click tracking
La fotoelasticidad se puede considerar una parte de la polarimetría, es una técnica muy útil desde el punto de vista tanto óptico como de diseño industrial. Esta técnica se basa en la polarización de la luz y en láminas retardadoras. Antes de pasar al experimento veamos en qué consiste esta técnica.

La luz se trata de una onda electromagnética. Toda onda tiene dos movimientos, longitudinal (en la dirección de propagación) y transversal (perpendicular al de propagación) que produce la típica forma de una onda. Además, la luz tiene una tercera componente de rotación. Esta rotación de la luz es la que produce la polarización. Además, al ser una onda electromagnética se puede descomponer en una componente debida al campo eléctrico y otra debida al campo magnético; la unión de ambas componentes es la que nos da la onda que se estudiará.

Esta polarización puede ser de dos tipos, lineal o elíptica (la circular es un caso especial de “elipticidad” en el que la componente magnética y eléctrica tienen la misma amplitud). La polarización lineal se da cuando en las dos componentes, magnética y eléctrica, coinciden sus máximos, es decir, están en fase o en contrafase. En cualquier otro estado tendremos polarización elíptica. Dato: la luz natural está totalmente despolarizada, es decir, cambia continuamente en todas direcciones su vibración de una forma muy rápida.

Un polarizador lineal, como el que usaremos, se puede ver como un selector de ondas, es decir, una rejilla que sólo deja pasar las ondas que vibran de forma perpendicular a sus “ranuras”. Algo parecido a la siguiente figura:

Wire-grid-polarizer.svg

En esta figura se puede ver cómo a partir de una fuente que emite luz de forma totalmente aleatoria, con un polarizador podemos seleccionar sólo la onda que vibra perpendicular a su plano de polarización. (Fuente: Wikimedia commons)



Por tanto, si cogemos una fuente de luz que emita de forma polarizada, por ejemplo un monitor de ordenador (de pantalla plana), cuando nuestro polarizador está girado 90º respecto al monitor no es difícil ver a partir de la figura anterior, que este filtrará toda la luz proveniente del monitor y no se verá nada. Esto ocurriría si el polarizador fuese ideal, es decir, rendijas perfectas que sólo dejan pasar la luz en un estado de vibración, pero como lo ideal no existe, nunca tendremos un 100% de absorción.

Además de los polarizadores utilizaremos algo que no suele ser tan conocido, se trata de las láminas retardadoras. Estas láminas, más comunes de lo que uno cree, se basan en cambiar el estado de polarización de un haz de luz. Hay de 3 tipos, cuarto de onda, media onda y onda completa. El cambio que producen es una simple rotación, en otras palabras, si tenemos un haz de luz filtrado por un polarizador y del que sale la luz vibrando en vertical, cuando colocamos la lámina lo rotamos un cierto ángulo. Para las láminas de cuarto de onda la rotación es de 90º, para media onda de 180º y para la de onda completa de 360º. Nosotros usaremos en el experimento los retardadores de media onda. Estos retardadores de media onda tienen una característica interesante, si colocamos dos polarizadores cruzados no deberíamos ver nada, pero al interponer entre estos una lámina de media onda que sólo cubra parte del polarizador seguiremos viendo luz a través de él.

Para el experimento el montaje sería el siguiente. Colocamos un monitor de ordenador con la pantalla en blanco, para ello se puede abrir un editor de texto y ponerlo a pantalla completa; un polarizador, el usado es de un viejo móvil reciclado (las pantallas de los móviles llevan polarizadores), o también se pueden utilizar las gafas que venden en los cines para películas en 3D; y diversos accesorios que ya veremos para colocar entre el polarizador/gafas y el monitor.

esquema

Esquema de montaje del polarímetro casero. El elemento a) sería el monitor, b) el objeto a testear, c) el polarizador y d) la posición del observador. (Fuente: elaboración propia)


En el experimento colocaremos el polarizador de tal forma que veamos el monitor totalmente negro, para ello sólo tenemos que ir girando el polarizador y veremos como poco a poco se irá oscureciendo la pantalla hasta que no se vea nada o muy poco.


Una vez tenemos todos los elementos y sabemos la teoría pasemos a la práctica, pero antes de nada, como buenos experimentales queremos saber qué estamos viendo. Cuando interponemos una lámina retardadora entre dos polarizadores cruzados ya se ha visto que esta lámina es capaz de cambiar la polarización de la luz hasta tal punto que aunque nuestro polarizador esté cruzado a través de la lámina veamos el monitor del ordenador. La gracia de esta técnica es que buena parte de los plásticos (polietilenos sobre todo) por las técnicas de fabricación son materiales en los que cambia su capacidad de polarizar la luz de un punto a otro muy cercano. De esta forma podemos ver los puntos de inyección, fusión y unión de la propia pieza plástica. Esta técnica permite a los fabricantes saber cuál es la zona más sensible (por donde es más fácil que se rompa) de la pieza que de otra forma sería imposible de ver.

Pero pasemos a ejemplos prácticos.

Bolsita de sellado hermético


Polarimetry_bag_1

En esta imagen, como en todas las siguientes si no se indica lo contrario, se colocó el polarizador cruzado hasta el punto en que el monitor se veía negro, de ahí la oscuridad de alrededor. Esta bolsita al ser de plástico muy blando apenas tiene zonas sensibles, pero sí nos permite ver que es una lámina retardadora.

Bolsa de plástico duro


Polarimetry_bag_2

Esta otra bolsita ya sí se ve que tiene líneas muy marcadas en horizontal respecto a la imagen. Estas líneas muy probablemente se deban a la dirección en la que se aplicó el material, estirado del polímero. Como curiosidad, lo que hay en su interior son osciladores de cuarzo


Caja de CD/DVD

Polarimetry_CDbox


Las cajas de CDs o DVDs también se comportan como láminas retardadoras. Y esta imagen es un muy buen ejemplo de ello. Aquí ya sí que vemos varios puntos de inyección. En la derecha se ve por donde se ha introducido el material a alta presión y también en las pestañas de cierre como las líneas están deformadas.

Tarrina de DVD


Polarimetry_DVDbox

Esta tapa de una tarrina también se ve una multitud de ondas debidas al rápido enfriamiento del material. Al enfriarse de forma rápida se producen tensiones dentro de este que se manifiestan de forma evidente cuando se utiliza luz polarizada. Aquí estamos viendo todo un “festival” de tensiones.

Escuadra de dibujo

Polarimetry_square


Las escuadras utilizadas para dibujo escolar también son unos muy buenos retardadores. En la parte inferior, centro, se ve por donde se ha introducido el material, y en las esquinas interiores se ven dos puntos en donde está pinzado el material. También, en la parte superior se puede ver una línea que define muy bien por donde se han unido las dos corrientes de material. Esta escuadra si se rompe de forma fortuita lo hará, de forma mucho más probable, por cualquiera de los puntos destacados.

Papel celofán, precinto o fixo

Polarimetry_guaix_1 Polarimetry_guaix_2


El clásico “celo” es una lámina retardadora de media onda debido a que su fabricación se basa en el estiramiento de polímeros en una única dirección. En la fotografía de la izquierda se ve que cuando colocamos el polarizador perpendicular al monitor, se ve sin ningún problema el logo de
GUAIX. Mientras que si giramos el polarizador y lo ponemos paralelo a la polarización del monitor se puede ver la luz del monitor sin problemas mientras que el “celo” se oscurece.

Gafa de cristal orgánico

Polarimetry_glasses


En esta fotografía podemos ver mi propia gafa. Toda usuario de gafa que cuente con cristales orgánicos tiene a su disposición dos láminas retardadoras que pueden dar mucho juego. En el “cristal” se pueden ver múltiples flexiones y pinzamientos en los extremos, sobre todo en el cristal de la derecha (según la fotografía) en los bordes. Mientras que el de la izquierda tiene una deformación que hace que tenga cierta forma piramidal, de ahí la cruz oscura.

Materiales utilizados

Polarimetry_monitor Polarimetry_equipment

Monitor utilizado en el experimento. Todos los materiales que se han usado para experimentar de izquierda a derecha y de arriba abajo: tarrina, celofán, polarizador, escuadra, caja de CD, precinto, bolsa de plástico.


En las imágenes anteriores podemos ver los materiales que se han usado. Como se puede ver, no es necesario un material terriblemente sofisticado para pasar un buen rato de experimentación. Si no contamos con un polarizador a mano, como ya he apuntado antes, podemos utilizar unas gafas para películas en 3D de los cines como las de la siguiente imagen.

Polarimetry_3Dglasses_1


Como curiosidad adicional presento la siguiente imagen en la que se ve el curioso comportamiento cuando se enfrentan dos gafas para 3D. La explicación de su funcionamiento la dejaré para otra entrada.

Polarimetry_3Dglasses_2


Hemos visto que la polarimetría es una técnica tremendamente útil para ver más allá de lo que ve nuestro ojo, que permite ahorrar grandes costos de fabricación al detectar fallos internos del material y además a precios muy muy bajos.

Vídeo

A continuación se puede ver un vídeo en el que se puede apreciar cómo varían los colores según se va rotando uno de los polarizadores. Esto se debe a que la birrefringencia del material depende de la orientación del polarizador. Si los polarizadores están perfectamente cruzados el material presentará un patrón, mientras si están paralelos presentará exactamente el patrón opuesto.




Share