Quizá hayas notado que, al ponerte unas gafas de sol en la playa en verano, el reflejo deslumbrante que centelleaba sobre el agua desaparece como por arte de magia. Si inclinas la cabeza hacia un lado sin quitarte las gafas, el reflejo puede volver a aparecer. Es la misma luz, pero se ve o desaparece según la orientación. Este fenómeno se debe a la polarización de la luz (Polarization of Light).
En pocas palabras, la polarización es el estado en el que las oscilaciones de la luz están alineadas en una dirección. La luz es una onda que oscila perpendicularmente a su dirección de propagación. En la luz del Sol o de una lámpara se mezclan oscilaciones en toda clase de direcciones. Seleccionar una dirección de oscilación o alinear las oscilaciones es algo que ocurre discretamente en muchos ámbitos de la vida cotidiana, desde las gafas de sol y las pantallas de los teléfonos inteligentes hasta las salas de cine 3D.
En este artículo veremos, en ese orden, los principios básicos de la polarización, cómo se polariza la luz, algunos ejemplos de su uso cotidiano y cómo se aprovecha en la naturaleza.
La dirección oculta de la luz. Principios y aplicaciones de la polarización
¿Qué es la polarización?
La luz es una onda electromagnética que se propaga mientras sus campos eléctrico y magnético oscilan perpendicularmente entre sí. Al hablar de polarización, se suele tomar como referencia la dirección en la que oscila el campo eléctrico. La luz que emiten el Sol o una bombilla incandescente se llama «luz no polarizada» porque sus oscilaciones tienen distintas direcciones.
(1) La analogía de la valla
Imagina que haces oscilar una cuerda de saltar que pasa por una abertura vertical de una valla. Si mueves la cuerda de arriba abajo, la onda atraviesa la abertura sin impedimentos. Si la mueves de lado a lado, la valla la bloquea. Un filtro polarizador funciona como esa valla y solo deja pasar las oscilaciones en una dirección.
(2) Ley de Malus
Si superpones dos filtros polarizadores y giras uno lentamente, la luz se va atenuando hasta quedar casi completamente bloqueada a 90 grados. La intensidad de la luz transmitida es proporcional al cuadrado del coseno del ángulo que forman los dos filtros y se expresa como I = I0 × cos²θ. Esta relación se conoce como ley de Malus, en honor a su descubridor.
(3) Polarización lineal y circular
Cuando la oscilación se produce en un solo plano, se habla de polarización lineal. Cuando la dirección de oscilación va girando en espiral a medida que la luz avanza, se habla de polarización circular. Las gafas de sol emplean principalmente la polarización lineal y las gafas de las salas de cine 3D suelen usar la polarización circular.
Tres formas en que se polariza la luz
La luz en su estado natural también se polariza espontáneamente cuando se dan ciertas condiciones. Estos son los mecanismos más representativos.
- Absorción (Dichroism). Al atravesar un material que solo absorbe las oscilaciones en una dirección determinada, la luz conserva únicamente las oscilaciones en las demás direcciones. Las películas polarizadoras actuales se basan en este principio.
- Reflexión (Reflection). En la luz que se refleja oblicuamente en el vidrio o en la superficie del agua, aumenta la proporción de la componente que oscila en una dirección paralela a la superficie del agua. En 1808, el francés Étienne-Louis Malus descubrió este fenómeno al observar, a través de un cristal de calcita, la luz del Sol reflejada en las ventanas del Palacio de Luxemburgo de París. También le dio el nombre de «polarización».
- Dispersión (Scattering). La polarización también se produce cuando la luz del Sol incide en las moléculas del aire y se dispersa. En un día despejado, la luz del cielo alcanza su mayor grado de polarización en las direcciones que forman un ángulo de 90 grados con la dirección del Sol.
En 1815, el escocés David Brewster descubrió que el ángulo al que la luz reflejada queda completamente polarizada viene determinado por el índice de refracción del material. Este ángulo se llama ángulo de Brewster y es de aproximadamente 56 grados para el vidrio común y 53 grados para el agua.
Los filtros polarizadores que los fotógrafos colocan delante del objetivo también aprovechan este principio. Al ajustar el filtro girándolo, se reducen los reflejos de las ventanas o del agua y se puede ver a través del vidrio o de la superficie del agua. También se atenúa la luz del cielo polarizada por dispersión, por lo que el azul del cielo aparece más intenso y nítido en la fotografía.
Aplicaciones cotidianas de la polarización
Con la aparición de polarizadores delgados y económicos, la polarización salió del laboratorio. En 1929, el estadounidense Edwin Land solicitó una patente para un polarizador en forma de película con cristales diminutos alineados en una misma dirección. Más adelante fundó la empresa Polaroid.
[Ejemplo 1] Gafas de sol polarizadas
La luz reflejada en el agua y en las carreteras que produce deslumbramiento oscila principalmente en dirección horizontal. Las gafas de sol polarizadas filtran ese resplandor al dejar pasar únicamente las oscilaciones verticales. Por eso, cuando los pescadores usan gafas polarizadas, pueden ver mejor los peces bajo el agua.
[Ejemplo 2] Pantallas de cristal líquido (LCD)
Las pantallas de cristal líquido tienen dos polarizadores superpuestos con sus ejes a ángulo recto. Entre ellos, las moléculas de cristal líquido giran la dirección de oscilación de la luz en función del voltaje. Así se puede encender y apagar la luz de cada píxel. Por esa misma razón, al mirar la pantalla con gafas de sol polarizadas, puede verse negra según el ángulo.
[Ejemplo 3] Cine 3D
En las salas de cine 3D, las imágenes destinadas al ojo izquierdo y al derecho se proyectan con polarizaciones distintas. Cada lente de las gafas deja pasar solo la imagen que le corresponde. Al ver cada ojo una imagen ligeramente distinta, el cerebro genera la sensación de profundidad.
Cómo aprovecha la naturaleza la polarización
Mucho antes de que los seres humanos inventaran aplicaciones para la polarización, esta ya servía de guía a los seres vivos. El zoólogo austriaco Karl von Frisch descubrió que las abejas melíferas interpretan los patrones de polarización del cielo para orientarse incluso cuando las nubes ocultan el Sol. También se sabe que las hormigas, algunas aves migratorias y los peces detectan la polarización para orientarse.
La polarización también es una herramienta importante en la investigación científica. Si se coloca plástico transparente entre dos polarizadores, las zonas sometidas a fuerzas revelan patrones con los colores del arcoíris, lo que permite a los ingenieros observar las tensiones en las estructuras. Los astrónomos analizan la polarización de la luz de las estrellas y de la radiación cósmica de fondo para estudiar los campos magnéticos del universo lejano y cómo era el universo primitivo.
En resumen, la polarización es una propiedad oculta de la luz que tiene que ver con su dirección de oscilación y surge por absorción, reflexión y dispersión. Las personas la aprovechan en las gafas de sol, las pantallas y las salas de cine, y las abejas melíferas la usan para leer el mapa del cielo. Lo más fascinante de la polarización es que un solo principio conecta ámbitos tan diversos.
Aunque no se aprecie a simple vista, en la luz hay una dirección bien definida. Recordar cómo desaparece el deslumbramiento al mirar a través de unas gafas de sol e imaginar cómo oscila la luz es el primer paso para comprender científicamente ese orden invisible.
