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Contenido principal

Polarizaciones lineal y circular de la luz

Este es el principio físico subyacente a los lentes de 3D. Creado por David SantoPietro.

Transcripción del video

vamos a hablar de la polarización de la luz y nosotros sabemos que es la luz son ondas electromagnéticas están compuestas de campos electromagnéticos como los que estoy dibujando aquí éstos se encuentran verticalmente y este es el campo eléctrico de esta onda de luz pero sabemos que esto no es suficiente sabemos que un campo eléctrico por sí solo no se puede sostener necesita de un campo magnético que esté cambiando estos campos magnéticos van a estar cambiando y van a ser perpendiculares al campo eléctrico voy a tratar de dibujarlo aquí aunque no es tan fácil dibujarlo en un espacio bidimensional va más o menos así y el campo magnético es perpendicular al campo eléctrico pero si trato de dibujar ambos campos al mismo tiempo se me va a saturar mi pantalla así que solo voy a observar el campo eléctrico aunque yo sé que existe el campo magnético y normalmente es suficiente conocer la dirección del campo eléctrico para deducir lo demás así que nos vamos a enfocar en el campo eléctrico que significa la polarización bueno imaginen que si esta luz está siendo dirigida hacia nuestro ojo oa lo mejor algún detector que es lo que vamos a ver que veremos en el caso de tener aquí una polarización bueno vamos a dibujar un par de ejes aquí arriba así y así y esta línea este eje está justo aquí en el centro y esto va directo hacia nuestro estamos observando directamente a esta línea y esto que va de arriba a abajo aquí lo veremos de arriba a abajo y de lado a lado en la dirección donde tengo mi campo magnético lo veríamos así en este caso lo que mi ojo va a observar son aquellos campos eléctricos que van arriba o hacia abajo solo aquellos que van hacia arriba o hacia abajo pueden ser de diferente tamaño pero si yo puedo solamente ver aquellos campos eléctricos que vayan arriba o abajo entonces voy a tener una polarización tendré luz polarizada y la luz polarizada es aquella cuyo campo eléctrico solo está oscilando en una dirección en este caso de arriba a abajo que sería la dirección vertical o podría estar polarizada horizontalmente o diagonalmente aquí no importa tener la luz polarizada en cualquier dirección a lo mejor tengo un rayo de luz cuyo campo eléctrico está diagonal y solo lo puedo ver en esta dirección aquí en este caso también tendremos un rayo de luz polarizada estos dos son casos de polarización de la luz ya que solamente tengo una dirección en la que está oscilando la luz y ustedes pueden pensar caray pues en qué momento puedo encontrarme luz que no esté polarizada bueno de hecho la luz que viene directamente del sol no está polarizada también la luz que podemos ver de aquellos focos viejitos incandescentes que se calentaban al encenderse también la luz que sale de aquí no es polarizada puede ir en cualquier dirección al mismo tiempo y sobreponiéndose entre sí si dibujáramos el campo eléctrico de un foco incandescente veríamos algo como esto una parte de su campo magnético iría por acá otra en otro momento idea por acá otra hacia acá en todas las direcciones posibles también tendríamos luz que llega directamente hacia nosotros tendríamos que sumar todas estas para obtener el total e incluso quizás no sea la misma cantidad pero lo que quiero decir aquí es que nosotros en un momento dado no sabemos cuál va a ser la dirección que traiga el campo eléctrico de este rayo de luz puede llegar de cualquier dirección así que esto no es polarizado no es polarizado esto de aquí en algún momento del tiempo el campo eléctrico puede estar apuntando para acá o puede estar apuntando para acá o por acá es aleatorio en cambio estos dos y son polarizados como puedo yo polarizar luz que no viene polarizada de la fuente pues muy sencillo vamos a usar unos dispositivos conocidos como polarizador es estos elementos sólo me van a dejar pasar la luz que está en cierta dirección por ejemplo a lo mejor este solo me deja pasar aquella luz que está en esta dirección vertical este polarizador está hecho de un material que solo me permite pasar aquella luz que coincide con esta orientación esto es un polarizador polarizador no son caros normalmente están hechos de plástico y tienen una configuración que me permite pasar solamente aquella luz que coincide con esta orientación y me bloquea todo lo demás que no cumple con esto cualquier rayo de luz que quiera pasar por aquí y que no esté polarizado verticalmente se va a bloquear lo que significa que si yo tomo este polarizador y lo pongo al frente de esta luz entre mi ojo y el foco lo que yo veré será solamente a aquellos rayos de luz que tienen esta dirección todos los demás se van a bloquear podemos rotar esto e imaginarnos que tenemos un polarizador que solo va a dejar pasar la luz que está polarizada horizontalmente de esta manera solo dejara pasar a la luz que está en esta dirección por lo que nosotros solamente veremos estos rayos de luz que tienen esta dirección o podemos colocarlo en cualquier ángulo que nosotros querramos y sólo va a dejar pasar a aquellos rayos de luz que coinciden con el ángulo que tenemos aquí así que una vez que usamos estos dispositivos vamos a tener luz que está polarizada luz que solo tiene una orientación esto es la polarización pero porque nos interesa vamos a quitar esto por un momento ustedes han escuchado hablar de los lentes polarizados imagínense que se encuentran cerca del agua o del hielo o de la nieve o de cualquier material que refleje la luz imaginamos que se encuentran en el exterior y está el sol muy brillante es un día muy bonito pero el problema aquí es que se van a deslumbrar si esa superficie es reflejante y llega la luz del sol aquí les va a dar directo en el rostro y los va a deslumbrar que esta luz no es polarizada por lo que va a estar en todas las direcciones pero algunos rayos de luz van a tener esta dirección que va a llegar aquí y les va a dar en el rostro tenemos luz ambiental que viene de las nubes o de lo que nos rodea pero esta luz que llega aquí directamente es bastante dura si nos llega directamente al rostro nos va a molestar va a evitar que podamos ver nos va a deslumbrar no nos va a dejar ver lo que nos rodea así que no queremos que nos deslumbre no queremos deslumbrarnos qué podemos hacer aquí bueno resulta que cuando la luz del sol se refleja en una superficie aunque ya sabemos que la luz del sol no es polarizada una vez que esta luz se refleja se va a polarizar o al menos se va a polarizar parcialmente imaginemos que tenemos esta superficie y esta luz va a llegar de aquí sin polarizar se va a ir en cualquier dirección que se le ocurra nuestro campo eléctrico va a tener una dirección aleatoria y así es como viene la luz del sol sin embargo una vez que se refleja esta luz va a estar o va a tener cierta polarización y esta polarización depende del plano o del ángulo que tenga esta superficie en la que se refleja debido a que esta superficie está horizontal una vez que llega esta luz y se refleja aquí el reflejo va a estar polarizado en su mayor parte horizontalmente estos componentes horizontales del campo eléctrico se van a encontrar más presentes que los componentes que tengan otra dirección quizás no completamente aunque hay veces en que la luz se polariza totalmente pero no es necesario puede ser una polarización parcial y esto es genial porque yo ya sé que puedo hacer voy a colocarme frente a mis ojos unos polarizador es que bloqueen los rayos de luz con polarización horizontal aquí voy a dibujar mis lentes polarizados y ya que quiero deshacerme de lo que me deslumbra como los voy a configurar voy a asegurarme que mis lentes polarizados sólo dejen pasar la luz con la orientación vertical y bloqueen todo lo demás de esta manera todo esto que me puede deslumbrar se bloquea ya que la mayor parte de esto tiene una orientación horizontal y no vertical esto es algo bueno que hace la polarización por nosotros por lo que es bueno conocerla esto también le gusta a los pescadores ya que ellos quieren observar lo que se encuentra por debajo del agua no el brillo que se refleja en ella ellos quieren ver a los peces que se encuentran por acá queremos ver la luz que viene del pez y no este brillo tremendo que viene del sol así que los lentes polarizados son muy buenos pero también podemos hacerles trucos a nuestros ojos por ejemplo en estos lentes puede ser que en un ojo se tenga una polarización vertical y en el otro ojo una polarización horizontal y ustedes me pueden decir oye esto no tiene sentido este ojo va a recibir mucho brillo bueno estos lentes no son para usar en el exterior pero este truco lo podemos hacer cuando vamos a ver películas al cine la razón por la que vemos en tres dimensiones es porque nuestros ojos están separados cierta distancia y cada uno recibe una imagen ligeramente diferente y es por eso que podemos ver en tres dimensiones podemos simular algo parecido con estos lentes si tenemos este tipo de polarización en la pantalla del cine cierta luz puede salir con una polarización y otra luz puede salir con otra polarización y con esto podemos enviar dos imágenes diferentes a cada uno de nuestros ojos si nos quitamos los lentes esto se va a ver muy feo va a estar todo borroso y no se va a ver bien ya que tendremos estas dos imágenes diferentes que se van a trasladar cuando ustedes ven una película de tres dimensiones y se quitan los lentes en el cine la imagen se ve muy fea ya que nuestros dos ojos reciben estas dos imágenes pero cuando nos ponemos los lentes este ojo sólo va a tener aquella luz que tiene esta orientación y este otro ojo va a haber solamente aquella luz que tiene esta otra orientación y de esta manera tendremos una imagen tridimensional esto es bastante útil para diversas cosas permítanme regresar a esto aquí tenemos esta polarización vertical y se le llama polarización lineal lo mismo en este caso aquí también tenemos polarización lineal porque la luz pasa solamente en una dirección lineal en este caso arriba abajo o en diagonal estas dos son lineales pero podemos tener polarización circular así que regresamos aquí y tenemos nuestro campo eléctrico que apunta hacia arriba así pero imaginemos que tenemos otro rayo de luz que no tiene su polarización en este sentido ahora nuestro rayo de luz va a estar más o menos este no es el campo magnético de esta onda sino un rayo de luz completamente diferente que también tiene su propio campo magnético independiente de este otro rayo aquí lo que sucede es que tendremos un campo eléctrico que va en esta dirección y otro campo eléctrico que va en esta dirección que es lo que va a observar nuestro ojo si está nuestro ojo por aquí dibujamos nuestros ejes por acá cuando esta parte del rayo de luz llegue a mi ojo este componente yo lo voy a ver así esto es este campo eléctrico y este componente de este otro campo eléctrico lo voy a ver por lo que el campo eléctrico total va a lucir así puedo usar aquí el teorema de pitágoras para encontrar el valor exacto de esto pero por el momento solo nos interesa la dirección luego esta luz llega aquí donde tenemos los dos campos eléctricos en cero por lo que aquí solo veremos esto y ahora llegamos aquí y lo que vamos a ver es esto apuntando hacia la derecha y en este mismo punto el campo eléctrico rojo va a estar apuntando hacia abajo así que esto también lo tengo aquí y en este punto el campo eléctrico total va a estar por acá y voy a tener esto que se repite una y otra vez aquí voy a tener luz polarizada diagonalmente y me pueden decir bueno y esto para qué me sirve no hay nada nuevo aquí para que envió dos rayos de luz de manera que me den esta polarización diagonal pudimos haber mandado solamente un rayo de luz que ya tuviera su polarización diagonal y con obtener esto que queremos la razón es que si yo desfase esta onda morada unos 90 grados o pie entre dos de fase aquí algo mágico sucede voy a tener esto así ahora no sólo vamos a tener una polarización diagonal vamos a quitar esto de aquí dibujamos de nuevo nuestros ejes aquí está nuestro campo eléctrico de esta onda y comenzamos con este campo eléctrico en rojo que lo veríamos así el campo eléctrico rosa está en cero así que solamente vería esto solo tendría esto de manera que mi campo eléctrico total lo voy a dibujar aquí estaría así en verde tendremos nuestro campo eléctrico total luego paso por acá y veremos que una parte de este campo eléctrico apunta hacia arriba pero también tendremos una parte de este campo eléctrico rosa que apunta hacia acá por lo que tendré un campo eléctrico total que apunta hacia acá ahora llego a este punto en donde tengo todo el campo eléctrico de la onda rosa y nada del campo eléctrico de la roja por lo que mi campo eléctrico total va a apuntar hacia acá que es lo que está pasando esta polarización de la luz solamente con este desplazamiento de 90 grados lo que yo observo con mi ojo es que esta polarización va a ir cambiando va a ir rotando de esta manera voy a ver que la polarización se mueve en este patrón circular que estoy mostrando más o menos aquí y es debido a esto que lo llamamos polarización polarización circular polarización circular este es otro tipo de polarización en donde el ángulo de polarización va a rotar suavemente conforme se mueven estos rayos de luz aunque bueno realmente conforme está esta distribución primero vamos a recibir el rayo de luz que se encuentra más cerca de nosotros luego será el que sigue y el que sigue irá así y así y es por eso que veremos la polarización en sentido horario y ustedes se pueden preguntar bueno para que nos interesa la polarización circular puedes hacer un momento no les dije las cosas exactamente como son lo que normalmente ocurre en las salas de cine es que no tenemos una polarización vertical y horizontal ya que si nosotros la dejáramos ligeramente nuestra cabeza ya no podríamos recibir la imagen tal cual con tantito que la dejáramos nuestra cabeza este ojo ya no va a recibir la imagen completa sino un poquito de ambas imágenes lo mismo con este ojo de manera que veríamos las cosas borrosas en este caso nuestra cabeza tendría que estar perfectamente nivelada y tendría que estar así durante todo el tiempo que dure la película lo que podría ser algo incómodo por lo que vamos a tener lentes polarizados circularmente uno de los lentes va a tener la polarización en esta dirección y el otro de los lentes tendrá la polarización en la otra dirección de esta manera no importa si la veamos un poco nuestra cabeza ya que esta es una polarización en sentido horario y este es en sentido antihorario así que es tener la polarización circular en las películas de tres dimensiones que esto sea más fácil veremos bien nuestra película en tres dimensiones aunque nuestra cabeza se la dé un poco