La polarización puede tener diferentes significados, pero nos centramos en la polarización de las ondas; en particular, de ondas electromagnéticas o de la luz. Las ondas son perturbaciones que se propagan en el tiempo y en el espacio. Al considerar sus propiedades espaciales, podemos encontrar un comportamiento periódico —si algunos patrones se repiten— o un comportamiento estacionario —si algunos puntos de las ondas permanecen constantes—.
Supongamos que sujetamos un extremo de una cuerda muy larga y otra persona sujeta el otro extremo. Si tiramos repetidamente de él hacia arriba y hacia abajo, aparece una onda cuyo desplazamiento (hacia arriba y hacia abajo) es perpendicular a la dirección del movimiento de la perturbación (hacia delante). Esto se llama onda transversal.
Por otro lado, si subimos unas escaleras hasta un piso superior y sujetamos un resorte verticalmente y tiramos de él hacia abajo, la cuerda oscilará hacia arriba y hacia abajo. En este caso, el desplazamiento del muelle (hacia arriba y hacia abajo) es en la misma dirección que la perturbación (hacia arriba y hacia abajo). Esto se llama onda longitudinal.
Si volvemos a sujetar el resorte en el mismo suelo que la otra persona y empezamos a dibujar grandes círculos con el extremo del resorte, la perturbación se desplazará hacia delante, mientras el muelle describe círculos en planos perpendiculares a la dirección de propagación.
Teniendo en cuenta todo esto, la definición más sencilla de polarización podría ser la siguiente
- La polarización de una onda es la orientación geométrica de las oscilaciones.
- La polarización de la luz es la orientación geométrica de las oscilaciones de las ondas electromagnéticas que conforman la luz.
No tiene sentido aplicar el concepto de polarización a ondas longitudinales, puesto que, al estar dirigidas en la misma dirección de propagación, no existe ninguna libertad para especificar la orientación geométrica de las perturbaciones.
Tipos de polarización y sus propiedades
Existen varios tipos de polarización de las ondas: la polarización lineal, circular o elíptica. Cada tipo tiene propiedades específicas, que tienen distintas aplicaciones y se generan en distintos contextos.
Polarización lineal
La polarización lineal es el confinamiento de las oscilaciones transversales de una onda en un plano que contiene la trayectoria de la onda.
Las ondas electromagnéticas tienen una polarización lineal cuando el campo eléctrico esta limitado a un plano, lo que significa que la polarización de la luz también es lineal. De hecho, en este caso, como tenemos ondas eléctricas y ondas magnéticas, hay dos planos en los que se confina cada una de las señales. Sin embargo, como veremos, esta situación es una situación ideal que no suele darse habitualmente.
Fig. 1: Onda polarizada linealmente, el campo eléctrico está confinado en el plano z (vertical)
y el campo magnético (en verde) en el plano horizontal y.
La polarización circular es la orientación de las oscilaciones de una onda, de forma que su proyección sobre un plano perpendicular a la dirección de propagación dibuja una rotación circular.
Esta definición nos permite determinar la polarización lineal de forma similar, al afirmar que una onda está linealmente polarizada cuando las proyecciones de sus oscilaciones sobre un plano perpendicular a la dirección de propagación dibujan una línea recta.
Fig. 2: Onda polarizada circularmente
Otros tipos de polarización
En general, tanto la polarización lineal como la circular son casos extremadamente especiales en la naturaleza. Normalmente, utilizando la proyección de las oscilaciones sobre un plano perpendicular, encontramos que los vectores que describen las oscilaciones pueden dibujar muchas formas arbitrarias que definen nuevos tipos de polarización.
Encontramos que algunas ondas tienen una polarización elíptica, pero también podríamos encontrar ondas polarizadas que forman, por ejemplo, estrellas.
Fig. 3: polarización elíptica.
¿Cuáles son las aplicaciones de la polarización?
La polarización de las ondas puede manipularse para que sirva a diferentes propósitos, utilizando dispositivos conocidos como polarizadores.
Hay una gran variedad de aplicaciones y pueden encontrarse en objetos cotidianos como las gafas de sol o las cámaras fotográficas.
Polarizadores
La luz que recibimos del sol no está polarizada. ¿Por qué sucede esto?
Sabemos que las ondas tienen una oscilación y, por tanto, deben tener una dirección que determine la polarización. No polarizada significa que todas las ondas que recibimos llevan polarizaciones diferentes y no relacionadas (a veces llamadas polarizadas aleatoriamente). Esto equivale a una distribución caótica de oscilaciones de la que no podemos extraer una polarización definida. Sin embargo, los polarizadores pueden convertir la luz no polarizada en luz polarizada.
Fig. 4: Polarizador lineal que convierte la luz no polarizada en luz polarizada linealmente.
Estos dispositivos funcionan atenuando la intensidad de la luz en todas las direcciones, excepto en las que queremos percibir. Un buen ejemplo de ello son las gafas de sol, que tienen un polarizador cuya función es atenuar la luz en determinadas direcciones, de modo que se reduce la cantidad de luz que recibimos.
Es oportuno recordar que las ondas transportan energía, y si se atenúa o neutraliza parte de la luz, la cantidad de energía también se reduce proporcionalmente. Normalmente, como los polarizadores no son perfectos, la atenuación tampoco lo es, y seguimos percibiendo alguna fracción de la intensidad de la luz.
Las cámaras Polaroid y las señales de radio
Las cámaras Polaroid también tienen polarizadores integrados que intensifican ciertos colores, atenúan otros y componen la imagen después. Estas cámaras nos permiten hacer fotografías en días luminosos, ya que sus filtros actúan del mismo modo que las gafas de sol. Esto también se aplica a la luz reflejada en las superficies, que resulta estar fuertemente polarizada y puede atenuarse con un filtro polarizador.
Otra aplicación de los polarizadores es la emisión y recepción de señales de radio. Volviendo al concepto de energía transportada por una onda, dado que las antenas necesitan interpretar ciertas señales para extraer información de ellas, una onda polarizada permitirá extraer esta información de forma más eficaz. Es por ello que la emisión de señales se hace con polarizadores.
Polarización - Puntos clave
- Las ondas son perturbaciones que tienen una orientación geométrica denominada polarización.
- Los ejemplos más conocidos de polarización son la polarización lineal y la circular, pero la mayoría de los casos son más complejos.
- Los polarizadores son dispositivos que permiten generar una determinada polarización de las ondas de luz.
- Muchos fenómenos cotidianos, como la emisión de señales de radio o algunos mecanismos de fotografía, utilizan polarizadores.
References
- Fig. 1: Circular Polarization Linear Polarized Light Entering Quarter Wave Plate Components (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9d/Circular_Polarization_Linear_Polarized_Light_Entering_Quarter_Wave_Plate_Components.svg) by Dave3457 (https://en.wikipedia.org/wiki/User:Dave3457/list_of_the_related_images) Public Domain.
- Fig. 2: Circular Polarization Circularly Polarized Light Without Components Right Handed (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/Circular.Polarization.Circularly.Polarized.Light_Without.Components_Right.Handed.svg) by Dave3457 (https://en.wikipedia.org/wiki/User:Dave3457/list_of_the_related_images) Public Domain.
- Fig. 3: Circular polarization schematic (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/67/Circular_polarization_schematic.png) by Doit~commonswiki (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:Doit~commonswiki&action=edit&redlink=1) Public Domain.
- Fig. 4: Polaroid (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:%E5%81%8F%E6%8C%AF%E7%89%87.png) by S2young (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:S2young&action=edit&redlink=1) licensed by CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
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