LABORATORIO DE FISICA D
Practica No. 11 POLARIZACION
Autor: Evelyn Jiménez Bravo
Paralelo: 4
Fecha: Martes 25 de Enero E nero del 2011
Profesor: Ing. Máximo Apolo
OBJETIVO
Estudiar el fenómeno de Polarización y determinar el ángulo de Brewster.
INTR ODUCCIÓN Las ondas luminosas no suelen estar polarizadas, de forma que la vibración electromagnética se produce en todos los planos. La luz que vibra en un solo plano se llama luz polarizada.
Figura#1 Supongamos un dispositivo experimental consistente en dos polarizadores superpuestos (polarizador y analizador), de forma que un haz de luz los atraviese, y que uno de ellos puede girar respecto del otro, que permanece estático. La intensidad luminosa transmitida por el sistema variará con el ángulo de giro, de tal manera que pasará por dos puntos de máxima luminosidad separados 180º, con dos puntos de oscuridad total a 90º de los anteriores. Entre estos extremos la intensidad va creciendo y decreciendo paulatinamente, según los casos. Este fenómeno de polarización solo se da con ondas transversales, pero no con longitudinales, ya que implica una asimetría respecto del eje en la dirección de propagación. Si se demuestra que un haz luminoso puede ser polarizado, llegaremos a la conclusión de que las ondas luminosas son transversales. La luz emitida por un manantial está constituida por una serie de trenes de ondas procedentes de átomos distintos; en cada uno de estos trenes de ondas el campo eléctrico oscila en un plano determinado pero, en general, su orientación es distinta de unos a otros. Dado el enorme número de moléculas y átomos de un manantial luminoso, se comprende el gran número de trenes de ondas que constituye un haz de luz y, por consiguiente, la existencia en éste de ondas polarizadas en todas las direcciones transversales posibles.
Veamos algunos casos en los que se produce polarización de la luz. Polarización por reflexión.
Sabemos que si sobre una superficie reflectora incide luz natural parte de la luz se refleja y parte se refracta. Malus descubrió en 1808 que si hacemos incidir una luz sobre una superficie pulimentada de vidrio con un ángulo de incidencia i de 57º aproximadamente, la luz reflejada está polarizada, siendo el plano de vibración perpendicular al plano de incidencia de los rayos. Si el ángulo de incidencia no es de 57º habrá también polarización pero será menor a medida que el rayo incidente vaya siendo mayor o menor que dicho ángulo. Más tarde Brewster descubrió que si el rayo reflejado y el refractado forman entre si un ángulo de 90º, el ángulo de incidencia es precisamente el ángulo de polarización. El ángulo de polarización depende del índice de refracción "n" del medio. En el caso del vidrio, que acabamos de ver, el ángulo es aproximadamente 57º. Hay que señalar también que para este ángulo, el rayo refractado está polarizado parcialmente, coincidiendo su plano de vibración con el de incidencia, mientras que el rayo reflejado está completamente polarizado. Polarización por doble refracción.
Figura#2 Hay determinados cristales que tienen la propiedad de la doble refracción, es decir, el rayo incidente se desdobla en dos en el interior del cristal (espato de islandia, turmalina), uno de ellos llamado ordinario y que sigue las leyes de la refracción y otro llamado extraordinario que no las sigue. Este tipo de cristal permite obtener luz polarizada partiendo de la luz natural, siempre que logremos eliminar a la salida uno de los rayos emergentes. Esto se puede conseguir con un
prisma de Nicol, constituido por un cristal de espato de Islandia al que se le han cortado las caras externas de manera que el ángulo de 71º pase a ser de 68º, después se corta la diagonal, obteniéndose dos prismas que se pegan con bálsamo de Canadá, cuyo índice de refracción está entre el índice de refracción del rayo ordinario y el del extraordinario. En estas condiciones el rayo ordinario sufre reflexión total al llegar a la lámina de bálsamo de Canadá, mientras que el extraordinario se refracta en el bálsamo y se transmite a través del segundo prisma.
Polarización por absorción selectiva
Figura#3 En 1938, el inventor americano Land descubrió un material formado pro finas láminas que contienen moléculas de hidrocarburos alineadas en largas cadenas. Se llamó polaroide o polarizador. Cuando el campo eléctrico de la luz tiene la dirección de estas moléculas se generan corrientes de electrones libres a lo largo de ella y la luz es absorbida. Si la luz del campo eléctrico oscila en la dirección perpendicular a la alineación de las moléculas no sufre apenas variación y atraviesa el filtro. A esta dirección se le denomina eje de transmisión del filtro. Nota: Gafas de sol polaroid: La luz solar que se refleja sobre superficies lisas como la nieve, el agua o el asfalto y que provoca un deslumbramiento muy molesto a la vista está polarizada horizontalmente. Las gafas polaroid contienen sucesiones de cristales microscópicos alineados que son capaces de absorber esta luz polarizada horizontalmente evitando el deslumbramiento asociado a la luz reflejada. Experiencia: Vamos a hacer atravesar la luz por dos filtros idénticos. Al primero lo llamaremos polarizador y al segundo analizador. La luz no polarizada se polarizará al atravesar el polarizador según la dirección de su eje de transmisión. Si la dirección del eje de transmisión del analizador coincide con la del polarizador la luz atravesará el analizador. Pero si lo vamos girando, vemos que la luz se va absorbiendo hasta que no pasa, cuando son perpendiculares.
RESUMEN En esta práctica se estudio el fenómeno de la polarización la cual se hace presente en cuatro formas pero en el transcurso de esta práctica nos centramos en dos de ellas: la polarización por reflexión la cual pudimos observar con la ayuda de un prisma y un filtro polarizador rotando el disco óptico notamos los cambios en la luz que incide en la pantalla y la polarización por absorción en la cual usamos un pedazo de papel celofán y una regla entre los polarizadores para poder notar los cambios que se producen.
PR OCEDIMIENTO 1. Lea todo el contenido de la guía y consulte la bibliografía. 2. Coloque todos los equipos como se indica. 3. Mueva el cursor de un polarizador observe el cambio de la intensidad de la luz en la pantalla. Registre sus observaciones. 4. Coloque un pedazo de papel celofán entre los polarizadores. O bserve los cambios que se producen. 5. Coloque los equipos como se indica. 6. Gire el disco óptico. Con un filtro polarizador determine el estado de polarización de la luz que incide en la pantalla. Registre sus observaciones.
RESULTADOS 1.
O bservaciones
y datos
a).- ¿Como cambia la intensidad luminosa cuando cambia el ángulo del polarizador? Explique ¿por qué?
En un principio cuando colocamos el primer polarizador éste se encontraba a 0° no se producía ningún cambio al mover el ángulo, por el contrario al ubicar un segundo polarizador si movemos el ángulo del polarizador va a empezar a disminuir la intensidad luminosa hasta que al llegar a los 90° deja de existir la luz. b).- ¿Cómo afecto el papel celofán a la intensidad luminosa en la pantalla? Explique ¿por qué?
Los polarizadores inicialmente están separados 90° al colocar el papel celofán la luz cambia su eje de polarización con lo cual podemos observar un color determinado en la pantalla. Si movemos el ángulo entre los polarizadores observamos diversos cambios de colores en la pantalla.
c).- ¿Para qué ángulo de incidencia obtuvo luz totalmente polarizada? Explique la relación entre los rayos reflejados y refractados.
La relación existente entre los rayos reflejados y refractados es de 90° debido a la Ley de Brewster. CO NCLUSIO NES
Pude comprobar la teoría del ángulo de Brewster que efectivamente para este ángulo la luz reflejada está totalmente polarizada en dirección perpendicular al plano de incidencia con lo cual podremos obtener la máxima polarización. Al realizar la práctica de la polarización por absorción selectiva pude observar como al mover el papel celofán este iba cambiando de color mientras más esfuerzo le causábamos este tomada un color rojizo esto ocurría debido al cambio del ángulo polarizador.
BIBLIOGRAFÍA http://www.educaplus.org/luz/polarizacion.html
Física para la ciencia y la tecnología por Paul Allen Tipler,Gene Mosca
