Polarización: ¡Qué sustos nos das!


La polarización es una propiedad de la luz a la que nuestros ojos, como la mayoría de los fotoreceptores, no hacen caso, pero es una propiedad que bien   usada puede servir para darnos buenos sustos sacando a los personajes de la pantalla del cine. ¿Quieres saber como funciona el cine en 3 dimensiones? ¿Quieres saber qué es la polarización? ¿Quieres saber como funciona una pantala de cristal líquido? Pues sigue leyendo, ya que para todo esto se utiliza esa propiedad de la luz que no vemos.

Polarización, quien te ha visto y quien te ve

La polarización de la luz es un fenómeno que fue observado y estudiado por primera vez en 1809 por Étienne-Louis Malus, quien estudió la polarización por reflexión, que más tarde perfeccionó y formuló Sir David Brewster, pero no nos centraremos en como obtener luz polarizada, sino en explicar de que hablamos cuando hablamos de luz polarizada.

 

La luz es una onda electromágnetica que se propaga en la dirección perpendicular al plano de oscilación del campo eléctrico y magnético, hablamos de polarización cuando la oscilación de este campo eléctrico vibra con cierto “orden”, de manera general podremos hablar de polarización lineal, circular y elíptica, como se puede ver en la siguiente figura:

Polarisation rectiligne.gif Polarisation circulaire.gif Polarisation elliptique.gif
Diagrama de polarización lineal
Diagrama de polarización circular
Diagrama de polarización elíptica
Lineal Circular Elíptica

Cuando hablamos de luz polarizada nos referimos a este propiedad de la vibración del campo eléctrico (o magnético) de una determinada forma, la luz natural normalmente no está polarizada, lo que quiere decir que no tiene un patrón claro de oscilación, en todos los haces de luz hay parte de luz que estará polarizada y parte que no lo estará, pero hay diversas forma de polarizar la luz. Por ejemplo, solo con reflejar la luz en una superficie se produce una polarización lineal perpendicular a la superficie reflejada, es más, hay cierto ángulo (ángulo de Brewster) en el que toda la luz estará polarizada.

 

Por este motivo los fotógrafos utilizan filtros polarizadores para eliminar reflejos.

 

Polarizador en Fotografía
(Foto extraida de este post que si te interesa la fotografía no debes perderte)

Y aparte de eliminar reflejos, ¿Sirve para algo más?

Realmente los dispositivos que hacen uso de esta propiedad de la luz están por todos los sitios, ya que cualquier pantalla de cristal líquido utiliza la polarización para mostrar la información, y ya sabemos que los cristales líquidos están por todos los sitios, ¿o no?

 

Si hacemos una búsqueda en imágenes de pantallas de cristal líquido obtenemos lo siguiente:

Busqueda en google

¿Os suenan las cosas que aparecen aquí?. Pues sí amigos, todo esto es gracias a la polarización de la luz, pero lo realmente interesante es como funcionan ¿Os interesa?

 

Para explicar como funcionan primero tendremos que saber qué es un cristal líquido.

Cristal líquido

Los cristales líquidos son una sustancia formada por moléculas que reaccionan ante un campo eléctrico (voltaje aplicado) de forma que se alinean con este, las moléculas normalmente se encuentran en una formación parecida a esta (estado nemático):

Fase nemática

Se llaman cristales líquidos ya que mantienen cierta estructura aunque tengan apariencia y propiedades de fluidos, esta estructura varía con la temperatura pero son diseñados para que en el rango de temperaturas normales de uso mantengan esta estructura nemática que es la que nos interesa.

 

Esa especie de balones de rugby que se aprecian en la imagen son las moléculas que forman el cristal, y que al ser polares responderán al voltaje aplicado cambiando su orientación.

 

Si consideramos que la luz atraviesa un material de este tipo, es fácil imaginar que el campo eléctrico se verá afectado de manera distinta si la oscilación de este coincide con el eje largo del balón de rugby o con el eje corto, en realidad lo que se observará es que la luz experimenta un índice de refracción distinto dependiendo de la orientación.

 

Que tenga dos índices de refracción significa que la velocidad de la luz a través del material es distinta dependiendo de la orientación de esta, dado que en la polarización tenemos definidos estos ejes de oscilación, lo que producirá este cambio de índice es un cambio en la polarización de la luz incidente.
Este fenómeno se conoce como Birrefrigencia, pero además en este caso como hemos dicho que las moléculas del cristal líquido responden al voltaje aplicado tendremos que esta diferencia de índice de refracción será controlada por este. Con lo que el cambio en la polarización también podremos controlarlo.
Muy bien, cambiamos el estado de polarización de la luz, pero ¿No me has dicho antes que eso nosotros no podemos verlo? ¿Cómo se puede usar eso para visualizar datos o imágenes en una pantalla?
Tranquilos que ya voy, lo que se hace para poder visualizar datos es elegir con que estado de polarización queremos entrar en el cristal líquido, y esto se consigue colocando un polarizador lineal a la entrada, de esta forma toda la luz que atraviesa el cristal líquido estará polarizada, y a la salida se coloca otro polarizador lineal con el eje cruzado, es decir que si el cristal líquido no cambiase la polarización no pasaría nada de luz, con lo que tendríamos un pixel negro, si ahora vamos aplicando tensión, lo que haremos es cambiar la polarización de entrada, con lo que habrá cierta cantidad de luz que sea capaz de pasar por el polarizador de salida, obteniendo los distintos niveles de gris, es decir, vamos aumentando la intensidad de luz que podemos ver a la salida del sándwich.
Bueno pues ahora ya tenéis una idea de como funcionan la mayoría de las pantallas LCD que os podéis encontrar por ahí.
Pero, no se vayan todavía que aún hay más:
El cine en tres dimensiones actual hace uso del mismo principio, al menos algunos sistemas, el ser humano es capaz de apreciar distancias porqué tenemos dos ojos, y esto nos permite hacer cierta triangulación ya que tenemos imágenes ligeramente diferentes en cada uno de los ojos. Visión estereoscópica le llaman.
Así que para que las imágenes parezca que salgan de la pantalla solamente tendremos que buscar un método para enviar cada una de las imágenes al ojo correspondiente, si recordáis las películas antiguas utilizaban unas gafas con un ojo azul y otro rojo, de forma que favorecían la llegada de cada una de las imágenes al ojo correspondiente, esto producía el efecto deseado, pero la película perdía mucha calidad en el color.
Aquí es donde aparece nuestra amiga, porqué supongo que ya será una amiga, la polarización, actualmente lo que se hace es enviar fotogramas con polarización cruzada, de forma que las gafas que llevamos en los cines tienen cristales transparentes, pero en realidad son polarizadores lineales con el ángulo cruzado, de forma que por un ojo llegará una imagen y por el otro la misma pero convenientemente desplazada. De esta forma no se pierde nada en los colores y seguimos teniendo el tan deseado efecto tridimensional. Además podéis comprobarlo, coger dos gafas de las que os dejen para ver la película y girar un cristal sobre el cristal de las otras gafas y veréis como se va atenuando la luz que la atraviesa hasta desaparecer en el punto donde los polarizadores están cruzados.
También podréis apreciar otro uso que se hace de la polarización, con esas mismas gafas mirad vuestro reloj digital, si es de plástico mucho mejor, aparte de que puede ser que perdáis la visión de algún dígito podréis ver que se forman una especie de sombras muy raras el plástico que tapa la pantalla, esto es debido a que el estrés mecánico al que está sometido el plástico cambia  su índice de refracción, con lo que cambiará el estado de polarización de la luz que lo atraviese, y como llevamos los detectores de polarización puestos podremos tener una visión de este estrés mecánico. ¡Alucinante! ¿no?, también sirven unas de esas gafas de sol polarizadas que se venden sobre todo para deportes acuáticos ya que elimina los reflejos del sol en el agua.
Referencias:
Pochi Yeh, Claire Gu “Optics of Liquid Crystal Displays” – Wiley InterScience
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7 Respuestas a “Polarización: ¡Qué sustos nos das!

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  4. oscarrobertoernst

    Se trata de divulgación tecnológica, y aplicación científica, es apreciable el artículo.

  5. Pingback: Óptica | Annotary

  6. Pingback: Polarización: ¡Qué sustos nos das! | Ciencia-Física | Scoop.it

  7. Es una gran entrada, muy pedagócia y original. De esos textos que te descubren curiosidades muy interesantes de la ciencia. Divulgación en estado puro.
    Un beso!
    Laura

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