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EXPERIMENTOSCASEROSCONLSER

II

anexo

AII.1. Refraccin y reflexin de la luz

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Nota importante: Se recomienda leer cuidadosamente las instrucciones y prestar mucha atencin al realizar los experimentos, especialmente cuando se utilice un lser (ver Anexo I) o un dispositivo elctrico.

Objetivo: Estudiarlareflexinyrefraccindelaluz,ascomoelfenmeno delareflexintotal. Materiales: Punterolser,cubetaconaguayunpocodeleche. Descripcin: Alincidirlaluzsobrelasuperficiedeseparacinentredos mediosseproducenlosfenmenosdereflexinyrefraccin,comosehavisto enelCap.1.Unexperimentomuysencilloparaobservarambosfenmenosconsisteenhacerincidirelhazdeunpunterolsersobreunacubetatransparente (comounacuariooterrario)conagua. Parapodervisualizarmejorelhazesconvenienterealizarelexperimento enunahabitacinaoscurasyaadirunasgotitasdelechealacubeta.Esto harqueelaguaestmsturbiaproducindoseasdifusinoscattering dela luzyqueseobservemejorelhaz,delamismaformaqueenunconciertolaluz delosfocossevemejorgraciasaladifusinenelhumo. Sisehaceincidirelhazlserdesdeelairedeformaoblicua,seobserva queelnguloconelquesepropagaenelagua,esdiferentealdeentrada.Es sencillocomprobarcmo,dependiendodelngulodeincidencia,varaladireccindepropagacindeacuerdoalaleydeSnell. Esposibleestudiartambinlareflexinenelinteriordelacubeta(esdecir, haciendoincidirelhazdesdeelagua),talycomosemuestraenlaFig.AII.1. Cuandolaluzsepropagadeunmedioaotroconmenorndicederefraccin existeunngulocrticoapartirdelcualtodalaluzserefleja:sisetrabajacon diferentesinclinacionesdeentrada,seobservaqueapartirdeciertongulono existerefraccin(esdecir,elhazdeluznosaledelagua)yquedaatrapado en elinteriordelacubeta,momentoenelquesehabrencontradoelngulode reflexintotal. Sepuederecurriraunsegundoexperimentoparaprofundizarenelfenmenodelareflexintotal.Utilizandogelatinaesposibleguiarlaluzdeformasi-

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Anexo II: experImentos CAseros Con Lser

AL S OAII.2. Difraccin de la luz Materiales: Punterolser,hilo,CD.

A n c m A L A Reflexin total en una cubeta S A Figura AII.1.

milaralasfibraspticas(Cap.6).Incluso,sepodraobservarquecurvandola gelatinalaluzsesiguepropagandoporsuinterior.Paraesteexperimentoserecomiendautilizaruncolorclarodegelatina,ascomounacantidaddeagualigeramenteinferioralaindicadaenelenvase.

Objetivo: Comprobarexperimentalmenteelfenmenodeladifraccin delaluzatravsdeobjetoscotidianos.

Descripcin: Sisedisponedeunpunterolserysedejapropagarlibremente,seobservaquelaformayeltamaodelpuntoapenassufrenvariacin. Sinembargo,cuandoencuentraunobstculodemagnitudcomparableasu longituddeondaseproduceelfenmenoconocidocomodifraccin(Cap.1). Esposibleobservarladifraccindeunlserdevariasformas,todasellas muysencillas.Laprimeraesutilizandounobjetomuydelgado,comounhiloo uncabello.Sisesostieneconunamanoyconlaotrasedirigeellserhacial, seobservaunalneadepuntoscorrespondientesalpatrndedifraccin.Otra opcinconsisteenhacerpasarelhazatravsdeunorificiomuypequeo.En estecaso,seobservarnunaseriedeanillosalrededordelpuntocentral.Adems,esposiblegenerarpatronesdedifraccinmscomplejosconayudade redes de difraccin.Muchospunterosvienenconunjuegodecabezalesintercambiablesquecreaninteresantesfiguras.

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a)

OtraposibilidadparagenerarunpatrndedifraccinesmedianteunCD: dadoquesetratadeunasuperficiesobrelaquesehangrabadomarcasde tamaodelordendemicras(Cap.6),secomportacomounareddedifraccin paraunpunterolservisible.Portanto,sisedirigeelhazsobrelacarainferior (dondeestgrabadalapistadedatos) concuidadodequelareflexinno alcancealosojos ysemueveellseryelCD,seobservaunalneadepuntos generadaaconsecuenciadeladifraccinqueexperimentaelhazporelCD.a) b)

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b)

Figura AII.2. a) Patrn de difraccin generado por cabello. b) Patrn generado por una red de difraccin.

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Figura AII.3. a) Patrn de difraccin generado por un CD y b) esquema del dispositivo experimental

Apartirdelamisma,sepuedecalcularelespaciadoentrelaspistasdel CDsinmsqueaplicarlaecuacindelareddedifraccin(Cap.1).Paraello, bastaperforarunagujeroporelquepasarelhaz sobreunacartulinaque harlasvecesdepantallaycolocarelCDenfrentadoaella,talycomose muestraenlaFig.AII.3.Sisealineaellserdeformaquelareflexinvuelvapor elagujeroysemideladistanciadelapantallaalCD(L,enlafigura)ylaseparacinentredospuntos,x,esposiblecalcularelespaciadocomod = lL / x, siendol lalongituddeondadellser.

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Anexo II: experImentos CAseros Con Lser

AII.3. Espectrmetro casero Objetivo: ConstruccindeunespectrmetrobasadoenunCD. Materiales: CmaradigitalyCD.

Descripcin: UnCDpuedeutilizarsecomounespectrmetrocasero para observarelespectrodeemisindediversasfuentesdeluz. Losespectrmetrosdelaboratorioconsistensimplementeenunaredde difraccinsimilaraladeunCDcolocadaenelinteriordeunacaja.Laluzpenetraenlacajaatravsdeunarendijaestrecha,paraasegurarquelaluzincida sobrelareddedifraccinconunadireccinbiendeterminada.Cuantoms estrechaeslarendijadeentrada,mejordefinidaquedaladireccindeincidenciaymejoreslaresolucinespectral,aunquelaintensidaddelespectroes msbajayaquepenetramenosluz.Enelespectrmetrocaseroquesepropone enesteexperimentolacaja esunahabitacinaoscuras,yesposibleprescindir delarendijadeentradautilizandounafuentedeluzsuficientementelejanay potente,porejemplounafaroladelacalle. Elprocedimientoparaobservarelespectroeselsiguiente(Fig.AII.4).En primerlugar,sesostieneelCDconunngulotalqueveamoslaluzdelafarola reflejadaenl;estereflejoeselllamadoorden0dedifraccin.Sisegiraentonceseldisco,seempiezaaverluzdediferentescolores,primeroroja,ydespus verdeyazul;steeselorden1dedifraccinymuestraelespectrodelaluzincidente.ColocandounacmaradigitalsobreelCDenlaposicinadecuada puedehacerseunafotodeesteespectro,obtenindoseimgenescomolas delaFig.9.2.Laluzdeunalmparadesodiodealtapresin(latpicaluzanaranjadadelasfarolasdelacalle)ofreceunbuenejemplodeespectrodeemi-

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Figura AII.4. Montaje de espectrmetro casero. 194

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sinatmico,mostrandolaslneascaractersticasdelsodio.Aspues,esteexperimentotansencilloessuficienteparademostrarlanaturalezacunticade lamateria. AII.4. Polarizacin de la luz

Objetivo: Comprobarelfuncionamientodeunasgafas3Dpolarizadasy utilizarlasparaestudiarlapolarizacindeunlser. Materiales: Punterolser,pantalladeordenador,gafas3Dogafasdesol polarizadas. Descripcin: Elsiguienteexperimentopretendeilustrardeformacomprensibleelfenmenodelapolarizacinatravsdeinstrumentosqueencontramos enlavidacotidiana,talescomounasgafasdesolpolarizadasounasgafas3D. Paracomprobarlapolarizacindelaluz,normalmenteseutilizaunpolarizadorlineal,estoes,unmaterialconunatransmitanciasensiblealadireccin deoscilacindelcampoelctrico(Cap.1).Sinosedisponedeuno,sepuede recurriraunasgafaslinealmentepolarizadascomolasqueseutilizanparaobservarimgenes3D,ounasgafasdesolpolarizadas. Porlogeneral,estetipodegafasestnconstituidaspordospolarizadores lineales,unoconpolarizacinperpendicularaladelotro.Sinembargo,enel primercaso,siseutilizangafasdecine3Desnecesariotrabajarconellasdndoleslavueltadadoquenoestnformadasporpolarizadoreslineales,sinocirculares(paraelcasoquenosvaaocuparenesteexperimento,puededecirse questossecomportancomopolarizadoreslinealesaldarleslavuelta). Enprimerlugar,secomprobarcmo,efectivamente,estetipodegafas estnconstituidaspordospolarizadoreslineales.Paraello,utilizaremoselmonitor deunordenador18,puestoquestosemitenluzpolarizadaenunasoladireccin.Siseobservaelmismoconunasgafaspolarizadas,secompruebaquecon unojosevelaimagenyconelotrono.Sisegiranahora90,seexperimentala sensacincontraria:elojoqueveahoraeselopuesto,puesenestecasoelpolarizadorquetransmitelaluzdelapantallaeselcontrario.Siserecurreaunasituacinintermedia,conlasgafasa45,sevepantallaconambosojospero conmenorintensidad,yaqueambospolarizadoresatenanpartedelaluz. Estasmismasgafaspuedenutilizarseparaestudiarlapolarizacindeun lser,yaquestatambinsueleestarpolarizadalinealmente.Paracomprobarlo bastahacerpasarellseratravsdeunodelospolarizadoresdelasgafas.Al18

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A n c m A L A S A Dependiendodelmonitor,elngulodepolarizacindelaluzemitidapuedeserdistinto.Encualquiercaso,rotandolasgafasencontraremoslassituacionesilustradasenlaFig.AII.5peroconotrasorientaciones.195

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Anexo II: experImentos CAseros Con Lser

A n c m A rotarlo,esposibleencontrarunmximodeintensidad,quesecorrespondecon L A lapolarizacindellseryunmnimo,queestardesplazado90.Paraobservar S Adichoefecto,enningncasoesnecesariodirigirellserdirectamentealosojos. AII.5. Transmisin de seales mediante lser Objetivo: Comprobar los principios de transmisin de informacin mediantesealespticas. Materiales: Punterolser,transformadordetensinderelacin1:1(puede serviruntransformadorquetengadosbobinasindependientesenelsecundario),pequeaclulafotovoltaica,altavocesconamplificador(comolosdeun ordenador,esdecir,conentradadeaudio),conectoresJackdeaudiode3.5 mm,reproductordemsicaconsalidaparaauriculares,kitdecables,cocodrilos ytijeras. Descripcin: Enesteexperimentoseproponecomprobarlosprincipiosde transmisindeinformacinmediantesealespticas.Paraello,seutilizarun punterolsercomoundispositivodetransmisindemsicainalmbricoconectndoloalasalidadecualquierreproductordeaudio(ordenador,mp3,).De estemodo,secreaunhazluminosomodulado,esdecir,cuyaintensidadvara acordeconlasealacstica.Haciendoincidirlaluzdellsersobreunaclula fotovoltaicaconectadaaunosaltavoces,serposibleescucharelsonidotransmitidoporellser. Elpunterolsercreaunhazdeluzqueesfuncindelaintensidaddela corrienteconlaquesealimenta.Laspilasquellevaincorporadasproporcionan unacorrientecontinua,loquegeneraunhazcontinuo.

Figura AII.5. Estudio de la polarizacin de la luz emitida por un monitor con unas gafas 3D.

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Lamsicaenunreproductormusicalesgeneradaporunasealelctrica; dichasealesinsuficienteparahacerlucirelpunterolser,porloqueesnecesarioamplificarla,locualhacenecesarioelusodeuntransformador.Laseal demsicacrearuncampomagnticovariableenunadelasbobinasdel transformador,induciendounacorrienteanlogaenlaotrabobinaporlacual circulaunacorrientecontinuasuficienteparahacerfuncionarellser.Estopermitesumar (mezclar)lasdoscorrientes:lacontinuaquealimentaellseryla sealdelamsica.Ensistemasdetransmisinesteprocesosedenominamodulacin demodoquelasealdelamsicasellamaonda moduladora,yla continua,portadora. Ahoraellseremitirunhazdeluzvariable,aunquelavariacinesimperceptibleparanuestrosojos.Laclulafotovoltaicacreaunatensinenfuncindelaluzquerecibe.Sisedirigeelpunterosobrelaclula,staescapaz derecrearlasealelctricadelamsicaapartirdelaluzdellser.Losaltavoces amplificanlasealyfinalmentesepuedeescucharlamsica.

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Figura AII.6. Esquema experimental para la transmisin de seales mediante lser.

Paraimplementareldispositivo,enprimerlugarseconectaelextremodel conectorJackalaparatodemsicayloscablesaunabobinadeltransformador.Silasealdeaudioesestreo,utilizasolouncanal(vivo)ymasa.Otraopcinmseconmicapuedeserreutilizarelcabledeunosviejosauriculares, micrfono,etc.,peroentalcasoloscablesestarnrecubiertosdeunbarnizaislantequesedeberlijar. Acontinuacin,sedesmontaelpunterolser,sacandodoscablespara intercalarlasegundabobinadeltransformadorentrelabaterayellser.Una opcinmssencillaesdejarlaspilasfueradelpunteroyalimentarlomediante corrienteelctrica.Sisehanrealizadocorrectamentelasconexiones,ellser deberlucir.Siseobservaquebrillamenosqueantes,talvezseanecesarioaadirotrapila. Posteriormente,seconectanlosextremosdelaclulafotovoltaicaala entradadelosaltavoces(unaspinzasdecocodriloconelcabledeunosauricularesessuficiente).

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Anexo II: experImentos CAseros Con Lser

Siseenciendenahoralosaltavocesyelreproductor(posiblementesea necesarioelevarelvolumenalmximo),ysedirigeellseralaclula,sepodr escucharlamsica. Consejo:siseescuchaunruidograveenlosaltavocesprobablementese debaalailuminacinambiental;serecomiendaportantotrabajarconlaluz apagada. Para saber ms

http://theopticsblog.blogspot.com EU-HOUproject(http://www.euhou.net/) Experiments using a helium-neon laser: a reference manual and experiment guide for use with industrial fiber optics helium-neon lasers and optics education sets,H.Gottlieb, IndustrialFiberOptics,2006.(www.i-fiberoptics.com/pdf/45-700-manual.pdf)

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Agradecimientos

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Los editores quisiramos dar las gracias a las entidades que han financiado este libro: el proyecto LaserFest, en el que colaboran APS Physics, OSA, SPIE e IEEE Photonics Society; y el Centro de Lseres Pulsados, CLPU, consorcio formado por el Ministerio de Ciencia e Innovacin, la Junta de Castilla y Len y la Universidad de Salamanca. Por otro lado, nos gustara agradecer la desinteresada labor de todos y cada uno de los autores, y la infinita paciencia de M. Javier Sastre, responsable del diseo y la maquetacin de este libro. Por ltimo, nos gustara dar las gracias a todas aquellas personas que, de una u otra manera, han contribuido en la elaboracin de este libro. En especial, al profesor Juan Manuel Bueno, al profesor Sebastin Jarabo, al doctor ngel Alonso, y al profesor Pablo Moreno.

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