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).

Tren magnètic

Sorprenent! En aquests temps que es parla tant del Maglev (tren de levitació magnètica) nosaltres podem fer fàcilment un tren magnètic que no levita però que circula curiosament per dintre un solenoide.

Com sempre aprofitem els camps magnètics intensos creats per imants de neodimi i només necessitem una pila AA i fil conductor que ha de ser de material no ferromagnètic (per raons òbvies) però no ha d’estar esmaltat. Així doncs no ens serveix el fil de coure que s’utilitza normalment per fer bobines per motors o electroimants.

La màquina del tren està composta d’una pila amb un o dos imants al davant i també al darrera tenint en compte que els seus pols han d’estar confrontats tal com es veu al dibuix.

El solenoide ha de tenir un diàmetre lleugerament superior al dels imants de neodimi i que alhora ha de ser també una mica més gran que el diàmetre de la pila (per tal de facilitar el contacte dels imants amb les espires del fil conductor).

El corrent elèctric que circula per l'espira crea un camp magnètic que...

El corrent elèctric que circula per l’espira crea un camp magnètic que…

El funcionament és relativament senzill d’explicar: es crea un circuit elèctric (pol positiu de la pila – imant de neodimi – solenoide – imant de neodimi – pol negatiu de la pila) de manera que en circular aquest corrent elèctric per la bobina crea un camp magnètic oposat a l’imant del davant i del mateix sentit que l’imant posterior. Aquesta configuració realitza doncs un parell de forces i ambdues empenyen cap endavant el conjunt imant – pila – imant.

Tal com es pot veure en el vídeo el moviment s’atura quan el primer imant perd el contacte i per tant el corrent elèctric deixa de circular. També podem veure en el vídeo que el tren circula en un sentit i aquest depèn de la polaritat dels imants, de la polaritat de la pila i del sentit de rotació de la bobina.

 

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.