Polarization
29 Jun, 2013
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PDFMechanical stresses
PRESENTATION: From an industrial point of view, materials are not in themselves interesting. What really makes them useful is the possibility to give them the ideal or correct shape and make products that make everyday life easier. The characteristics of plastics, be they chemical, structural or whatever, determine the corresponding method for giving them shape and the final properties of the finished product. The contours of equal mechanical tension can be analysed in birefringent plastics by using polarising sheets and this means that the injection point can be appreciated, if there is one, or the areas where there is a build up of stress.
- Polarized patterns, Steve Dail, Phys. Teach. 51, 245 (2013)
- Polarization Imaging and Insect Vision, Adam S. Green, Paul R. Ohmann, Nick E. Leininger, and James A. Kavanaugh, Phys. Teach. 48, 17 (2010)
- Polarizing Filters Aren’t Supposed to Do THAT!,Matt Evans, Phys. Teach. 46, 59 (2008)
- A Polarizer Demo Using LCDs, Gerd Kortemeyer, Phys. Teach. 46, 58 (2008)
INTRODUCTION: Photoelasticity is a property that can be used to analyse and record mechanical stresses in components. These objects are subjected to numerous forces that can be analysed by observing the colour bands that appear on them when they are placed between two polarised sheets, thanks to the properties of birefringence and polarised light.
We can interpret the distribution of forces in these materials, that is, the points that have an equal direction of main forces or equal difference of main forces.
OBJECTIVE: To analyse mechanical forces in different materials by using photoelasticity.
MATERIALS: polarised sheets, projector, light source, various everyday plastic objects.
SETUP: Place the object to be analysed on the projector screen, located between two polarised sheets. Then switch on the projector. Finally, the contours of equal mechanical stress can be observed.
EXPLANATION: The polarised sheets are polarising devices that absorb the light vibrating on different planes except for one, which is allowed to pass through. Two perpendicular polarised sheets do not let light through.
When a photoelastic material is placed between two perpendicular sheets, isochromatic bands can be seen that are related to the mechanical stresses in the material.
By using a table that relates fringe order with the colours of the isochromatic bands, the material’s mechanical stresses can be interpreted.
CONCEPTS: polarisation, photoelasticity, birefringence, polariscope. Brewster’s law.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2012-2013: José Ignacio Iglesias, Ángel López, Isabel López.
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
67 responses to "Polarization"
La luz polarizada, normalmente utilizada en los microscopios petrográficos, es fundamental para la identificación de una propiedad fundamental de los cristales, como es el pleocroismo. A continuación os dejo un enlace donde esta aplicación práctica de la luz polarizada se ve muy bien. Os recomiendo visualizar los vídeos que se facilitan en ella.
En este canal de YouTube aparecen varios vídeos de utilización/aplicación del microscopio petrológico.
Unha aplicación moi curiosa da polarización é poder crear un monitor que só se poida ver cunhas gafas polarizadas. Para isto simplemente temos que eliminar a capa externa que polarizaba o monitor e desta maneira soamente poderemos ver a pantalla cunhas gafas polarizadas. Como, por exemplo, neste vídeo.
En algunas pantallas de determinados dispositivos tecnológicos se puede observar este fenómeno ,si usamos gafas polarizadas, veremos la pantalla completamente negra, debido a la polarización de ambos cristales. Como por ejemplo en este enlace, podemos apreciar el efecto que se produce.
Una de las aplicaciones más cotidianas de las lentes polarizadas es la fabricación de gafas de sol (las buenas, las de mala calidad son simples cristales oscurecidos). En esta página web se explica como funcionan las gafas de sol, lente por lente, además de explicarse conceptos de óptica y sobre la naturaleza de la luz.
Las lentes polarizadas reducen de forma considerable el deslumbramiento producido por la luz reflejada, esto las hace indispensables para esquiar o pescar. En el siguiente vídeo un pescador muestra este efecto.
La polarización de la luz se manifiesta como una propiedad cuando ésta atraviesa ciertos filtros que permiten que pase sólo la parte de la luz cuyo plano de oscilación coincide con la dirección del filtro. De esta forma se puede “obtener” luz solar, pero sin las radiaciones ultravioleta y poder aprovechar así los efectos beneficiosos del sol, principalmente como inhibidor de la inflamación, en aplicaciones como fisioterapia o fototerapia. En el siguiente enlace se describe un sistema de fototerapia basado en la luz polarizada.
Clara explicación de los conceptos de la fotoelasticidad y esto es importante, ya que estamos hablando de una técnica ampliamente usada en todos los campos para determinar con precisión deformaciones superficiales y para determinar los esfuerzos en una parte o estructura durante ensayos estáticos o dinámicos.
Muchos animales son capaces de ver la luz polarizada, incluso algunos cefalópodos como las sepias llegan a controlar la polarización de la luz que refleja su piel para comunicarse en secreto. En el nº 410 de “La revista Investigación y Ciencia: Edición Española de Scientific American”, de 2010 podemos encontrar un artículo muy interesante sobre el tema titulado “Curiosidades de la Física. Sepias polarizantes”
La polarización por dispersión puede observarse cuando la luz pasa por la atmósfera de la Tierra. La dispersión de la luz produce el resplandor y el color cuando el cielo está despejado. Esta polarización parcial de la luz dispersada puede ser usada para oscurecer el cielo en fotografías, aumentando el contraste. Este efecto es fácil de observar durante la puesta de sol, cuando el horizonte forma un ángulo de 90° respecto a la dirección del observador hacia el sol. Otro efecto fácilmente observado es la reducción drástica del resplandor de las imágenes del cielo reflejadas sobre superficies horizontales, que es la razón principal por la que a menudo se usan filtros polarizadores en gafas de sol. También puede verse con frecuencia que un filtro polarizador muestre algunos arcoíris a causa de la dependencia del color de los efectos de la birrefringencia, por ejemplo en las ventanas de cristal laminado de los automóviles o en artículos hechos de plástico transparente. El papel desempeñado por la polarización en una pantalla LCD puede verse con unas gafas de cristal polarizado, pudiendo reducir el contraste incluso hasta a hacer la visión de la pantalla ilegible.
La fotoelasticidad permite realizar un análisis cualitativo de los esfuerzos. Esto hizo que se convirtiera en una de las técnicas más empleadas cuando fue desarrollada al principios del siglo XX, debido a su mayor cobertura de patrones de esfuerzo y mayor precisión visual. Esta técnica permite la realización de ensayos de elementos mecánico y estructuras mediante modelos transparentes, en los que se estudia el patrón de franjas coloreadas (isocromas).
” La fotoelasticidad es una técnica experimental para la medición de esfuerzos y deformaciones. Se basa en el uso de luz para dibujar figuras sobre piezas de materiales isotropos, transparentes y continuos, que están siendo sometidas a esfuerzos. Las figuras que se dibujan son semejantes a las mostradas al realizar un análisis de elementos finitos ya que se pueden observar contornos y colores”
supongo que tinene especial importancia en analisis de estructuras de carga
Unha forma interesante para observar a polarización da luz
Como apunta o primeiro dos comentarios, as cunhas de polarización da luz son unha ferramenta fundamental nos microscopios petrográficos. Segundo estea a rede cristalina orientada respecto a la dirección de polarización da luz, os minerais son opacos o deixan pasar a luz, e co cambio da orientación, cambian a súa cor. Déixovos uns vídeos asombrosos do pleocroismo da Biotita (a mica negra).
La fotoelasticidad es un fenómeno muy interesante y fácil de mostrar a los alumnos. Además es algo que tiene una aplicabilidad. A continuación, dejo dos ejemplos de ello: 1)el ensayo de modelos transparentes de elementos mecánicos y de estructuras mediante el estudio de las isocromas; 2)los sensores de fibra óptica polarimétricos en los que, bien una tensión mecánica transversal provocada mediante aplastamiento o por reflexión, o bien otra magnitud física transformada en tensión mecánica, provoca un cambio del estado de polirización a la salida de la fibra. Del análisis de este estado de polarización se extrae el valor de la magnitud que lo ha provocado.
Una forma bastante tradicional de tratar de explicar la polarización siempre ha sido trabajando con láminas o superficies polarizantes. Pero en muchos casos las explicaciones se quedaban en meras curiosidades. Con este vídeo podemos ver una aplicación de la polarización que normalmente no se explica en bachillerato.
Esto es ¡sorprendente! No he leído algo como esto desde hace mucho . Maravilloso hallar a alguien con algunas ideas originales sobre este tema. Este sitio web es algo que se necesita en la blogoesfera , alguien con un poco de dominio. Un trabajo útil para traer algo nuevo a Internet. Gracias de todos lo que te leemos.
La fotoelasticidad se convirtió, a partir del siglo XX, en una técnica para el análisis cualitativo de esfuerzos y deformaciones. Se usa la luz para mostrar esfuerzos en diversos materiales debido a los cambios en el índice de refracción al estar la pieza de material sometida a una carga.
Actividad realmente sorprendente con la que se pueden introducir multitud de conceptos físicos. Los materiales necesarios son fáciles de conseguir y la actividad me parece muy motivadora en el caso de alumnos de secundaria, ya que sorprende el resultado obtenido. Dejo un vídeo donde el fundamento de la actividad es la misma, pero en este caso se utilizan filtros de cámara polarizados y la pantalla de un portátil.
Este concepto fue explicado en el Máster por el profesor Benito y me ha parecido muy interesante, ya que si me lo hubiesen explicado de esta manera en Bachiller posiblemente lo hubiese entendido a la primera.
Un día soleado, paseando, en la playa, piscina…con tus gafas de sol de las buenas para protegerte del sol, recibes una llamada en tu móvil y no eres capaz de ver la pantalla o se ve muy mal. La causa más probable es que seas víctima de la doble polarización de las lentes polarizadas de tus gafas que no están alineadas con la polarización de la pantalla de tu móvil. Aquí tenéis una explicación de este efecto.
En relación con algunos comentarios anteriores sobre las gafas de sol polarizadas, os comparto un vídeo del canal de youtube “The Science Asylum” (el cual os recomiendo, ya que tiene vídeos muy interesantes) en el que se explica de manera dinámica y visual cómo funciona el polarizador óptico de las gafas de sol.
Las gafas de sol polarizadas filtran la componente de luz polarizada y nos permiten ver sin reflejos. Esto resulta muy útil cuando vamos conduciendo al amanecer o al anochecer ya que la posición del sol a esas horas dificulta la visibilidad. Sin embargo, muchas veces podemos tener dificultad para ver cosas que sabemos que deberían estar ahí como la pantalla de la radio, del móvil o de una cámara de fotos ya que el uso de lentes polarizadas hace que la radiación solar deje de vibrar y entonces no se vea en determinados planos. Ante este efecto si cambiamos el plano de visión girando ligeramente la cabeza dejamos entrar parte de esa radiación que se estaba bloqueando y podremos ver mejor.
Este efecto puede ser visualizado en el laboratorio también con “pinzas de turmalina“. Y si os interesa, aquí os dejo otras curiosidades del reino animal y la luz polarizada.
La gamba mantis (mantis shrimp, en inglés) es un crustáceo marino que recientemente se ha descubierto que posee un sistema de visión de los más complejos y extraordinarios del reino animal: mientras que el ojo humano posee tres tipos de receptores de color, estos animales poseen 16 receptores diferentes, además de 6 canales de polarización, por lo que son capaces de percibir la luz polarizada. La gamba mantis utiliza la luz polarizada como un medio para advertir de su presencia a los competidores agresivos: muestran patrones circulares polarizados en su cuerpo, particularmente en sus patas, cabeza y cola, haciéndose visibles contra sus contendientes durante los enfrentamientos. Recientemente se ha desarrollado una cámara, la Mantis Cam, que imita la visión de la gamba mantis. Lo interesante de esta cámara es su potencial aplicación en la detección de células cancerígenas, las cuales no reflejan la luz polarizada, en particular la luz polarizada circular, de la misma manera que las células sanas.
Siguiendo lo comentado anteriormente por Olalla, las gambas mantis no son los únicos animales que pueden captar la luz polarizada. La especie de tarántula Lycosa tarantula utiliza la luz polarizada para orientarse. Estas tarántulas establecen su posición con respecto a su nido a la hora de volver a él gracias a la captación de luz polarizada del cielo, a través de los ojos medianos anteriores. Científicos/as de la Universidad Autónoma de Madrid han realizado estudios sobre este tema.
Además de encontrarnos con gafas de sol polarizadas, en el campo de la medicina, se utilizan gafas polarizadas para el estudio y el diagnóstico del “Síndrome de Visión del Ordenador (CVS)” en un test de estereoagudeza. Para más información sobre cómo prevenir problemas oculares derivados del empleo de dispositivos con pantallas retroiluminadas, consultar el siguiente enlace.
Aquí os dejo un sencillo experimento para ver el efecto de la luz polarizada. La fotoelasticidad como se menciona en el inicio del artículo, describe cambios en las propiedades ópticas de un material sometido a deformación mecánica. Es una propiedad de todos los medios dieléctricos y se usa a menudo para determinar experimentalmente la distribución de esfuerzos en un material, donde da una imagen de distribuciones de esfuerzos alrededor de discontinuidades en materiales. Por esto mismo, los experimentos fotoelásticos son una herramienta importante para determinar los puntos críticos de tensión en un material y se utilizan para determinar la
concentración de tensión en geometrías irregulares.Esta técnica es muy útil sobretodo en la fase de modelización ya que permite el estudio de tensiones en prototipos así como validar experimentalmente estudios numéricos previos.
A realización deste experimento, permite traballar cos alumnos unha serie de conceptos, de maneira que se presenten de forma clara e visual para facilitar o seu entendemento. Un destes conceptos a traballar é a lei de Brewster, que establece que o cambio relativo no índice de refracción é proporcional á diferenza entre as deformacións principais sobre o material no punto en cuestión. Por outra banda, cabe destacar que ademáis da fotoelasticidade, existen varias técnicas de análise experimental de esforzos por métodos ópticos: moire, speckle, entre outras. A fotoelasticidade ten varias vantaxes sobre os outros métodos, xa que é unha técnica sinxela de implementar, de baixo custo, que permite medir no campo os esforzos en estruturas grandes e que axuda a establecer criterios de deseño, xa que se pode modificar o modelo para producir un diseño óptimo co mínimo posible de esforzos máximos. Así mesmo, existen tres tipos de técnicas de fotoelasticidade: de transmisión, reflexión e tridimensional.
Como muestran los comentarios anteriores, la polarización de la luz realmente presenta una gran variedad de aplicaciones en ámbitos diversos y es de gran utilidad en todos ellos. Mediante la introducción de Olalla, seguida de AndreaL, cada vez se están observando más seres vivos que utilizan la luz polarizada en su supervivencia, a mayores de lo presentado en sus comentarios tenemos, por ejemplo, el uso de este fenómeno por los peces dorados (ej. Carassius auratus) para aumentar la velocidad de escape ante el peligro, o peces de la especie Selene vomer que tendrían la capacidad de modular la reflectancia respecto al ángulo de polarización incidente para camuflarse, y se sigue investigando sobre la utilización de las aplicaciones de la luz polarizada en el ambiente acuático como si es posible su uso para romper el camuflaje de animales transparentes como Ctenóforos. Para más información este Trabajo de Grado. El interés despertado por la visión polarizada en seres vivos es tal que hay un libro de 400 páginas sobre este tema: HORVÁTH, G.; VARJÚ, D. Polarized Light in Animal Vision. Springer, 2003. También me parece apropiado mencionar la utilización de este fenómeno en otras disciplicas como el arte, mostrando en siguiente vídeo algunos de los trabajos presentados por Austine Wood Comarow en la colección Polage. Una auténtica preciosidad. Destacar también la facilidad de mostrar a los/as alumnos/as este fenómeno, que seguro, han experimentado ellos mismos durante algún verano con alguna de sus gafas de Sol (evidentemente polarizada) y la pantalla de sus móviles.
Técnica muy interesante que se podría usar en clases universitarias. Me atrevería a decir que, con los sistemas y programas informáticos de los que disponemos, está en desuso, pero, pese a esto sigue siendo muy representativa, fácil de hacer y excelente herramienta para la docencia. Lamentablemente se escapa a las contenidos de secundaria ya que se trata de un cálculo de niveles más avanzados.
Experiencia muy interesante para mostrar a los alumnos las tensiones a las que se encuentran sometidos los materiales simplemente por cómo fueron fabricados. Con esta experiencia los alumnos comprenderán más fácilmente por qué cierto tipo de objetos siempre se rompen por el mismo punto. A pesar de que no es un tema que se trate directamente en la materia de Tecnología, se podría abordar cuando se explican los materiales o cuando se explican las estructuras (asociándolo con las tensiones).
Sen dúbida,un dos beneficios da fotoelasticidade é a súa facilidade de uso. A diferencia de outros métodos analíticos de determinación da tensión, a fotoelasticidade proporciona una determinación máis precisa da distribución da tensión, incluso en materiales irregulares.
La actividad práctica de esta entrada me parece muy sencilla de realizar y con materiales económicos, ya que solo necesitamos una fuente de luz, dos láminas polarizadas y objetos de plástico transparente, pero muy útil para abordar de forma visual diversos conceptos físicos como: la polarización, la fotoelasticidad o la birrefringencia.
En el siguiente enlace del museo de ciencia Exploratorium, podemos encontrar otras actividades relacionadas. También me gustaría señalar que, este fenómeno fotoelástico fue descubierto por el físico escocés David Brewster en 1816, quién realizó estudios en una pieza de vidrio sometido a esfuerzos y, haciendo pasar a través del vidrio luz polarizada, observó una serie de franjas de diversos colores, cuya posición cambia si se modifica en intensidad oposición el sistema de cargas. Sin embargo, no fue hasta principios de siglo XX cuando se realizaron una serie de investigaciones sobre sus aplicaciones, que dieron lugar a su desarrollo y gran aplicación en la industria.
Una proyecto muy sencillo y muy visual. Recuerdo preguntar a profesores de física por este efecto en mi etapa de secundaria y descubrir lo interesante que podían ser objetos cotidianos como la escuadra y el cartabón
Me parece un proyecto de lo más interesante. Sobre todo, muy sencillo y que se puede explicar de una manera muy clara y visual. Para ampliar información, me gustaría dejar este artículo de la Universidad de Burgos, que me parece muy fácil de leer y que habla precisamente de este tema.
Ya se ha comentado que el principal uso del microscopio de luz polarizada es identificar sustancias cristalinas (minerales). Sin embargo, también quiero destacar que también se usa para visualizar sustancias fibrosas (como el citoesqueleto celular), sustancia amiloide, asbesto, colágeno, cristales de uratos, queratina, sílice, polen, etc.
Una técnica muy interesante para determinar las zonas de tensión en piezas de diferentes materiales y geometrías. Actualmente, con las herramientas digitales y de simulación que existen en los entornos industriales estas técnicas estarán cada vez más en desuso. Aun así, estoy seguro de que en el pasado serían herramientas muy útiles para los ingenieros de desarrollo.
Método muy interesante, útil y sencillo para comprender las tensiones mecánicas que sufren los objetos, explicar los conceptos de polarización de la luz y birrefrigencia y la ley de Brewster. Considero que esta técnica debería utilizarse en la materia de Tecnología cuando se explican los materiales, las estructuras y los esfuerzos, ya que se puede hacer con multitud de materiales de los que disponemos en el aula. Además, el uso de la fotoelasticidad permite observar las tensiones en objetos irregulares, en los cuales por otros métodos es complicado determinar.
En la naturaleza nos encontramos con sustancias birrefrigentes y esta propiedad puede tener interesantes aplicaciones en el campo de la mecánica, como se ha comentado. Sin embargo, existen otras utilidades de esta propiedad que no son tan conocidas, como es su uso en la investigación alimentaria. Un ejemplo es el que voy a exponer a continuación:
Los gránulos nativos de almidón son birrefringentes, cuando se irradian con luz polarizada desarrollan la típica “Cruz de malta”, presentando en su centro un hilio, el cual indica un alto grado de orden molecular dentro del grano. Durante la gelatinización se desintegra la estructura del gránulo nativo de almidón y este pasa de ser insoluble en agua a absorber agua. Llega un momento en el que los gránulos alcanzan su volumen máximo y pierden su patrón de difracción de rayos X y su birrefringencia.
La gelatinización, y posterior retrogradación del almidón, condicionan la textura de los productos de panadería. Sin embargo, la naturaleza exacta de los cambios estructurales que ocurren durante el proceso de gelatinización es aún mal comprendida y sigue siendo investigada. Gracias a las propiedades de la birrefringencia y la luz polarizada, se puede estudiar los procesos de gelatinización de almidones de distintas procedencias bajo distintas condiciones de temperatura.
Este es un buen ejemplo de cómo técnicas ópticas experimentales han contribuido a la obtención de importantes avances en el campo de la ingeniería, a través de sus aplicaciones. Técnicas como el efecto Moiré o la fotoelasticidad, con su continuo desarrollo, han permitido su extensión a diferentes campos de actividad industrial. En el artículo que adjunto a continuación se ofrece un resumen de las aplicaciones industriales desarrolladas, explicando sus fundamentos y las principales ventajas y desventajas de cada una de ellas.
La isomería es un fenómeno que se produce cuando dos o más compuestos tienen la misma fórmula molecular pero su estructura molecular es diferente. Por lo tanto, presentan diferentes propiedades físicas y químicas. La estereoisomería o isomería óptica es un tipo de isomería, en el que las moléculas se diferencian únicamente en el efecto que tienen sobre la luz. Cuando se incide luz polarizada sobre dos estereoisómeros, uno desvía la luz hacia la derecha (dextrógiro) y el otro hacia la izquierda (levógiro). La estereoisomería la presentan las moléculas quirales. Una molécula quiral es una molécula que no se puede superponer con su imagen especular, como es el caso de las manos.
Conocía esas aplicaciones de la polarización, pero buscando información me he encontrado con que actualmente se emplean técnicas polarimetricas en medicina para la identificación de tejidos, y me parece súper interesante mezclar la física con la sanidad. Muchos componentes biológicos, como por ejemplo, el colágeno, el tejido de la retina o la melanina, afectan a la polarización de la luz. Las propiedades de los tejidos biológicos de birrefringencia o dicroísmo pueden ser detectadas mediante polarización, lo que permite la caracterización de un gran número de tejidos. El objetivo de estas técnicas es la realización de biopsias ópticas in vivo, para tejidos superficiales e incluso interiores mediante la utilización de endoscopios ópticos. Estas técnicas nos permitirían además de identificar tejidos, conocer cuales están sanos y cuales no, siendo de gran ayuda en medicina preventiva.
Estos experimentos ayudan a ver cómo la fotoelasticidad puede ser interesante para, por ejemplo, evaluar la calidad de las piezas de un producto (como puede ser, por ejemplo, un vehículo) y revisar los puntos que puedan estar sufriendo un estrés mayor.
Os recomiendo ver este vídeo de la Universidad Politécnica de Valencia sobre los fundamentos de la fotoelasticidad.
Vídeos muy interesantes, me encanta la forma de ver las tensiones mecánicas de esta metodología. Mediante la enseñanza de simulaciones CAE de materiales reales se podría enseñar que esto en la realidad sucede igual con otros materiales como metales.
Considero especialmente útil mostrar este principio de fotoelasticidad a los alumnos, debido a la gran utilidad que tiene a la hora de analizar la tensión y resistencia mecánica de los materiales. Estoy seguro de que este principio se utiliza en controles de calidad tras la fabricación de todo tipo de piezas mecánicas que deben resistir algún tipo de fuerzas.
Muchas gafas de sol tienen lentes polarizadas, por lo que este tema se podría vincular con óptica. Estas gafas son una muy buena solución para evitar reflejos incómodos procedentes de la nieve o el agua, de ahí que su uso esté muy extendido en el esquí y la pesca. Estas gafas que cada vez son más comunes en nuestro día a día tienen un inconveniente cuando se quiere visualizar algo en una pantalla (por ejemplo leer un mensaje en el móvil); muchas veces parece que la pantalla está apagada. Esto es debido a que las pantallas LCD emiten precisamente luz polarizada, la cual es filtrada por estas gafas, ocasionando que no veamos la luz procedente de ellas. La solución a este problema suele ser cambiar el ángulo de la pantalla para que la luz no llegue tan horizontal. Después también se pueden hacer actividades como crear arte con luz polarizada, con la cual además de hablarles sobre el tema se está trabajando su imaginación.
Muy interesante! En general visualizar conceptos como la tensión es algo que cuesta, el principio de fotoelasticidad lo hace más sencillo. Como aportación, dejo el link a un vídeo en el que se explica cómo sacar fotos sencillas a la fotoelasticidad de objetos como un tenedor de plástico.
La polarización se manifiesta cuando la luz atraviesa algún filtro que permite solo que pase la parte de luz que cuyo plano de oscilación coincide con la dirección del filtro. Un experimento muy claro y muy fácil de llevar al aula.
Existen diferentes modelos de manipulación de la polaridad como por ejemplo la reflexión o la birrefringencia. Siguiendo estos modelos se pueden crear filtros y láminas, como por ejemplo las gafas polarizadas. Estas gafas hacen que las amplitudes de la luz incidente en ciertos ángulos disminuyan, de forma que la luz pierde intensidad, y por tanto aportan una mayor protección a nuestros ojos.
De gran aplicación en la edificación y diferentes industrias, esta técnica ha ido evolucionando hasta llegar a la posibilidad de realizar estas mediciones sobre piezas opacas que se recubren con una resina que presenta birrefringencia bajo carga.
Este tipo de experimento es muy completo, ya que permite no solo hacer un simple experimento, sino trabajar con aplicaciones del teléfono, que seguro les motiva para continuar probando y les despierta la curiosidad. Además, nos permite sacar partido a las gafas mágicas!
Con unos elementos tan sencillos y con poco presupuesto se puede observar cómo se comporta la luz. Muy visual y fácil de aplicar en el aula, que seguro resulta muy entretenido para los alumnos.
Fácil de aplicar en un aula; como dato a comentar curioso. En 1967 Thorkild Ramskou propone el uso de la polarización de la luz para la orientación de los barcos vikingos en océano.
Si, neste enlace explican que usarían unha peza de calcita cristalina (Espato de Islandia) tallada en forma de bloque que, mediante a dobre refracción (birrefringencia), permitía coñecer a posición do Sol incluso con néboa ou cun ceo moi nubrado.
Me pareció muy interesante este tema, además de desconocido para mí. Investigando por internet, me sorprendió la historia de la fotoelasticidad, desarrollada a principios del siglo XX, convirtiéndola en una técnica para el análisis de los esfuerzos y deformaciones, basando su uso de luz para dibujar figuras sobre piezas de materiales isótropos, transparentes y continuos, que están siendo sometidos a esfuerzos. Especial interés y práctica tuvo en la industria, dejando atrás el resto de los métodos, ya que ninguno tenía la misma precisión visual.
Por este motivo la aplicación en gafas polarizadas es idóneo ya que ayudan a filtrar la radiación UV y proteger la vista.
Tamara De Ruz
En la fotoelasticidad, se utilizan modelos transparentes hechos de materiales fotoelásticos. Estos modelos suelen ser placas delgadas que representan la forma y dimensiones del componente real. Al iluminar estos modelos con luz polarizada, se observan patrones de colores que revelan las áreas sometidas a tensiones y la magnitud relativa de esas tensiones. El principio subyacente es que la birrefringencia en el material es proporcional a la magnitud de las tensiones presentes. Al analizar los patrones de colores resultantes, los ingenieros pueden obtener información valiosa sobre la distribución y la intensidad de las tensiones en el componente. Esta técnica es particularmente útil para evaluar la calidad de los diseños y garantizar que los materiales soporten las cargas mecánicas de manera adecuada, contribuyendo así a la detección y análisis de tensiones en componentes mecánicos.
La particularidad de los materiales fotoelásticos recae en su propiedad birefrigente, puesto que esta les permite desdoblar la luz incidente en dos rayos como si tuvieran dos índices de refracción distintos. Desconocía esta propiedad de los materiales, y me ha sorprendido su enorme utilidad para evaluar las cargas sobre una pieza al recubrirla con una película de dicho material. Que, como se menciona en el video, esto permita incluso evaluar las cargas sobre materiales de tipo composite, me resulta increíble.
Un experimento muy visual y sencillo que podemos hacer con multitud de objetos de nuestro alrededor. En el curso de secundaria de 4º ESO dentro del curriculo de Tecnología tenemos las diferentes técnicas de fabricación. Con este experimento podemos observar visualmente como se obtiene piezas plásticas a través de la inyección. Gracias a este experimento se puede ver el flujo de llenado y los puntos donde el material acumula las tensiones incluso como influye esto en las propiedades de la pieza, como por ejemplo por donde romperá primero si la doblamos y por que ? Este es un experimento muy interesante y real, ya que, hoy en dia los plásticos están por todo nuestro entorno. Además, ayudaremos a fomentar el ámbito STEM que actualmente sufre una crisis de vocación
En ingeniería, el cálculo de tensiones es extremadamente importante para estructuras u objetos que estarán sometidos a fuerzas o deben ser resilientes durante mucho tiempo. Este experimento visual es la forma idónea de poder inculcar en la juventud la importancia de este tipo de cálculos en la vida real (y de porqué ciertos objetos resisten tanto).
Pensando en como explicar en secundaria este concepto, se me ocurre pensar que la polarización es como poner “orden” en la luz, haciéndola mover en una sola dirección. Algún ejemplo práctico podría ser el uso de lentes de sol polarizados, que bloquean algunas de las ondas de la luz reflejada en las superficies brillantes, reduciendo así el resplandor y mejorando la claridad de lo que se está viendo.
La polarización de la luz es una propiedad de las ondas electromagnéticas que describe la orientación de las oscilaciones del campo eléctrico. La luz natural no está polarizada, es decir, las oscilaciones del campo eléctrico se producen en todas las direcciones. La polarización de la luz se puede lograr mediante filtros polarizadores. Los filtros polarizadores permiten que pase sólo la luz que vibra en una dirección específica. En el contexto del texto original, se menciona la aplicación de la polarización de la luz para obtener luz solar sin las radiaciones ultravioleta. Las radiaciones ultravioleta son un tipo de radiación electromagnética que puede ser dañina para la piel. La luz solar natural contiene radiaciones ultravioleta. Sin embargo, la luz solar polarizada no contiene radiaciones ultravioleta. Por lo tanto, la luz solar polarizada puede ser utilizada para aprovechar los efectos beneficiosos del sol, principalmente como inhibidor de la inflamación, en aplicaciones como fisioterapia o fototerapia. A continuación un vídeo complementario sobre lo tratado anteriormente.
Experimento práctico para explicar la fotoelasticidad y su aplicación en la industria. Esta técnica también tiene aplicaciones en el ámbito biológico, como en el de la biomecánica. Se puede utilizar para analizar la resistencia de los huesos y estudiar cómo varían las tensiones en las diferentes estructuras óseas, lo que además de ayudarnos a estudiar la biomecánica, facilita el diseño y aplicación de las prótesis
Un experimento visual y sencillo que explica conceptos interesantes como son la fotoelasticidad o la birrefrigencia. Además, busca analizar los esfuerzos mecánicos en diferentes objetos, que son muy importantes para la ingeniería y la industria. Esta actividad se podría llevar a cabo tanto en física, como en tecnología.
Me gustaría introducir un tema relacionado con la luz polarizada: su uso en técnicas de diagnóstico biomédicas.
Este artículo es un poco complejo, pero es muy interesante ya que guía al lector en la construcción de modelos físicos que permitan describir la dispersión de la luz en modelos de tegidos biológicos. En particular, me parece interesante la efectividad de un modelo genérico de dispersión simple que auna las dispersiones de Raylieght y Mie (recientemente explicadas en el canal QuantumFracture). Se describen diferentes modelos, cada vez más complejos (incluyendo dispersión múltiple), hasta llegar a la aplicación de los mismos en el procesamiento de imágenes mediante luz polarizada. Para aquellos que deseen sólamente ver la apicación o algún ejemplo, recomiendoa cudir directamente a la sección 6 (“Imagen polarizada”, página 071114-23) del artículo.
¡Gran artículo! La explicación sobre la polarización y su aplicación en la fotoelasticidad es muy clara y educativa. Me parece fascinante cómo se pueden analizar las tensiones mecánicas en materiales utilizando láminas polarizadas. Además, sería interesante mencionar cómo la polarización también se utiliza en tecnologías modernas, como las pantallas LCD y las cámaras de visión polarizada, que mejoran la calidad de imagen y la detección de tensiones en materiales.