Polarización por reflexión y ley de Brewster

¿Qué es la polarización por reflexión?

Un día, tú y un amigo están jugando con un slinky. Tomas un extremo y tu amigo el otro. Mientras está de pie a unos pocos metros de distancia, puede enviar una ola por el slinky moviendo el brazo hacia arriba y hacia abajo o de lado a lado, y la ola viajará por el slinky hasta llegar a su amigo. No importa de qué manera mueva el brazo, la ola seguirá viajando a lo largo del slinky. La única diferencia entre mover el brazo en diferentes direcciones es la polarización de la onda. La polarización de una onda es la dirección en la que vibra (u oscila) una onda. Arriba y abajo es una polarización, de lado a lado es otra, y también hay todas las diagonales intermedias.

Puede polarizar una onda de varias formas. La luz del sol es una mezcla de ondas de luz con todo tipo de polarizaciones diferentes, y si la haces brillar a través de un filtro polarizador, que es como una serie de rendijas, solo la luz que vibre en la dirección de las rendijas podrá pasar por. Se podría decir que ha polarizado la luz.

Pero hay otra forma de polarizar la luz y se llama polarización por reflexión. La polarización por reflexión es cuando hace rebotar la luz en una superficie reflectante o espejada, de modo que la luz que se aleja de esa superficie se polariza. Cuando la luz golpea una superficie, parte de ella se refracta , se dobla y atraviesa el material, y parte se refleja , rebota lejos del material. Resulta que la luz que está polarizada en la dirección en la que ocurre una reflexión, en el mismo plano que el rayo incidente y reflejado, es más probable que se refracte, y la luz que está polarizada a 90 grados con respecto a este plano es más probable que se refleje. . Esto significa que la luz que rebota en las superficies hacia sus ojos es luz polarizada.

Ejemplos

¿Alguna vez has estado de excursión con gafas de sol polarizadas? En un día soleado, es posible que haya notado reflejos cristalinos en un lago. Esas reflexiones, como hablamos, están polarizadas. Pero cuando te pongas las gafas de sol, es posible que notes que esos reflejos desaparecen. Esto se debe a que sus gafas de sol funcionan por polarización. Solo permiten que la luz que está polarizada de cierta manera los atraviese, por lo que a menos que los reflejos en el lago estén polarizados de esa manera, no pasarán. Esto le permite ver debajo de la superficie del lago.

Los polarizadores también se pueden colocar en monitores de computadora o pantallas de televisión para reducir el deslumbramiento, ya que el deslumbramiento no es más que un reflejo, y esos reflejos están polarizados.

Ley de Brewster

La luz reflejada está polarizada, pero no toda. Dije que estar en el plano de una reflexión hace que la luz polarizada a 90 grados con respecto a ese plano sea más probable que se refleje, pero solo más probable. De hecho, el ángulo en el que ilumina la luz tiene un gran impacto en la polarización del reflejo. La ley de Brewster nos ayuda a describir cómo varía con el ángulo.

La ley de Brewster dice que la polarización máxima ocurrirá cuando el ángulo entre el rayo reflejado y el rayo refractado sea de 90 grados. Este diagrama ilustra que:

El rayo reflejado es la luz que entra en tus ojos para formar el reflejo en el lago, y el rayo refractado es la luz que atraviesa el lago, que nunca llega a tus ojos. La luz estará más polarizada cuando haya 90 grados entre estas dos líneas.

La ley de Brewster se puede definir matemáticamente mediante esta ecuación, donde theta-B es el ángulo de Brewster: el ángulo de incidencia donde se produce la polarización máxima, n 1 es el índice de refracción del material por el que pasa la luz antes de que se refleje y n 2 es el índice de refracción. índice del material en el que rebota la luz. Un índice de refracción es solo un número que representa qué tan denso es el material y, por lo tanto, qué tan rápido o lento viaja la luz en su interior. Es el tipo de cosas que puedes buscar en una tabla de datos o averiguar haciendo un experimento. Por ejemplo, el índice de refracción del hielo es 1,31 y el índice de refracción del plexiglás es 1,6.

Ejemplo de cálculo

Bien, es hora de hacer un problema de ejemplo. Volvamos al viaje de senderismo. Digamos que la luz que llega a tu ojo después de rebotar en el lago está completamente polarizada. Suponiendo que el lago contiene agua dulce pura y el aire tiene una densidad promedio, ¿cuál es el ángulo de incidencia de la luz cuando incide en el lago?

Dado que la luz está completamente polarizada, la Ley de Brewster debe estar en vigor, por lo que nuestra ecuación definitivamente debería funcionar. El ángulo de Brewster es el ángulo de incidencia; básicamente, esta pregunta nos pide que encontremos el ángulo de Brewster. Podemos buscar el índice de refracción del aire y el agua pura. El aire tiene un índice de refracción de 1 y el agua tiene un índice de refracción de 1,33. Ahora simplemente conectamos los números a la ecuación y resolvemos el ángulo. La tangente del ángulo es igual a 1.33 dividido por 1. Calcula la tangente inversa de ambos lados de la ecuación para encontrar el ángulo. Escríbalo en una calculadora y obtendrá 53 grados.

Resumen de la lección

La polarización de una onda es la dirección en la que vibra (u oscila) una onda. Arriba y abajo es una polarización, de lado a lado es otra, y también hay todas las diagonales intermedias. Puede polarizar una onda de varias formas. Puede hacer brillar la luz a través de un filtro polarizador, que es como una serie de rendijas, pero también puede polarizar por reflexión. La polarización por reflexión es cuando hace rebotar la luz en una superficie reflectante o espejada, de modo que la luz que se aleja de esa superficie se polariza. Cuando la luz incide sobre una superficie, parte de ella se refracta (se dobla y atraviesa el material) y parte se refleja.(rebotará lejos del material). La luz que está polarizada en la dirección en que ocurre una reflexión, en el mismo plano que el rayo incidente y reflejado, es más probable que se refracte, y la luz que está polarizada a 90 grados con respecto a este plano es más probable que se refleje. Entonces, la luz reflejada como la ven sus ojos siempre está polarizada.

El ángulo de luz que se ilumina en una superficie cambia la polarización de la luz reflejada. La ley de Brewster nos ayuda a describir cómo varía con el ángulo. La ley de Brewster dice que la polarización máxima ocurrirá cuando el ángulo entre el rayo reflejado y el rayo refractado sea de 90 grados.

La ley de Brewster se puede definir matemáticamente mediante esta ecuación, donde theta-B es el ángulo de Brewster: el ángulo de incidencia donde se produce la polarización máxima, n 1 es el índice de refracción del material por el que pasa la luz antes de que se refleje y n 2 es el índice de refracción. índice del material en el que rebota la luz. Un índice de refracción es solo un número que representa qué tan denso es el material y, por lo tanto, qué tan rápido o lento viaja la luz en su interior.

Nuestro conocimiento de la polarización por reflexión nos permite eliminar el deslumbramiento en las pantallas de televisión, tomar fotos de reflejos en lagos, o fotos del agua bajo el reflejo del lago, con solo agregar o quitar un filtro polarizador, y podemos hacer lo mismo con nuestros ojos. usando un par de lentes de sol polarizados.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, tendrá la capacidad de:

• Definir polarización
• Describe la polarización por reflexión.
• Explicar la ley de Brewster en teoría y matemáticamente
• Recuerde lo que es un índice de refracción
• Identificar ejemplos cotidianos de polarización.