jueves, 30 de abril de 2009

La mágica fibra óptica


Hace ya bastante tiempo que por casualidad llegó a mis manos un pequeño "mocho" de fibra óptica. La primera vez que la vi en contundente directo. Fue bonito.

Resulta que formaba parte de un juguete que ya no funcionaba, pero para mí las fibrillas estas por sí solas ya eran un juguetillo.



Lo mejor es que decidí que sería mi juguetico sin tener ni pajolera idea ni de para qué servían todos los pelitos esos, ni de qué estaban hechos. Y a ver cómo leches juego con algo que no se qué puede hacer.

Lo único que sabía es que era utilísimo, porque en las ciencias se usaba para muchas cosas.

Entonces me puse a experimentar. Os presento los instrumentos que utilicé, además de la fibra óptica:



Este cacharrito me proporcionó los fotones.




Y esto...bueno, es un tronco de estos de decoración de los centros de mesa, que me venía al pelo para tener el puñado de fibras en vertical (aunque la foto se vea en horizontal).

Empecé apuntando con una lucecita a todos los pelitos de fibra óptica, et voilà! Vi que si hacía incidir la luz en la base del "mocho", la luz sólo se volvía a ver en los extremos de las fibras, los fotones no se veían a través de las fibras. Qué fuerte, tú. ¿Qué maravillas podían ocurrir dentro de los pelitos que no dejaban escapar la luz?

Dado que se trataba de luz, lo primero que se viene a la cabeza es: reflexión y refracción. Recordé entonces que el tema estaba relacionado con los índices de refracción, los ángulos del rayo incidente, reflejado y refractado... Pero nada sacaba en claro. ¿Solución? La de muchas otras veces, desempolvar el libro de física de bachiller. Y cuando llegué a la página 254 Snell me propinó una colleja (bien merecida).

Primero de todo recordaremos conceptos, que si no, no nos enteramos de nada. El índice de refracción (n) de un medio (aire, agua, el río Segura) viene dado por la razón entre la velocidad de la luz en el vacío (c = 3·10e8 m/s) y la velocidad de propagación en dicho medio. La refracción tiene lugar cuando un rayo de luz que se está propagando en un determinado medio, pasa a propagarse en otro medio con distinto n. Imaginemos que un rayito de luz se está propagando por el aire y se tropieza con un trozo de vidrio. Lo intuitivo es pensar que la velocidad de la luz al pasar al vidrio disminuirá. Y eso es precisamente lo que ocurre, es justo lo que nos indica el índice de refracción. El n del vidrio es mayor que el del aire, y como n = c/v, esto quiere decir que la luz se propagará por este último material con menor velocidad (veremos a continuación las leyes que sigue este fenómeno). Por otro lado, la reflexión sucede cuando un rayo de luz que incide sobre un medio de distinto n no consigue atravesar el medio y se "refleja". El ángulo de incidencia y de reflexión (ambos con respecto a la normal) son iguales.

Lo siguiente, a boli:



Aquí demostramos que si un rayo de luz pasa de un medio a otro con mayor n, su velocidad disminuye, esto es, se acerca a la normal. Por lo tanto, si un rayo pasa de un medio a otro con menor n , la velocidad aumenta, o sea, se aleja de la normal.

Centrándonos en la última afirmación, tenemos que señalar, que existe un ángulo límite de incidendia, esto quiere decir que si lo superamos, el rayo ya no se refractará sino que pasará a reflejarse. En el dibujo que sigue se puede ver con claridad.



El fenómeno en el que se sobrepasa el ángulo límite y el rayo ya no se refracta se denomina reflexión total.

Pues bien, esto es justo la clave de lo que sucede en el interior de una fibra óptica, lo que pasa es que, puesto que en la videa real no trabajamos con sistemas ideales, puede haber pérdidas a lo largo de todo el recorrido del rayo de luz, pero muy pequeñas.

Esta fibra está hecha generalmente de vidrio, y esta formada por dos partes. Una es el núcleo, que tiene un n mayor que la cubierta que lo rodea. Núcleo y cubierta están hechos de materiales similares.



¡Y listo!

Ahora vamos a deleitarnos con la elegancia de la linda fibra óptica.








Una fibrilla óptica solitaria


*Se observa bastante luz a través de las fibras y esto se debe principalmente a la luz que utilizo, que no es un haz concentrado de fotones, y además no estoy apuntando directamente a la base de las fibras, si no que el foco de luz está más abajo. Además, las fibras no son perfectas (ni pueden serlo), presentan impurezas y están algo deterioradas.

Y para acabar, dejo algunas aplicaciones de la fibra óptica que me han parecido interesantes:

Se utiliza en medicina, para observar órganos internos del cuerpo sin tener que intervenir quirúrjicamente.

También en telecomunicaciones ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son de vidrio, por la baja atenuación que tienen.

Las fibras ópticas son muy usadas en el campo de la iluminación. Para edificios donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser llevada mediante fibra óptica a cualquier parte del edificio.


Fuente de las aplicaciones de la fibra óptica: Wikipedia


4 comentarios:

Jose dijo...

ay, qué remolOnas las fibras! aunque la fibra solitaria me dio un poco de pena xD

saludiiiños!

Portu dijo...

Uuuuuaaaaauuuuu, me encanta este post, más que na por las fibras. ¡Que maquima! Se nota que eres una física de raza. XD

PD.:Lo que más me ha gustado son los apuntes a mano. :P

J3v1m4 dijo...

Son las cuatro de la mañana, no consigo colocar una encuesta en mi blog (el gadget de blogger no funciona), y estoy de los nervios.

Me gusta la fibra óptica, sobre todo en los adornos navideños XD.

Una de las utilidades que tiene, además de las que mencionas, es en los marcapasos. Éstos, en vez de llevar pilas normales, llevan pilas de esas fotovoltáicas que se recargan con la luz, y ahí es donde entra en juego la fibra. Mediante fibrillas unen puntos de la piel que están constantemente recibiendo luz con las placas receptoras de las pilas, y así se van recargando ellas solitas. La ventaja salta a la vista, las pilas se tienen que cambiar menos, con lo que hay menos operaciones "a corazón abierto", nunca mejor dicho.

Bye!

Antonio dijo...

:O , enhorabuena Maria! un post de lo mas wayy... uf. Estaba leyendolo, y de imaginar que todo esto lo habias hecho tu me he sentido orgulloso de que seas mi amiga jajaj (es verdad); taluuuuuuuuuaaaaa fisicuchaaa!! =)