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Polarización

Polarización

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.

Polarización Polarización lineal StudySmarter

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.

Polarización circular

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.

Polarización Polarización circular StudySmarterFig. 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.

Polarización Polarización elíptica StudySmarterFig. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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).

Preguntas frecuentes sobre Polarización

Un filtro polarizador se utiliza con distintos fines, para anular parcial o totalmente ciertas ondas (habitualmente de luz). 


Por ejemplo, las gafas de Sol llevan polarizadores que eliminan las ondas incidentes en ciertas direcciones para reducir su intensidad y que podamos observar sin molestias.

Un polarizador es un dispositivo que únicamente puede ser atravesado por ondas con una polarización o polarizaciones específicas. Habitualmente se usan con ondas electromagnéticas y se llaman polarizadores de luz. Los más habituales son polarizadores lineales.

Son tres tipos de polarización que pueden tener las ondas transversales. Sus nombres proceden de las formas que describen las oscilaciones en planos perpendiculares a la dirección de propagación.

  • Un ejemplo de polarización es la lineal, en la que las oscilaciones de las ondas se encuentran confinadas en un plano. 

  • Otro tipo son las elípticas, de las cuales un caso particular es la polarización circular. 

  • También podemos tener lo que se llama polarización aleatoria, que se corresponde con una superposición de múltiples tipos de polarización, de manera que no podamos aislar ninguna; esta es la polarización de la luz natural que observamos en nuestro día a día.

La polarización de la luz es la orientación geométrica de las oscilaciones de las ondas electromagnéticas que conforman la luz. En la naturaleza, la luz no está polarizada o está polarizada aleatoriamente, dado que existe una superposición de múltiples tipos de polarización, de manera que no podamos aislar ninguna.

Cuestionario final de Polarización

Pregunta

¿Qué pasaría si utilizáramos un polarizador lineal y, luego, un polarizador circular (partiendo de una luz polarizada al azar)?

Mostrar respuesta

Answer

Después del primero, la luz tendría una polarización lineal. Después del segundo, la luz tendría una polarización circular.

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Pregunta

¿Qué pasaría si utilizáramos un polarizador circular y luego un polarizador lineal (partiendo de una luz polarizada linealmente)?

Mostrar respuesta

Answer

Después del primero, la luz tendría una polarización circular. Sin embargo, el segundo vuelve a imponer una polarización lineal.

Show question

Pregunta

¿Qué pasaría si utilizáramos dos polarizadores lineales, uno tras otro, en direcciones perpendiculares (partiendo de una luz polarizada al azar)?

Mostrar respuesta

Answer

Tras el primero, la luz se polarizaría linealmente. Sin embargo, al llegar al segundo, la luz vería atenuado su componente perpendicular al segundo polarizador. Como son totalmente perpendiculares, no pasaría ninguna luz.

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Pregunta

¿Qué pasaría si utilizáramos dos polarizadores lineales, uno tras otro, en la misma dirección (partiendo de una luz polarizada al azar)?

Mostrar respuesta

Answer

Después del primero, la luz se polarizaría linealmente. Como el segundo está en la misma dirección, la luz seguirá polarizándose en esa dirección.

Show question

Pregunta

¿Solo las ondas periódicas tienen polarización?

Mostrar respuesta

Answer

No, todas las ondas transversales tienen una polarización, ya que oscilan en determinadas direcciones. No es necesario un comportamiento periódico.

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Pregunta

¿Qué es la polarización de una onda?

Mostrar respuesta

Answer

La polarización de una onda es la orientación geométrica de las oscilaciones de la onda.

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Pregunta

¿Están polarizadas las ondas de radio en la Tierra?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, están polarizados, ya que esto garantiza una transmisión eficaz de la información.

Show question

Pregunta

¿Es útil la luz no polarizada para la transmisión de información?

Mostrar respuesta

Answer

No, la luz no polarizada (o luz polarizada al azar) está formada por muchas ondas diferentes con polarizaciones que no permiten extraer información, debido a la falta de un patrón.

Show question

Pregunta

¿Tiene sentido definir una polarización para las ondas longitudinales?

Mostrar respuesta

Answer

No, no tiene sentido, ya que la dirección de la oscilación solo puede ser una.

Show question

Pregunta

¿Funcionan bien las cámaras Polaroid en escenarios luminosos?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, ya que llevan polarizadores que permiten atenuar la entrada de luz excesiva.

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Pregunta

Elige la afirmación correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La luz del sol está aleatoriamente polarizada.

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Pregunta

Elige la afirmación correcta:

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Answer

Necesitamos lentes polarizadas, porque solo podemos observar la luz con una determinada polarización.

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Pregunta

Elige la afirmación correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La polarización circular es el único caso de polarización relevante que encontramos, aparte de la polarización aleatoria.

Show question

Pregunta

Elige la afirmación correcta:

Mostrar respuesta

Answer

Solo se pueden polarizar las ondas de luz.

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Pregunta

Elige la afirmación correcta:

Mostrar respuesta

Answer

Solo las ondas longitudinales tienen una polarización.

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