¿Qué es la polarización? La luz es una onda trasversal. Si tiene

¿Qué es la polarización?
La luz es una onda trasversal. Si tiene dudas sobre que es una onda trasversal
mire la imagen siguiente:
La luz es una onda transversal.
Como puede ver de la animación, la luz es una onda transversal, el campo
magnético viaja sobre el eje Y en tanto que el campo eléctrico viaja sobre el eje X.
Si no recuerda la diferencia entre una onda trasversal y una longitudinal recuerde
que:
 El movimiento ondulatorio transversal es aquél en el que la dirección de
propagación es perpendicular a la dirección de vibración, tal como sucede
en una cuerda, o las ondas electromagnéticas.

En el movimiento ondulatorio longitudinal coinciden la dirección de vibración
y de propagación, un ejemplo es el del sonido.
Figura 7.15. Ondas transversales y longitudinales
Por tanto la luz, es una onda transversal. Sin embargo la figura 7.14 tiene un
pequeño detalle: la luz que representa está ya polarizada. Entonces ¿qué es la
polarización? para responder fijémonos sólo en el campo eléctrico ¿si lo ve desde
adelante qué observa? para darse una idea mire la figura animada 3 de la
presentación del anexo S7P4. Como puede ver el campo eléctrico traza una línea.
Por esto este tipo de polarización se llama lineal. Pero entonces ¿cómo es la luz
no polarizada o natural? el campo eléctrico oscila en todas direcciones y con
amplitudes diferentes, es decir oscila totalmente al azar (figura 7.16).
Figura 7.16. Luz antes de pasar por el polarizador (luz no polarizada) y luz que
sale después de atravesarlo.
Nota como en la luz natural tanto el plano como la amplitud de oscilación no están
fijas. En el dibujo se representan unas cuantas oscilaciones, pero en realidad
serían muchísimas más. Por ejemplo en un segundo la luz oscila del orden de 1014
veces (no podemos dibujar 1014 Flechas, aunque puede intentarlo). El polarizador
funciona como un filtro, dejando pasar sólo oscilaciones que coinciden con su eje
y absorbiendo las otras (que se convierten en calor dentro del filtro). Para entender
esto, mire la figura 7.17, en donde tomamos una de las muchas oscilaciones.
Fíjese que esta oscilación puede descomponerse en una componente X y otra Y
(descomposición vectorial). Aquí se ha hecho coincidir el eje del filtro con el eje Y
(lo que significa que el filtro absorberá todas las componentes X, pero dejará pasar
todas la componentes Y) Cuando la luz sale ya sólo tiene parte Y.
Figura 7.17. Absorción de la componente X en un polarizador lineal
A quitarle un componente a la luz, disminuye la intensidad de la luz que sale.
¿Cuánto? Depende de la inclinación de la oscilación que entra. En este caso le
quito más energía y dejo pasar poca, pues la mayoría de la oscilación estaba en
Y. Pero si considera las 1014 oscilaciones, como están totalmente al azar, habrá
tantas con más componente en X, como con mayor componente en Y, de tal forma
que, en promedio, la luz está equitativamente repartida en X e Y 1: el polarizador
quita la mitad de la luz (siempre que no esté polarizada. Si la luz ya está
linealmente polarizada, hay que aplicar la ley de Malus).
Pero, ¿cómo le hace el polarizador para absorber en una componente y no en
otra? La respuesta está en cómo se comportan las moléculas, átomos y
electrones, en la materia cuando son iluminados con ondas electromagnéticas. La
descripción de lo que le sucede a la materia es un modelo clásico, al que ahora se
1
Esto es una manifestación de un principio fundamental de la física, el principio de equipartición de
la energía: la energía de un sistema se reparte entre todos los grados de libertas (coordenadas
necesarias para describir al sistema).
le llama, modelo clásico del electrón. Se llama clásico porque no utiliza en su
concepción ni su aparato matemático nada de mecánica cuántica, la descripción
más moderna de lo que sucede a nivel microscópico. Y se dice del electrón porque
fue desarrollado primero para electrones, aunque se extiende sin ninguna
dificultad a átomos completos e incluso moléculas.
¿En qué consiste el modelo? Es muy simple: uno imagina a los electrones como
canicas enlazadas a los átomos por resortes (ver figura 7.18).
Figura 7.18. El modelo clásico del electrón.
La característica más importante de este modelo, es que nos dice que le pasa al
electrón cuando le llega una onda: vibra; y cuando lo hace pueden suceder tres
cosas: que absorba la luz que le llega sin emitirla (resonancia)2, que absorba la luz
y la emita al mismo tiempo que le está llegando o que absorba la luz y la emita un
tiempo después. ¿De qué depende cada caso? de la frecuencia de la luz y de la
frecuencia a la que tienden a oscilar las canicas —que en general depende de dos
cosas: la masa de la canica y la elasticidad del resorte—. Por último observa que
los resortes en X no tienen por qué ser igual de elásticos que los resortes en Y (en
tres dimensiones, también habría resorte en Z). Por tanto, en general, la materia
tiene tres resonancias: una para cada eje.
2
Todos los sistemas oscilantes tienen una o varias frecuencias a las que tienden a oscilar por si
mismos, se llaman frecuencias naturales de oscilación. Esto puedes verlo con un péndulo: si lo
empujas, no importa que tan fuerte lo hagas, el tiempo que tarda en ir y venir es constante,
depende solo de la longitud de la cuerda y de la gravedad. Todos los sistemas oscilantes absorben
energía siempre y cuando te sincronices con ellos. Este fenómeno se llama resonancia. Lo puedes
ver en un columpio: si lo empujas a azar, su movimiento tiende a disminuir, pero si lo empujas con
la misma frecuencia que oscila, el movimiento se hace más vigoroso.
Ye tenemos los elementos para explicar cómo funciona el polarizador lineal.
Imagina que tu polarizador lineal tiene una frecuencia de resonancia en X y otra en
Y. Ahora le llega a ese electrón luz con una frecuencia tal que en X va a haber
resonancia, en tanto que en Y sale remitida. ¿Qué sucede con la luz al pasar por
este material? Toda la componente X de la luz será absorbida, mientras que la
componente Y saldrá. Tenemos pues luz polarizada linealmente sobre el eje Y.
¿Qué sucedería si ambas componentes fueran absorbidas?
La luz, sin importar su dirección está siendo absorbida. Si es totalmente absorbida,
tenemos un material opaco, si es parcialmente absorbida tenemos un material
ahumado. Por cierto, lo que la gente le llama polarizador, usualmente no lo es, es
un ahumado.
¿Y si ambas componentes salen, sin haber sido absorbidas?
Tenemos tres posibilidades: una es que salgan emitidas ambas componentes al
mismo tiempo. En tal caso el material no cambia la polarización que ya traía la luz
(o si no estaba polarizada sigue igual), un segundo caso es que una componente
se re emita primero que otra: en este caso el plano de polarización gira y
dependiendo del desfase, el campo eléctrico trazara un círculo o una elipse. Estos
son los otros dos estados de polarización, de lo que hablábamos al principio. Para
ver un modelo mecánico de cómo funciona un polarizador lineal observa el video
S7V3. Para ver la polarización circular y la elíptica ve el gif animado 4 de la
presentación del anexo S7P4.
Si ahora colocas un segundo polarizador, dependiendo del ángulo, le quitas más
intensidad a la luz.
Figura 7.19. Un polarizador cruzado con el primero no deja pasar luz.
Ahora también acaba de entender el primer modo de polarizar la luz: dicroísmo. El
dicroísmo hace referencia a que cada eje tiene una frecuencia de absorción
distinta y eso haría que la luz se viera de un color diferente en cada eje. De ahí el
nombre: dicroísmo quiere decir dos colores. De hecho hay sustancia tricroícas,
pero sus resonancias no están en el visible. Y esto nos lleva a extender el modelo
del electrón para incluir átomos o moléculas. Estas también pueden vibrar, y por lo
tanto también absorben la luz de las tres formas que mencionamos antes: que
absorba la luz que le llega, que absorba la luz y la emita al mismo tiempo que le
está llegando o que absorba la luz y la emita un tiempo después. ¿Cuál es la
diferencia aquí? Que como las frecuencias naturales de oscilación dependen de
las canicas, y estas ahora son más grandes, sus vibraciones son más pesadas, es
decir, sus resonancias tiende a estar en el infrarrojo o más abajo: entre más
pesado sea “el cuerpo” que interactúa con la luz, menor es su frecuencia de
resonancia.