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.

Núvol a l’ampolla

nuvolEls núvols no són vapor d’aigua, contràriament al que sol pensar la majoria de gent o que, fins i tot, algun docent explica al seu alumnat.

La formació dels núvols és deguda a la condensació del vapor d’aigua en forma d’aigua líquida (a vegades cristalls de gel) sobre petites partícules sòlides, conegudes com a nuclis de condensació.

Una bona forma de comprovar-ho es fer un núvol dins d’una ampolla de plàstic. Hi aboquem una mica d’aigua calenta, tapem i la barregem una mica perquè l’aire interior quedi bastant saturat d’humitat. Premem fort l’ampolla amb les dues mans (augmentem la pressió) i seguidament i de forma sobtada la deixem anar de manera que la pressió interior disminueix, això provoca un refredament de l’aire… però no observem cap canvi a l’interior.

Ara repetim l’experiència però prèviament llancem dins l’ampolla un llumí just quan l’apaguem i encara fumeja, això aporta a l’aire petitíssimes partícules sòlides, nuclis de condensació, que permeten que el vapor d’aigua es condensi fàcilment i es formi el núvol (gotes d’aigua formades en els nuclis de condensació). A la segona part del vídeo es veu el fenomen, potser amb una mica de dificultat pels reflexes del plàstic.

O sigui que, en temps de canvi climàtic i amb temporades llargues de sequera, ja sabem com provocar núvols amb facilitat.

Nota: Sovint els pagesos llencen a l’aire coets que esclaten i escampen substàncies sòlides (nuclis de condensació) per facilitar la condensació en els núvols perquè plogui i evitar així pedregades que malmeten els conreus.

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.

Psicopèndols

Un enginy fàcil de construir i que podem utilitzar per passar una estona divertida durant un sopar, una vetllada amb petits i grans, una trobada d’amics… i que els estudiants de física poden relacionar amb la llei del pèndol simple.

Es tracta de fer veure que mentalment som capaços de controlar el moviment de cada pèndol, demanem al públic que es concentrin en una bola i al cap de poca estona aquesta comença a oscil·lar mentre les altres dues es mantenen immòbils. Repetim l’experiència concentrant-nos plegats en un altre pèndol fins que aconseguim que oscil·li. En el vídeo veiem que fem oscil·lar les boles a voluntat començant per la petita, continuant per la mitjana, després la gran, la mitjana de nou i acabant amb la petita.

El secret és senzill i està relacionat amb que un pèndol té un període propi d’oscil·lació que depèn de la llargada del pèndol (i no de la seva massa) de manera que cada bola té un període d’oscil·lació diferent de les altres dues. Si fem oscil·lar lleugerament la barra superior coincidint amb el període propi d’una de les boles, aquesta començarà a oscil·lar mentre les altres resten pràcticament immòbils.

És el mateix que passa quan gronxem un nen en un parc infantil, si l’impulsem periòdicament amb coincidència amb l’oscil·lació pròpia del gronxador el nen oscil·larà cada vegada més (podríem arribar a fer-li donar la volta) en canvi si donem impulsos de forma no coordinada el gronxador restarà immòbil o pràcticament no es bellugarà. Aquesta sincronització la realitzem de forma quasi automàtica només observant el moviment del gronxador i, en el nostre cas, ho fem observant el moviment del pèndol que volem bellugar.

Pels estudiants de Física els podem recordar que el període d’un pèndol (suposant petites oscil·lacions) el podem calcular com T = 2*pi*arrel (l/g) de manera que només depèn de la longitud l del pèndol i no de la seva massa. Podem comprovar que, efectivament, en els nostres pèndols aquesta llei es compleix amb molta exactitud.

psicopendolsEn un parc infantil podem observar que l’oscil·lació dels gronxadors no depèn de l’edat dels nen que hi puja sinó només de la llargada de la corda que l’aguanta. Què us sembla si anem ara mateix al parc infantil?

Nota: Aquesta experiència la va presentar l’Ana Cros de la Universitat de València a la trobada de Divulgadores que es va realitzar a Lleida l’octubre del 2014, gràcies Ana!