueixen, lògicament, trajectòries parabòliques degudes al seu moviment de caiguda lliure (l’aigua està sotmesa només a la força de la gravetat, vertical i cap avall).

fibraoptica

La llum verda només pot sortir per l’extrem de la dreta degut a la reflexió total en les parets laterals

En aquest cas però ens interessa observar que dins del brollador hi ha un llum vermell, constantment encès, de manera que la llum és conduïda pel raig d’aigua exactament com si fos una fibra òptica. Així doncs la llum vermella només pot sortir per l’extrem del raig però no pels laterals (el diferent índex de refracció de l’aigua i l’aire que l’envolta ho impedeix, observa la imatge lateral).

Quan la imatge del vídeo està congelada podem veure perfectament que el raig d’aigua no és veu vermell malgrat que la llum vermella circula per dintre seu i només surt per la punta del raig.

Espectre de Brocken

Els fantasmes existeixen… però costen de veure!

Espectre de Brocken aterrant a Tampere (Finlàndia) un capvespre de l'estiu del 2014

Espectre de Brocken aterrant a Tampere (Finlàndia) un capvespre de l’estiu del 2014

Amb una mica de sort i amb condicions excepcionals podeu gaudir d’un efecte òptic sorprenent, l’espectre de Brocken. No és res més que l’ombra d’una persona projectada sobre la boira que li dóna un aire misteriós i fantasmagòric. Si anem d’excursió a muntanya és possible que alguna matinada emboirada se’ns aparegui, dic matinada perquè cal que el sol estigui baix i es projecti la nostra ombra sobre la boira o els núvols que estigui per sota nostra.

Un efecte semblant es pot observar des de la finestreta d’un avió quan aterrem a primera hora o cap al tard i estem a punt de travessar un mar de núvols, aleshores podem veure l’ombra de l’avió projectada en els núvols.

Sovint aquest fenomen l’observem associat a una glòria, un conjunt d’anells concèntrics de colors deguts a la difracció, reflexió i refracció de la llum solar deguda a les gotes d’aigua dels núvols, en aquest cas l’ombra del muntanyenc (o de l’avió) s’observa just al mig de la glòria.

Pots veure una web molt interessant sobre efectes òptics atmosfèrics des de raigs, ombres, arcs de sant martí, iridscències, halos… a http://www.atoptics.co.uk

Fletxa doble

Aquesta experiència si que és senzilla de realitzar: un dibuix amb dues fletxes paral·leles i amb el mateix sentit i un vas ben cilíndric mig ple d’aigua.

Observem les dues fletxes a través del vas buit, veurem que la seves mides varien lleugerament degut a la refracció de la llum amb el vidre del vas… però si aboquem aigua al vas fins a la meitat observarem de manera sorprenent que la fletxa inferior (la que veiem a través del líquida) queda invertida respecte el seu sentit en el dibuix.

Aquest és un efecte òptic senzill d’explicar si recordem la formació d’imatges en les lents convergents. En el nostre cas el vas ple d’aigua actua com una lent convergent i l’objecte (la fletxa) la situem aproximadament a una distància el doble que la seva focal, en aquesta situació es forma una imatge real, invertida, de la mateixa mida i a una distància també el doble de la focal però en aquest cas davant del vas. Aquest fet està dibuixat esquemàticament en el següent dibuix.fletxadoble

Així doncs veurem la fletxa superior a través del vas i la imatge de la fletxa inferior (invertida respecte l’original) davant del vas. Aquesta variació de posició del que observem costa molt d’apreciar en realitzar l’experiment i no s’observa gens en el vídeo.

Nota: la formació de la imatge és més complexe perquè la lent (el vas ple d’aigua) no la podem considerar una lent prima, però l’efecte és el mateix.