Secundaria ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

[Ingun]

Hola a todos de nuevo, y gracias por dedicar unos minutos a este post.

He entendido los fundamentos de la óptica y la polarización, pero me surge una duda teórica: ¿por qué la luz que se ve refleada en "puntos intensos", como es la luz que se refleja en la carretera cuando conducimos, o la luz que forma "puntos muy intensos" sobre superfícies pulidas, es luz especular? ¿Qué ha ocurrido para que pase de ser una luz con ondas difusas a una luz polarizada? Entiendo que es polarizada porque los filtros polarizados pueden atenuarla muchísimo.

Mucha gracias a todos!

[pod]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Todo haz de luz puede siempre descomponerse en dos componentes polarizadas perpendiculares entre sí; si el haz total no está polarizado, entonces ambos haces tendrán la misma amplitud.

Al reflejarse, es como si estos dos haces polarizados se comportan prácticamente como si fueran diferentes. Una de las componentes es perpendicular a la superficie de reflexión, mientras que el otro es perpendicular. Parte de cada uno de estos haces polarizados se transmite al interior de la superficie (donde, si el material es opaco, acaba siendo absorbido y calentando el material), mientras que el resto de la energía es reflejada. Se puede demostrar (más adelante te doy una pista de donde sale) que para un ángulo concreto (llamado anglo de Brewster) el haz perpendicular a la superficie es 100% transmitido (y luego absorbido), no se refleja ni un ápice. Para ángulos al rededor de este ángulo justo, se refleja una fracción muy pequeña, pero sigue siendo minúscula en comparación con la reflexión de la luz paralela. Por eso el haz reflejado tiene una componente polarizada dominante.

¿Cómo se demuestra eso? Bueno, en una clase de óptica física lo que harían sería tomar las condiciones de continuidad del campo electromagnético y tener en cuenta la conservación de la energía (incidente debe ser igual a transmitida más reflejada). De este procedimiento se pueden deducir tanto los coeficientes de transmisión y reflexión, como las leyes de Snell y la de reflexión. Las condiciones de continuidad vienen a decir que a ambos lados de una superficie, las componentes de los campos eléctrico y magnéticos tangenciales y normales a la misma, deben cumplir ciertas condiciones de continuidad (si no recuerdo mal, la componente normal del campo eléctrico y la componente tangencial del magnético deben ser iguales a ambos lados). Lo importante es que, a fin y efecto de garantizar estas condiciones de continuidad, la onda electromagnética perpendicular a la superficie debe transmitirse en un gran porcentaje. De lo contrario, no había "suficiente campo" para garantizar la continuidad.

Es una idea un poco vaga, pero espero que te sirva. Sino, puedes encontrar la demostración en cualquier libro de óptica física (busca las ecuaciones de Fresnel).

[Ingun]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Hola pod!

Muchas gracias por tu respuesta. Verás, estaba mirando los componentes de reflexión de la luz de los materiales. El "reflejo bola 8" de billar (el círculo de luz intenso que se ve en una bola de billar negra en un punto) se denomina componente especular. Me gustaría saber si está relacionado con el fenómeno de polarización de manera análoga a la polarización de la luz de la carretera.

Un saludo.

[pod]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Hola pod!

Muchas gracias por tu respuesta. Verás, estaba mirando los componentes de reflexión de la luz de los materiales. El "reflejo bola 8" de billar (el círculo de luz intenso que se ve en una bola de billar negra en un punto) se denomina componente especular. Me gustaría saber si está relacionado con el fenómeno de polarización de manera análoga a la polarización de la luz de la carretera.

Un saludo.

Diría que no. Parece tener más que ver con la diferencia entre reflexión especular y difusa.

[Ingun]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Pues la verdad es que no acabo de tener muy clara la idea de polarización con respecto a la polarización de la luz al producirse la reflexión en una carretera.
Por un lado, tenemos que todo haz de luz posee dos componentes. ¿Son componentes vectoriales cuya suma es la dirección del haz? ¿son campos?
Por otro, sé que lo has explicado, pero no lo he conseguido entender: ¿por qué resulta la luz reflejada en la carretera, ser polarizada? ¿Por qué el resto de haces han sido absorbidos?



Gracias, y disculpa!

[pod]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Pues la verdad es que no acabo de tener muy clara la idea de polarización con respecto a la polarización de la luz al producirse la reflexión en una carretera.
Por un lado, tenemos que todo haz de luz posee dos componentes. ¿Son componentes vectoriales cuya suma es la dirección del haz? ¿son campos?
Por otro, sé que lo has explicado, pero no lo he conseguido entender: ¿por qué resulta la luz reflejada en la carretera, ser polarizada? ¿Por qué el resto de haces han sido absorbidos?

Gracias, y disculpa!

En toda onda hay algo que oscila. En el caso de las ondas electromagnéticas, lo que oscila es el campo eléctrico (y el magnético, que vibra al compás). Es una onda transversal, es decir, la dirección en que vibra el vector es perpendicular a la dirección de propagación. Comoquiera que vivimos en un espacio de 3 dimensiones (o, por lo menos, tres son las que tienen relevancia a nuestra escala), hay dos direcciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Esas son las dos polarizaciones posibles.

[Ingun]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Hola pod, y gracias por la paciencia.

Asegura la Wikipedia que: "Una onda electromagnética polarizada. Las oscilaciones del campo eléctrico sólo se producen en el plano del tiempo, son perpendiculares a las oscilaciones del campo magnético, y ambas son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda".
O sea, que un haz de luz tiene una componente que "deja a su paso un campo eléctrico" y un "campo electromagnético", ambos con "centro" en el haz de luz. ¿Es así?
Si es así, ¿por qué sólo pueden ser perpendiculares entre sí?

- - - Actualizado - - -

Mmmm, independientemente del mensaje anterior, esta luz especular que comentábamos antes, algo debe tener que ver con la polarización. Dice la wikipedia que:

For most interfaces between materials, the fraction of the light that is reflected increases with increasing angle of incidence . If the light is propagating in a material with a higher index of refraction than the material whose surface it strikes, then total internal reflection may occur if the angle of incidence is greater than a certain critical angle. Specular reflection from a dielectric such as water can affect polarization and at Brewster's angle reflected light is completely linearly polarized parallel to the interface.

¿No tendrá que ver el ángulo de Brewster con el brillo "bola ocho"? Antes, tendría que aclarar las dudas de mi anterior post :-S

Y continúa diciendo que:

[FONT=sans-serif]The law of reflection arises from [/FONT]diffraction[FONT=sans-serif] of a plane wave with small [/FONT]wavelength[FONT=sans-serif] on a flat boundary: when the boundary size is much larger than the wavelength then electrons of the boundary are seen oscillating exactly in phase only from one direction – the specular direction. If a mirror becomes very small compared to the wavelength, the law of reflection no longer holds and the behavior of light is more complicated.[/FONT]

Siento ser tan pesado, chicos.

[pod]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Si es así, ¿por qué sólo pueden ser perpendiculares entre sí?

Es una consecuencia directa de las ecuaciones de Maxwell. La ecuación de ondas se deduce directamente de ellas.

Piensa, por ejemplo, en la ley de Ampere, según la cual la variación del flujo eléctrico en el interior de una espira es igual a la circulación del campo magnético al rededor de ella. Para que haya variación en el flujo debido a la variación del campo eléctrico, es necesario que dicha espira sea perpendicular a la dirección de vibración del ese campo. A su vez, la circulación del campo magnético solo capta las componentes que son paralelas a la espira. Y, por tanto, el campo magnético debe ser perpendicular al eléctrico en una onda.

¿No tendrá que ver el ángulo de Brewster con el brillo "bola ocho"? Antes, tendría que aclarar las dudas de mi anterior post :-S

No. Si tu enfocas una linterna a un espejo, sólo ves un reflejo luminoso de la misma. Pues lo mismo, las luces de la habitación sólo se reflejan en un punto de la bola.

[FONT=sans-serif]The law of reflection arises from [/FONT]diffraction[FONT=sans-serif] of a plane wave with small [/FONT]wavelength[FONT=sans-serif] on a flat boundary: when the boundary size is much larger than the wavelength then electrons of the boundary are seen oscillating exactly in phase only from one direction – the specular direction. If a mirror becomes very small compared to the wavelength, the law of reflection no longer holds and the behavior of light is more complicated.[/FONT]

Creo que es mejor que termines de entender la óptica clásica antes de entrar en la cuántica.

[Ingun]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Hola pod, gracias por tu respuesta.

Ahora ya me he empapado un poco más. Me gutaría asegurarme: ¿el águlo de brewster explica la polarización de la luz reflejada en la carretera? y ¿cuál es la "segunda superfície" de la carretera en la que se produce la refracción de la luz?

Muchas gracias!!!

Edito: perdón, creo que no hay una "segunda superfície". El ángulo de brewster se calcula con los índices de refracción del aire y de la superfície (n1/n2). Lo que no acabo de entender en los esquemas del libro es que haya luz "refractada" al interior de la carretera, puesto que es una superfície opaca.

Edito 2: una pregunta, independiente de lo anterior: ¿cómo podría demostrar experimentalmente que la luz posee un campo magnético?

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Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Edito: perdón, creo que no hay una "segunda superfície". El ángulo de brewster se calcula con los índices de refracción del aire y de la superfície (n1/n2). Lo que no acabo de entender en los esquemas del libro es que haya luz "refractada" al interior de la carretera, puesto que es una superfície opaca.

En efecto, son dos medios separados por una superficie. Uno de los medios puede ser el vacío o el aire.

"Opaca" es un termino relativo. La luz siempre penetrará algo. Sólo que si el material es lo suficientemente grueso (lo que marca si es "suficientemente grueso" depende del material), en vez de llegar al otro extremo del cuerpo (que en este caso sería el planeta Tierra ), toda la luz transmitida será absorbida por el material, y probablemente reemitida de alguna otra forma.

Edito 2: una pregunta, independiente de lo anterior: ¿cómo podría demostrar experimentalmente que la luz posee un campo magnético?

La luz no posee un campo magnético. La luz es una oscilación del campo eléctrico y del magnético. Con demostrarlo, ¿te refieres a algo que puedas hacer tú, o como se pudo llegar a hacer en su día? En cualquier caso, lo mejor es que abras otro hilo.

[Ingun]

Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Hola pod, gracias de nuevo. He abierto ese hilo. Por cierto, sobre el ángulo de Brewster, podría calcular la luz polarizada que se refleja en la carretera, ¿verdad? Este ángulo responde a la pregunta de la luz polarizada en la carretera, ¿es así?
Y finalmente: ¿podría calcular así la polarización entre dos superfícies: aire - agua, aire - cristal... etc. Resulta muy práctico para la experimentación.

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Re: ¿Por qué se polariza la luz reflejada en una carretera?

Hola pod, gracias de nuevo. He abierto ese hilo. Por cierto, sobre el ángulo de Brewster, podría calcular la luz polarizada que se refleja en la carretera, ¿verdad? Este ángulo responde a la pregunta de la luz polarizada en la carretera, ¿es así?
Y finalmente: ¿podría calcular así la polarización entre dos superfícies: aire - agua, aire - cristal... etc. Resulta muy práctico para la experimentación.

En el ángulo de Brewster, la luz es 100% polarizada. Cerca de él, es "bastante" polarizada.

En efecto, puedes calcular el ángulo a partir de los índices de refracción. En wikipedia/google encontrarás la fórmula sin problemas.