Luz polarizada III: Stress

En una entrada anterior he hablado sobre una característica particular de algunos materiales llamada birrefringencia, que hace que la luz que lo atraviesa se descomponga en dos haces polarizados perpendicularmente entre sí. He mencionado también un mineral llamado espato de Islandia que tiene esa propiedad. Es un ejemplo de material que posee birrefringencia intrínseca, ya que ésta se debe a la propia composición del cristal. Pero esa no es la única forma de que un material sea birrefringente. Existe también la birrefringencia por tensión (stress birefringence), que se produce en algunos materiales al ser sometidos a fuerzas externas que causan una deformación en ellos.


Existe una forma sencilla de observar este efecto. Para ello necesitamos una fuente de luz polarizada que proporcione un fondo blanco y un filtro polarizador, a través del cual observaremos. No parecen cosas sencillas de conseguir, pero lo son. Ya he comentado que un filtro polarizador puede obtenerse de un viejo display LCD (incluso el de un reloj digital de pulsera). También sirven unas gafas de sol polarizadas, o un filtro de fotografía. Incluso podemos comprar láminas de gran tamaño. La fuente de luz polarizada es aún más fácil de conseguir, ya que probablemente la tengas delante ahora mismo: un monitor LCD o TFT. Por su propio principio de funcionamiento, la luz que emerge de un monitor o un televisor LCD está fuertemente polarizada. Puedes comprobarlo girando un filtro polarizador frente a uno de ellos.


Ahora necesitamos algún material que posea la rara cualidad de ser birrefringente al ser sometido a deformación. Eso sí que suena más difícil de conseguir. Pues no. Nos sirve cualquier objeto de plástico transparente. Una botella de Coca-cola, una bolsa, el envase de 50 DVDs para grabar todo lo que bajas con eMule... vamos, casi cualquier cosa transparente que tengas a mano. Mirando hacia el monitor LCD a través del filtro polarizador y situando el objeto a observar entre ellos, puedes observar cómo aparecen zonas de colores en toda su superficie que indican el grado de deformación al que fue sometido el material.

La siguiente fotografía muestra las bandas de color que aparecen en un envase de polipropileno para almacenar CDs. ¿Que por qué sé que está hecho de polipropileno?. Pues por su código de identificación de material reciclable.


Este tipo de objetos son fabricados mediante moldes y a gran velocidad, lo que hace que durante el proceso queden sometidos a fuertes tensiones internas que quedan "congeladas" en el material a través de la orientación de sus moléculas. Eso produce anisotropías en la conducción de la luz, lo que da lugar a la birrefringencia. Un material con el que es muy fácil observar los efectos de la deformación es el film para envolver alimentos. En las siguientes imágenes vemos su aspecto antes y después de ser deformado. Tras la deformación aparecen nuevas zonas de color.


No sólo los materiales termoplásticos presentan birrefringencia por tensión. También los objetos de vidrio pueden "recordar" las deformaciones sufridas durante su fabricación. Aquí están mis gafas vistas a traves del polarizador:


Esta técnica es usada industrialmente para analizar y medir tensiones en objetos. Esto es sencillo si se sabe qué color corresponde a qué tensión. El gráfico de birrefringencia de Michel-Levy es muy útil para ello. Dado un material de espesor conocido, podemos obtener su birrefringencia (denotada como n1-n2, la diferencia entre sus dos índices de refracción) en función de la longitud de onda del color que veamos en cada punto de su superficie. El valor de la birrefringencia depende de la tensión a la que haya sido sometido el material.


Vemos que los colores que aparecen en el material son los del espectro luminoso, lo que indica que la birrefringencia, junto con la refracción o la difracción, es otro de los fenómenos que pueden producir la descomposición de la luz en sus longitudes de onda individuales. La explicación de por qué ocurre esto me la ahorraré, porque el post es ya demasiado largo. Quien tenga interés por llegar más al fondo del asunto puede encontrar una buena explicación en esta página. Siento que esté en inglés.