Polarización

Notas previas

Aunque el ámbito de trabajo de esta aplicación corresponde a fenómenos de polarización, el nivel con el que se trata supera ampliamente el correspondiente a alumnos de secundaria. Es por ello que recomendamos utilizar aquellos apartados relacionados con fenómenos de cambios de medio en materiales dieléctricos. Esto hace que resulte aconsejable que, como paso previo a la utilización de la aplicación, los alumnos hayan trabajado en clase conceptos como ángulo de incidencia, reflexión y refracción, índice de refracción de un medio, ángulo límite...

Además, dado que uno de los fenómenos ondulatorios más característicos es el de la polarización y que, aunque sea de forma cualitativa, sí que se hace referencia a él cuando se desarrolla este tema dentro de la asignatura de Física, no se descarta la posibilidad de que con algún grupo en concreto se puedan aprovechar otras opciones del programa. Esto, de todas maneras, implicaría ampliar los conceptos previos necesarios e introducir las definiciones de polarización circular, elíptica, ángulo de Brewster...

Finalmente, consideramos fuera del alcance del alumnado preuniversitario la comprensión adecuada de los conceptos necesarios para utilizar la parte correspondiente a medios conductores, y es por ello que no se hará referencia a ella en la siguiente descripción de la aplicación.

Descripción del programa

Introducción

Esta aplicación pretende mostrar dos características básicas del comportamiento ondulatorio de la luz, como son la polarización y los fenómenos de cambio de medio.

Esto explica que se encuentre dividida en tres partes claramente diferenciadas: Polarización, Dieléctricos y Conductores. A lo largo de esta descripción, como hemos comentado anteriormente, sólo nos referiremos a las dos primeras, tratando en un primer momento el apartado de cambios de medio y pasando después a explicar brevemente las opciones incluidas en el apartado de Polarización.

Desarrollo de la aplicación

Dieléctricos

Al acceder a esta opción, se pueden distinguir tres espacios de trabajo: en la parte superior izquierda se ve la representación de los tres rayos: incidente (color rojo), reflejado (color verde) y refractado (color azul). Debemos tener en cuenta que la incidencia siempre se considera desde el medio de índice n al medio de índice n'.

Debajo de esta representación encontramos tres barras de desplazamiento que permiten modificar los valores correspondientes a los índices de refracción de los dos medios (n y n'), así como el ángulo de incidencia de la luz sobre la superficie de separación de los medios. Como resultados, la aplicación nos proporciona los valores del ángulo de refracción y del ángulo de Brewster y, en el caso que la luz incida desde un medio de índice superior a otro de índice inferior, el valor del ángulo límite.

Explicar con detalle las representaciones que encontramos en la parte derecha de la aplicación significaría profundizar en la teoría de polarización con un rigor que excedería la intención de esta guía. De todos modos, sí que se pueden comentar una serie de detalles sobre las gráficas que encontramos:

• Por defecto, el programa selecciona la opción de "Coeficientes de Fresnel", donde se representan los valores de estos coeficientes respecto del ángulo de incidencia. Estos coeficientes relacionan las amplitudes de las ondas reflejada y transmitida, tanto para la componente del campo eléctrico que vibra paralela al plano de incidencia (p) como para la que vibra perpendicularmente a este plano (s), respecto de la amplitud de la onda incidente. Como puntos de interés, resulta interesante estudiar el caso en que el ángulo de incidencia supere el ángulo límite (fenómeno de reflexión total), o cuando coincida con el ángulo de Brewster (sólo existe reflexión en el plano perpendicular al de incidencia).

• Si trabajamos con la opción "Polarización", veremos las representaciones de los estados de polarización de las tres ondas (incidente, reflejada y transmitida) con sus colores correspondientes.

Polarización

El fenómeno de la polarización se puede explicar si consideramos una onda electromagnética luminosa como el resultado de la superposición de dos ondas planas perpendiculares entre ellas, con la misma frecuencia, amplitudes diferentes y desfasadas un cierto ángulo. Estos valores se pueden modificar mediante las barras de desplazamiento correspondientes, y los resultados de estos cambios son los que se presentan en las dos gráficas que encontramos.

Este apartado requiere un nivel teórico superior al exigido en un curso preuniversitario, pero se podría utilizar, por ejemplo, para explicar los conceptos de desfase y amplitud de una onda, o incluso aprovechar la representación inferior para ilustrar la superposición de los campos eléctrico y magnético en que se puede dividir cualquier onda electromagnética (seleccionando un desfase nulo entre las dos componentes).

Posibilidades de trabajo

Dentro de este apartado, hemos seleccionado un conjunto de actividades que deberían permitir a los alumnos familiarizarse con las posibilidades que ofrece esta aplicación. Creemos que los aspectos fundamentales a trabajar serían los relacionados con los cambios de medio, utilizando la aplicación, por ejemplo, para comprobar resultados previos obtenidos mediante la ley de Snell, o para visualizar el fenómeno de la reflexión total.

(En construcción)