Cel·lo i cel·lofana de colors

Més experiències amb polaritzadors… recordeu que no cal disposar d’una làmina polaritzant com la del vídeo doncs és cara i difícil d’obtenir, podem fer-ho amb unes ulleres de sol doncs les de més qualitat són polaritzades.

El primer que podem fer és observar que les pantalles d’ordinador, fixes o portàtils, emeten llum polaritzada amb una direcció de 45 graus amb l’horitzontal. Així doncs si observem una pantalla amb unes ulleres de sol polaritzades i inclinem el cap 45º veurem que la pantalla es torna negra perquè la direcció del polaritzador és perpendicular a la llum incident provinent de la pantalla.

Una segona part d’aquesta proposta consisteix en observar cel·lo interposat entre la pantalla i el polaritzador. Observem gruixos de cel·lo d’1, 2, 3… capes enganxades sobre un plàstic transparent i… els veiem de colors diferents segons el gruix. Si a més girem el polaritzador 90 graus observarem que els seus colors canvien justament al color complementari en cada cas. això és degut a que la cinta adhesiva és birrefringent, la llum que la travessa es divideix en dos raigs polaritzats perpendicularment i polaritza els dos rajos i la substància té per a cada raig un índex de refracció diferent.

L’explicació del fenomen és una mica complexa: Quan la llum polaritzada blanca (de la pantalla) passa a través de la cinta adhesiva (birefringent) es divideix en dues components (polaritzades perpendicularment) i cadascuna segons un índex de refracció (velocitat) diferent de manera que els dos raigs es desfasen. Aquest desfasament provoca interferències constructives o destructives segons el gruix de la làmina i la longitud d’ona de cada color de la llum. Si girem 90 graus el polaritzador aleshores el color anul·lat per interferència destructiva (oposició de fase) passa a tenir una interferència constructiva, els colors resultants solen ser els complementaris. Bé, una explicació per a pensar-hi una estona en una nit d’insomni!

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).

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.

Piràmide (quasi) hologràfica

Continuant amb l’any de la llum, les holografies sempre impressionen especialment si no tenim ocasió de veure’n massa sovint.holo

Amb un petit artilugi fet amb materials molt a l’abast podem veure una imatge hologràfica amb l’ajut d’un mòbil o d’una tauleta. Es tracta d’utilitzar el plàstic rígid i transparent de la tapa d’algunes caixes de CD o DVD (en algunes també de la part posterior. Primer cal realitzar una plantilla de les mides de la fotografia i amb l’ajut d’un cúter retallar quatre peces idèntiques que, convenientment enganxades, formaran una piràmide truncada tal com es pot veure en el vídeo.

Buscarem a YouTube vídeos amb la paraula clau Pyramid hologram video, en trobarem bastants i de durades variades. Un bon exemple és el Hologram Project by Kiste (16 minuts).

Cal situar la punta de la piràmide truncada sobre la tauleta o el mòbil (en aquest cas haurem de reduir les mides) i observar la imatge lateralment… sembla realment una imatge hologràfica en moviment.

De fet no és realment una holografia perquè la imatge no és en tres dimensions sinó que veiem al mig de la piràmide una imatge virtual en 2D degut a la reflexió de la llum en el plàstic transparent (l’objecte en aquest cas és la imatge en moviment de la pantalla del mòbil o tauleta). Realment no caldria una piràmide sinó que amb un plàstic transparent inclinat 45º sobre la pantalla veuríem perfectament l’efecte (quasi) hologràfic.