Puede usar un par de gafas de sol polarizadas, pero ¿qué significa esto? ¿En qué se diferencian de otros tipos de gafas de sol y por qué son útiles? La polarización, en términos de luz, se refiere al proceso de orientar o filtrar las ondas de luz en una sola dirección, lo que afecta lo que se puede ver.
Luz como ondas electromagnéticas
Una onda electromagnética es una onda transversal que consta de una onda de campo eléctrico que oscila en un plano. perpendicular (en ángulo recto) a una onda de campo magnético, los cuales son perpendiculares a la dirección de movimiento.
Dado que la radiación electromagnética actúa como una onda, cualquier onda electromagnética u onda de luz en particular tendrá una frecuencia y una longitud de onda asociadas. El producto de la longitud de onda y la frecuencia es la velocidad de la onda.
Sin embargo, las ondas electromagnéticas no requieren un medio a través del cual propagarse y, por lo tanto, pueden atraviesan el vacío del espacio vacío (lo que hacen a la velocidad de la luz, la velocidad más rápida en el universo).
Las ondas electromagnéticas vienen en muchas variedades, incluidas ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
Además, dado que una onda electromagnética es transversal con amplitud perpendicular a la dirección del movimiento, se puede polarizar: Hay muchos planos posibles perpendiculares a la dirección del movimiento, pero una onda polarizada tendrá amplitud transversal en solo uno de ellos. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, solo tienen desplazamiento en la dirección del movimiento y, por lo tanto, no se pueden polarizar.
Polarización de la luz
Las ondas de luz no polarizadas tienen múltiples orientaciones superpuestas. Las ondas de luz tienen campos eléctricos y magnéticos, siempre en ángulo recto entre sí; por convención, la polarización se define por la dirección del campo eléctrico. Mirando de frente, podríamos ver los vectores de campo eléctrico apuntando en todas direcciones diferentes.
Cuando la luz pasa a través de un polarizador o filtro polarizador, el filtro deja pasar solo la porción de luz con líneas de campo eléctrico orientadas paralelas al filtro. Como resultado, la luz se polariza, toda orientada en la misma dirección. Esta es la polarización lineal.
La luz procedente de bombillas o del sol no está polarizada. Las fuentes más comunes de luz polarizada son los láseres. Si dos filtros polarizadores se colocan en ángulo recto entre sí frente a una fuente de luz incidente, se bloqueará toda la luz. Si el ángulo es más pequeño (45 grados, por ejemplo), solo se bloquea parte de la luz.
Los polarizadores de luz vienen en tres tipos: reflectantes, dicroicos y birrefringentes. Los polarizadores reflectantes solo permiten que pase una cierta polarización de la luz, mientras que reflejan el resto; Los polarizadores dicroicos hacen lo contrario, solo bloquean una cierta polarización de la luz y permiten que todas las demás pasen. En la birrefringencia, las diferentes polarizaciones de la luz se refractarán en diferentes ángulos, lo que permitirá seleccionar diferentes polarizaciones de la luz según la polarización deseada.
La polarización de la luz es la forma en que se proyectan las películas en 3D. Las gafas 3D que se les dan a los espectadores en realidad tienen filtros polarizadores opuestos en cada lente; un filtro horizontal a la izquierda y un filtro vertical a la derecha, por ejemplo. Luego, la película se proyecta en la misma pantalla desde dos proyectores diferentes, uno proyectando luz polarizada verticalmente y otro proyectando luz polarizada horizontalmente. Luego, el ojo izquierdo ve una imagen ligeramente diferente a la del ojo derecho, y el cerebro combina las imágenes para crear una percepción de profundidad.
Ángulo y polarización de Brewster por reflexión
Cuando un haz de luz incide sobre la superficie de un material, parte de la luz se refleja y parte de ella se refracta (viaja a través del material). El ángulo de luz incidente requerido para que la luz reflejada y la luz refractada formen un ángulo recto exacto se llama ángulo de Brewster.
Cuando el ángulo de incidencia es igual al ángulo de Brewster (dependiendo de la composición de los medios en cualquiera lado de la superficie), y la luz incidente no está polarizada, causará una polarización lineal del reflejado luz. Si la luz incidente tiene una polarización específica, particular del material, solo se refractará sin luz reflejada en absoluto.
¿Por qué pasó esto? Cuando la luz incidente es absorbida temporalmente por los átomos en la superficie del material, los electrones en los átomos del material oscilan. Debido a que las ondas de luz son transversales, la polarización debe ser perpendicular a la dirección de movimiento de la onda. Entonces, si la polarización de la onda incidente está en la dirección en la que debería estar la onda reflejada, la onda reflejada no puede existir.
Si la luz incidente no está polarizada, la luz reflejada se polarizará horizontalmente, paralela a la superficie reflectante. A esto se le llama luz s-polarizada. La luz con polarización en el plano de incidencia, o el plano formado a partir de la dirección de movimiento de la luz incidente y un vector perpendicular a la superficie, se denomina p-polarizada.
Las gafas de sol polarizadas utilizan el concepto de ángulo de Brewster para reducir el reflejo de la luz solar en las superficies horizontales. Cuando el sol está bajo en el cielo, hay mucha luz polarizada en S reflejada en superficies como el agua y las carreteras. Las gafas de sol polarizadas bloquean la luz que tiene esta polarización, lo que reduce el deslumbramiento.
Polarización por dispersión
La dispersión de la luz incidente fuera de las moléculas de aire hace que la luz se polarice linealmente perpendicular al plano de incidencia. Las moléculas de aire llevan su propia pequeña oscilación en una dirección, conocida como momento dipolar, e irradian energía perpendicular a la línea de esa oscilación. Entonces, si el momento dipolar de una molécula oscila hacia adelante y hacia atrás en el yeje, la luz incidente no polarizada se dispersará en el X-dirección, polarizada en el y-dirección (paralelo al dipolo).
Si la longitud de onda de la luz incidente es comparable al tamaño de las moléculas, esto se denomina dispersión de Rayleigh. La dispersión de Rayleigh es responsable del color del cielo, ya sea el azul profundo de un hermoso día o el rojo profundo de una puesta de sol; los colores cambian según el ángulo de incidencia de la luz solar en la atmósfera.
Polarización por refracción
La polarización también puede ocurrir por refracción o curvatura de la luz a medida que pasa de un medio a otro. Muy a menudo, la polarización ocurre perpendicular a la superficie.
Cuando el índice de refracción de un material depende de la dirección de incidencia y la polarización de la luz, se denomina birrefringente. En los materiales birrefringentes, un rayo de luz incidente se divide por polarización en dos rayos dentro del material, que toman trayectorias ligeramente diferentes.
Algunos científicos sospechan que los vikingos pueden haber utilizado un tipo de cristal birrefringente llamado "calcita" como ayuda a la navegación, ya que sus propiedades de polarización refractiva podrían usarse para ubicar el sol en un día nublado, o incluso debajo del horizonte.
Polarización circular
La polarización circular es un estado de polarización en el que la dirección del campo eléctrico gira circularmente con el tiempo a una velocidad constante en un plano perpendicular a la dirección de propagación. Esto se puede imaginar como el vector de campo eléctrico dibujando una hélice alrededor del eje de propagación a medida que se propaga la onda. (La polarización elíptica, en la que la hélice está ligeramente aplastada en una dimensión, también es posible).
Si, mientras mira en la dirección de la fuente de luz, el vector de campo eléctrico parece estar girando en sentido antihorario, la luz se denomina polarizada circular a la derecha. Si el vector parece estar girando en el sentido de las agujas del reloj, la luz se denomina polarizada circular a la izquierda.
La polarización circular es creada por dos ondas de luz polarizadas linealmente, polarizadas perpendiculares entre sí, y cada una se propaga 90 grados fuera de fase. La polarización elíptica ocurre cuando una de estas ondas de luz tiene una amplitud menor que la otra, creando una elipse en lugar de un círculo.