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Experimentos > Pared (in)franqueable

Categorías: Óptica
Palabras clave: Luz, Ondas


Autor/es

Rafael Garc�a Molina
Hugo P�rez Garc�a

Qué se pretende demostrar

La luz es una onda electromagnética transversal, pues tanto el campo eléctrico como el campo magnético asociados a la onda vibran en una dirección perpendicular a la de propagación de la onda. Se define la dirección de polarización (o simplemente, la polarización) de una onda electromagnética como la dirección en que vibra su campo eléctrico.[1]La polarización es una de los fenómenos característicos de las ondas transversales.

La luz solar y la que procede de fuentes tales como bombillas incandescentes o tubos fluorescentes consiste en una mezcla de ondas electromagnéticas con polarizaciones aleatorias. Esta luz que no tiene ninguna polarización preferente se denomina luz no polarizada.[2] Así pues, podemos considerar que la luz natural que habitualmente llega a nuestros ojos no está polarizada.

Un filtro polarizador es un dispositivo que sólo deja pasar la luz cuya polarización tiene componente en una determinada orientación. La luz transmitida por el filtro polarizador emerge con la polarización de éste y su intensidad I depende de la orientación qentre la polarización de la onda incidente y la del polarizador. Esta dependencia viene dada por la ley de Malus, I = I0 cos2 q, donde I0 es la intensidad de la onda que llega al filtro.

Así pues, se obtiene luz polarizada cuando se hace pasar a través de un filtro polarizador luz procedente de una fuente natural; aunque la luz transmitida tiene menos intensidad que la luz incidente. Al pasar de nuevo esa luz polarizada por otro filtro polarizador, la intensidad de la luz transmitida dependerá de la orientación relativa entre los filtros (de acuerdo con la ley de Malus). Si ambos filtros están orientados en la misma dirección, la luz atravesará el segundo filtro como si de una lámina transparente se tratase. Pero si no lo están, la intensidad de la luz disminuirá, llegando a extinguirse si ambos filtros están dispuesto perpendicularmente.

Por lo tanto, si se colocan los filtros polarizadores estratégicamente, se puede construir una pared

[1]El campo magnético también vibra en una dirección que es perpendicular tanto a la de propagación de la onda como a la orientación del campo eléctrico. Pero basta con referirse al campo eléctrico para caracterizar la dirección de vibración de una onda electromagnética.

[2]Realmente, la luz solar está ligeramente polarizada. La luz que procede de la reflexión en una superficie muy brillante (tal como la nieve, el mar, la arena de la playa, una ventana, la carrocería de un coche…) sí que está polarizada.



Dirigido a

Gran Público



Materiales necesarios

  • Una caja de madera (a la que se le quitará dos de sus lados) o 4 paneles de madera (iguales y cuadrados a ser posible). Las caras de la caja han de tener 40 cm x 40 cm (aproximadamente).
  • 2 paneles de vidrio (ligeramente menores que la cara de la caja) y dos de metacritalo o policarbonato (con las mismas dimensiones que la caja).
  • 4 filtros polarizadores lineales cortados en triángulos rectángulos, cuyos catetos midan 40 cm.
  • Pegamento.
  • Tornillos.
  • Taladro.
  • Sierra de calar.


Descripción

Los filtros polarizadores colocados adecuadamente permiten crear ilusiones ópticas como la que se presenta en esta experiencia. Pero primero se ha de fabricar el módulo en cuestión.

El procedimiento más efectivo (y cómodo) consiste en comprar una caja de madera a la cual se le pueda quitar dos lados opuestos; también se puede fabricar la caja uniendo entre sí los 4 paneles de madera. El resultado final ha de ser un cubo cuyas caras frontal y posterior estén abiertas al aire. Con la sierra de calar se realizará en el centro de una de las caras de madera un agujero por el que quepa fácilmente una mano.

En cada una de las caras abiertas al aire hay que poner una lámina de vidrio, de modo que se cierre el cubo. Seguidamente se colocará 2 filtros polarizadores (con forma triangular) en la cara delantera. Es importante que la superficie de vidrio quede cubierta por los filtros polarizadores, que han de estar dispuestos con sus direcciones de polarización mutuamente perpendiculares. En la cara posterior se repite el mismo proceso, asegurándose de que coincida la orientación de los polarizadores en ambas caras. Finalmente, los filtros se protegen de la intemperie cubriéndolos con sendos paneles de metacrilato,[1] previamente perforados en su borde para introducir los tornillos en la madera. En la Fig. 1 se ilustra esquemáticamente la disposición de los filtros.

La caja se suele observar con tal perspectiva que en algunas zonas, la luz que entra por una cara, sale por la otra atravesando el polarizador orientado perpendicularmente al primero por el que pasó, de modo que la luz se extingue y el observador lo ve “negro”. Debido a la geometría de la caja, el cerebro interpreta que lo que se ve negro ha de ser un obstáculo material. Esto produce la sensación de que hay una pared (opaca) dispuesta a lo largo de la diagonal de la caja, ¡cuando realmente no hay nada!

En la puesta en escena, conviene colocar un muñequito al otro lado de la pared (in)franqueable e invitar al público a que lo coja del interior de la caja (Figs. 2 y 3). Los asistentes se sorprenden enormemente al ver que el brazo atraviesa la pared (Fig. 4).


[1]El metacrilato es un material que presenta actividad óptica, por lo tanto cambia la polarización de la luz que lo atraviesa. Por este motivo, es importante que los paneles de metacrilato estén en la parte exterior de las paredes transparentes, ya que si se colocan en la parte interior alterarían el estado de polarización de la luz que ha atravesado los filtros, de tal manera que la luz que llegara a la pared opuesta no tendría la polarización adecuada para extinguirse (de acuerdo con la ley de Malus) cuando atraviese el siguiente polarizador.



Existe alg�n riesgo

Ninguno en absoluto. Pero el vidrio puede romperse con un golpe inoportuno y alguien podría resultar herido.



Imágenes

 


Enlaces

Referencias bibliográficas:

G. Marx (ed.), Ikiiki Wakawaku. Japanese-Hungarian Physics Teacher Meeting Jászbereny, Hungary, 18-22 August 1992 (OOK-Press Eötvös University, 1992), p.146 Magic wall

Enlaces:

http://bohr.inf.um.es/miembros/rgm/ff/2009-Pared(In)franqueable.pdf



Observaciones

A fin de que la sorpresa sea aún mayor para el público, conviene sugestionarle haciéndole creer que realmente se va a encontrar una pared cuando se introduzca la mano. Por ello conviene utilizar frases como “¿Veis la pared que hemos colocado aquí?”, “El reto consiste en intentar tocar el osito”, e incluso cuando estén metiendo la mano: “Lleva cuidado y no seas muy brusco, no vayas a romper la pared que es delicada”.

Este experimento se desarrolla mejor con grupos reducidos, pues cuando el público se agolpa para verlo, las personas que no están frente a la caja solamente ven los laterales de madera y no disfrutan del espectáculo.