Si tuviera que salir de su casa en un día caluroso y soleado, sin duda usaría anteojos de sol. Si está viendo una película en 3D, también necesitará gafas 3D. La polarización tiene una influencia significativa en ambos casos. Aprenderás sobre dos tipos de ondas en este artículo: ondas transversales y ondas longitudinales. También aprenderá sobre la polarización y la luz polarizada en un plano. Echemos un vistazo más de cerca a la polarización e investiguemos más a fondo.
Polarización
La polarización es un fenómeno inducido por la naturaleza ondulatoria de la radiación electromagnética, según la física. La luz del sol es un ejemplo de onda electromagnética ya que viaja a través del vacío para llegar a la Tierra. Debido a que un campo eléctrico interactúa con un campo magnético, estas ondas se conocen como ondas electromagnéticas.
La polarización es el proceso de convertir la luz no polarizada en luz polarizada. La luz en la que las partículas vibran en todos los planos se conoce como luz no polarizada.
En este fenómeno intervienen dos tipos de ondas. Estos son:
- Ondas transversales: Las ondas en las que el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de movimiento de la onda. Por ejemplo, cuando arrojas una piedra, crea ondas en el agua y ondas de sonido que se mueven por el aire.
- Ondas longitudinales: Ocurre cuando las partículas del medio se mueven en la misma dirección que las ondas.
La combinación de fuerzas eléctricas y magnéticas que viajan por el espacio se conoce como luz. Las vibraciones eléctricas y magnéticas de una onda de luz son perpendiculares entre sí. El campo magnético viaja en una dirección y el campo eléctrico en la otra, pero siempre son perpendiculares. Entonces tenemos un campo eléctrico en un plano, un campo magnético perpendicular a él y una dirección de viaje que es perpendicular a ambos. Las vibraciones eléctricas y magnéticas pueden ocurrir en una variedad de planos.
La luz no polarizada se define como una onda de luz que vibra en más de un plano. Las fuentes de luz no polarizadas incluyen la luz emitida por el sol, una lámpara y un tubo de luz.
Una onda polarizada es el tipo opuesto de onda. Las ondas de luz que vibran en un solo plano se conocen como ondas polarizadas. La luz polarizada plana está formada por ondas con la misma dirección de vibración para todas ellas.
Tipos de polarización
Los tres tipos de polarización basados en el movimiento de ondas transversales y longitudinales son los siguientes:
- Polarización lineal: el campo eléctrico de la luz está confinado a un solo plano a lo largo de la dirección de propagación en polarización lineal.
- Polarización elíptica: el campo eléctrico de la luz se propaga a lo largo de un camino elíptico. Los dos componentes lineales no tienen la misma amplitud y diferencia de fase.
- Polarización circular: el campo eléctrico de la luz tiene dos componentes lineales que son perpendiculares entre sí y tienen amplitudes idénticas, pero la diferencia de fase es π ⁄ 2. El campo eléctrico que se produce se propagará con un movimiento circular.
Métodos utilizados en la polarización de la luz
Hay algunas formas diferentes de polarizar la luz:
Polarización por Polaroids
Podemos observar que hay un plano de vibración paralelo al plano del siguiente diagrama. También hay un plano de vibración que es perpendicular al plano. La primera imagen es una que no está polarizada. La segunda imagen está polarizada, lo que significa que es perpendicular o paralela a la primera. Entonces, comencemos con polaroids para entender la polarización.
Las polaroides son materiales polarizantes formados por moléculas que están orientadas en una dirección específica. Existe un eje de paso en cada Polaroid. Solo el eje de paso permitirá que la luz fluya a través. Tanto el eje de paso horizontal como el vertical pueden existir en una polaroid. La forma en que la luz lo atraviesa está determinada por estos. Cuando la luz que no está polarizada viaja a través de una polaroid, se polariza.
Polarización por dispersión
Cuando la luz golpea una molécula o un átomo, la energía de la luz se absorbe y se vuelve a emitir en múltiples direcciones. La polarización provoca esta dispersión. Además, la luz emitida viaja en muchas direcciones.
Cuando la luz no polarizada incide sobre una partícula, obtenemos luz dispersa. Como resultado, cuando la luz no polarizada viaja a través de una molécula, la luz se polariza en la dirección perpendicular al rayo incidente. Como resultado, la polarización de la luz ocurre en esta dirección.
Y así es como la dispersión de la luz provoca la polarización. La luz dispersada se emite en una dirección que es perpendicular al haz incidente. Además, la luz dispersa tiene una polarización completa, pero la luz que viaja a través de las moléculas tiene una polarización parcial.
Polarización por reflexión y refracción
El rayo incidente, el rayo reflejado y el rayo refractado se pueden ver en el siguiente diagrama. La luz no polarizada es visible en el haz incidente. La luz no polarizada se representa en el diagrama de arriba. El punto denota direcciones perpendiculares, mientras que las líneas denotan direcciones paralelas.
La mayoría de la luz en el rayo reflejado está polarizada paralela al plano, con solo unas pocas excepciones. Por el contrario, la mayor parte de la luz en un haz refractado no está polarizada, con uno o dos componentes polarizados. Como resultado, podemos ver que los rayos reflejados y refractados están parcialmente polarizados.
ley de brewster
La ley dice que el rayo reflejado está completamente polarizado en un ángulo de incidencia específico. El ángulo entre los rayos reflejados y refractados también es de 90°. Ángulo total = 90° si i = i B , es decir cuando el ángulo de incidencia es igual al ángulo de Brewster .
Según la ley de Snell,
μ = pecado yo ⁄ pecado r
Cuando la luz incide en el ángulo de Brewster, entonces
yo si + r = 90°
r = 90° – yo segundo
sen r = sen (90° − yo segundo ) = cos yo segundo
Sustituye el valor de sen r en la fórmula de μ.
μ = sen yo segundo ⁄ cos yo segundo
μ = bronceado yo segundo
Aplicaciones de la polarización
Los siguientes son algunos ejemplos de aplicaciones de polarización:
- En química, los métodos de polarización se utilizan para determinar la quiralidad de las moléculas orgánicas.
- La diferenciación entre ondas transversales y longitudinales se realiza mediante polarización.
- En la industria del plástico, los filtros Polaroid se utilizan para realizar pruebas de análisis de tensión.
- La polarización se utiliza para crear y mostrar películas tridimensionales.
- En las gafas de sol, la polarización se utiliza para minimizar el deslumbramiento.
- Se utiliza para analizar terremotos en sismología.
- La polarización se utiliza en la espectroscopia infrarroja.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: Un haz de luz golpea la superficie de una placa de vidrio con un índice de refracción de √3 en el ángulo de polarización. ¿Cuál será el ángulo de refracción del rayo?
Responder:
Considere i P ser el ángulo de polarización,
Índice de refracción, μ = tan i P = √3
⇒ yo P = 60°
Ángulo de refracción, r = 90° – i P
= 90° – 60° = 30°
Por lo tanto, el ángulo de refracción es de 30° .
Pregunta 2: ¿Varía la magnitud del vector de campo eléctrico en el caso de luz polarizada linealmente?
Responder:
La magnitud del vector del campo eléctrico fluctúa regularmente con el tiempo en cualquier forma de luz, ya sea polarizada o no polarizada.
Pregunta 3: ¿Por qué las ondas de luz exhiben polarización pero las ondas de sonido no exhiben polarización ?
Responder:
La polarización solo se puede ver en ondas transversales. Las ondas de sonido no se pueden polarizar porque las ondas de luz son ondas transversales, mientras que las ondas de sonido son ondas longitudinales.
Pregunta 4: En una onda polarizada, ¿cuál es la dirección en la que oscilan los vectores eléctricos?
Responder:
Cuando se polariza una onda de luz, la polaroid absorbe los vectores eléctricos a lo largo de la dirección de propagación. Como resultado, los vectores eléctricos fluctúan en una dirección perpendicular a la propagación de la onda. El eje de paso es el nombre de esta dirección.
Pregunta 5: Describa una ventana que permita el paso de toda la luz incidente sin reflejarse.
Responder:
La ventana de Brewster es una aplicación práctica de la ley de Brewster. Cuando la luz incide sobre una placa de vidrio limpia, se transmite la mayor parte de la luz incidente (>> 92 por ciento), mientras que solo se refleja un pequeño porcentaje.