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Experimentos > Cómo estrujar un haz de luz dentro de una botella

Categorías: Óptica
Palabras clave: Fluorescencia, Lentes, Luz, Refracción


Autor/es

Rafael Garcia Molina (rgm@um.es)
Roc�o Espinosa Guti�rrez (rocio.espinosa.gutierrez@gmail.com)
Pablo Contreras V�lez (pabloconve@hotmail.com)
Cristian David C�novas S�nchez (cristiandavid.canovas@um.es)
Cl�udia Garcia Abril (Claudia98_98@hotmail.com)
Marina Garcia Abril (marina10_92@hotmail.com)
Departamento de F�sic - CIOyN, Universidad de Murcia


Qué se pretende demostrar

Un rayo de luz no se desvía cuando incide perpendicularmente sobre una superficie plana que separa dos medios con diferentes índices de refracción. Pero cuando la superficie tiene curvatura, el rayo se refracta (se desvía de su trayectoria).

En esta experiencia modificaremos la curvatura de la superficie de separación aire-líquido en el interior de un tubo estrecho, que pasará de ser cóncava (debido al ascenso capilar del líquido por la pared interior del tubo) a plana (presionando sobre la botella que contiene el tubo y el líquido). De esta forma, mostramos cómo un haz de luz divergente (cuando atraviesa la superficie cóncava) se convierte en un haz paralelo (cuando la superficie se aplana).

En la figura 1 se observa el haz divergente en el interior de la botella, que pasa a ser paralelo cuando se presiona la botella, tal como se muestra en la figura 2.



Dirigido a

o   Gran público

o   Profesorado y estudiantes



Materiales necesarios

o   LED azul-ultravioleta

  • cables
  • pinzas de cocodrilo
  • soldador y estaño
  • botella (0.33 L) llena de tónica, con su tampón
  • tubo/cable termoretráctil (o cañita de refresco), aproximadamente, 5 cm
  • pistola térmica de silicona
  • taladradora
  • pila de 4.5 V
  • interruptor eléctrico (opcional)


Descripción

En primer lugar hay que preparar el tapón de la botella, en el cual se colocará el tubo termoretráctil que contendrá el LED. Para ello, se taladra en el centro del tapón un pequeño orificio, ligeramente más ancho que el diámetro del tubo en el que se ha introducido previamente el LED. Seguidamente, se sella el LED al tubo termoretráctil y éste al tapón utilizando una pistola térmica de silicona. Finalmente, se sueldan los cables al LED, para poder conectarlos a la pila mediante las pinzas de cocodrilo. Podemos añadir al circuito un interruptor para facilitar el encendido y apagado del LED.

A continuación, llenamos la botella con tónica y la cerramos con el tapón preparado previamente, procurando que quede una pequeña cámara de aire. Al encender el LED observaremos el haz de luz en el interior de la botella. Esto se debe a que la tónica contiene quinina, una sustancia fluorescente, por eso es importante que se emplee un LED que emita en el ultravioleta.

El haz de luz, que sale del tubo donde está el LED, es divergente (figura 1). Cuando apretamos la botella, vemos cómo el haz de luz se estrecha, llegando a salir prácticamente paralelo (figura 2). De esta forma, da la sensación de que estamos estrujando el haz de luz. Al dejar de apretar la botella volveremos a la situación inicial.

Lo que en realidad está ocurriendo es que, al presionar la botella, se reduce su volumen. Esto provoca que ascienda el nivel del líquido, a la par que aumenta la presión en el interior de la botella. El ascenso de la tónica por el tubo termorectráctil, con el consiguiente aumento de presión en su interior, da lugar a un menisco plano, que los rayos lo atraviesan sin desviarse de su trayectoria.

En la figura 3 se representa esquemáticamente la forma del menisco, antes y después de apretar la botella, así como el haz de luz que lo atraviesa en cada caso.



Existe alg�n riesgo

Cuando se prepara el tapón con el LED hay que tener cuidado tanto con la taladradora como con el soldador y la pistola de silicona. También hay que tener precaución para no mirar directamente al LED, ya que emite luz ultravioleta.



Imágenes

 


Enlaces

L. Vidic, M. Kos, Squeezing light, The Physics Teacher 50 (2012) 570

bohr.inf.um.es/miembros/rgm/CeA2014/EstrujarLuz-1.avi

bohr.inf.um.es/miembros/rgm/CeA2014/EstrujarLuz-2.avi



Observaciones

Hay que comprobar que el LED se conecte correctamente a la pila (la polaridad de ambos dispositivos ha de coincidir). La experiencia se realiza mejor en un ambiente oscuro, para apreciar mejor el haz de luz que emite el LED.