física - óptica

Un colimador es un sistema que a partir de un haz (de luz, de electrones, etc.) divergente obtiene un "haz" paralelo. Sirve para homogeneizar las trayectorias o rayos que, emitidos por una fuente, salen en todas direcciones y obtiene un chorro de partículas o conjunto de rayos con las mismas propiedades.

Los colimadores ópticos suelen estar formados fundamentalmente por un espejo parabólico, unas lentes y algunos diafragmas. En el caso de los colimadores para chorros de partículas elementales cargadas se emplean campos eléctricos, magnéticos y diafragmas. Para el caso de partículas neutras se utilizan diafragmas para impedir el paso de partículas que se separan de la dirección elegida y algunos filtros absorbentes para eliminar ciertos rangos de energía.

Un colimador es, por definición, un instrumento de precisión para una tarea especial. El objetivo de la colimación es hacer que el eje óptico de cada lente o espejo coincida con el rayo central del sistema, un láser colimador debe lograr un haz así. La unidad debe ser ligera, robusta y estar hecha con precisión para acoplarse a los tubos standard. Debe crear un punto pequeño y muy visible, de día o de noche, a distancias encontradas generalmente en el camino de un telescopio. Además, el haz no debe salirse del eje o transformarse en un parche difuso de luz con los cambios de temperatura, como puede suceder con algunos diodos láser.

Ejemplo de un colimador óptico

La constante Verdet mide la fuerza del efecto Faraday para un material particular. Su valor depende no solo el material sino de la longitud de la onda electromagnética. La constante de Verdet recibe el nombre del físico francés Émile Marcel Verdet (1824-1866). En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad es rad m^-1 T^-1.

El ángulo α por el cual la polarización a través de un material con el espesor d girar por el efecto Faraday es proporcional a la constante de Verdet V:¹

Donde B es la densidad de flujo magnético en el material, paralelo a la dirección de propagación de la onda electromagnética.

El valor de la constante de Verdet se puede calcular a partir de la dispersión  del material considerado:²

Para la mayoría de los materiales la constante de Verdet es extremadamente pequeña. Es más fuerte en las sustancias que contienen iones paramagnéticos tales como elterbio. Existen constantes de Verdet altas en vidrios densos dopados con terbio o en cristales de granate de galio-terbio (TGG). Este material tiene excelente transparencia y es muy resistente a los daños con luz láser.

El efecto Faraday es cromático (es decir, que depende de la longitud de onda) y por lo tanto la constante de Verdet es una función con una dependencia bastante fuerte de la longitud de onda. A 632.8 nm , la constante de Verdet para TGG se informó ser -134 rad T^-1·m^-1, mientras que a 1064 nm corresponde a -40 rad T^-1·m^-1. Este comportamiento indica que los dispositivos fabricados con un cierto grado de rotación en una longitud de onda, producirán una rotación mucho menor en longitudes de onda mayores. Muchosrotadores de Faraday y aisladores son ajustables mediante la variación del grado en que se inserta la varilla activa TGG en el campo magnético del dispositivo. De esta manera, el dispositivo puede ser sintonizado para su uso con una variedad de láseres dentro del rango de diseño del dispositivo. En dispositivos de banda ancha de emisión (por ejemplo, las fuentes de pulsos láseres ultra-cortos sintonizables y los láseres vibrónicos ) no verá la misma rotación en toda la banda de longitudes de onda.

Se determina la rotación que sufre el plano de polarización de un haz de luz, cuando éste incide sobre diferentes materiales, como: agua, un cristal de sal y un vidrio flint. Los materiales están inmersos en un campo magnético cuya dirección es paralela a la del haz incidente (láser de Helio-Neón). La intensidad del haz se midió después de que pasa a través de las muestras en presencia y ausencia del campo magnético. Se encontró que el ángulo de rotación del plano de polarización del haz es proporcional a la longitud de las muestras, a la intensidad del campo magnético y a la constante Verdet, que es propia de cada material. Para los materiales estudiados la constante de Verdet tiene un valor de 7.06, 4.43 y 12.0 (+ 0.01) rad/mT, para el cristal de sal, el agua y el vidrio flint, respectivamente. En el desarrollo de este trabajo se implemento un montaje para observar el efecto Faraday usando un equipo sencillo, económico y fácil de construir en los cursos avanzados de física o ingeniería.

La contaminación lumínica puede definirse como la emisión de flujo luminoso de fuentes artificiales de luz nocturnas en intensidades, direcciones, rangos espectrales u horarios innecesarios para la realización de las actividades previstas en la zona en la que se instalan las luces.

Un ineficiente y mal diseñado alumbrado exterior, la utilización de proyectores y cañones láser, la inexistente regulación del horario de apagado de iluminaciones publicitarias, monumentales u ornamentales, etc., generan este problema cada vez más extendido.

La contaminación lumínica tiene como manifestación más evidente el aumento del brillo del cielo nocturno, por reflexión y difusión de laluz artificial en los gases y en las partículas del aire urbano (smog, contaminación...), de forma que se disminuye la visibilidad de las estrellas y demás objetos celestes.- ..................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=6f113a597498a800b2557f53fff1666c0a18772c&writer=rdf2latex&return_to=Contaminaci%C3%B3n+lum%C3%ADnica

¿QUIÉN NOS HA ROBADO LA VÍA LÁCTEA? EL PROBLEMA DE LA CONTAMINACIÓN LUMÍNICA Introducción: el consumo energético y los problemas ambientales Durante millones de años, los seres vivientes de la Tierra han ido adaptando sus procesos biológicos de acuerdo con dos ciclos astronómicos fundamentales: la sucesión de las estaciones y la alternancia día-noche. Dado que la percepción de ambos fenómenos es desigual según la latitud, las distintas especies se han acomodado a la singularidad de ambos ciclos en su hábitat. Cualquier perturbación en alguno de ellos originaría distorsiones cuyo alcance desconocemos, pero que, con toda seguridad, ocasionarían la extinción de algunas especies y la aparición de nuevas exigencias adaptativas para las demás. La acción del hombre y su cultura sobre el medio ambiente está, en la actualidad, generando una seria alteración en ambos ciclos cósmicos. La actividad industrial y las formas de vida propias de las sociedades consumistas no se pueden sostener, de mantenerse el actual modelo de economía capitalista, sino es mediante un creciente consumo energético. Niveles más elevados de "bienestar" exigen consumir cada vez más energía, proceso que amenaza con conducir a situaciones aberrantes como, por ejemplo, la de que, actualmente, gaste 100 veces más energía un ciudadano de un país industrializado que un habitante del tercer mundo. El consumo responsable de energía debería ser algo consubstancial a la educación cívica de la población por dos motivos. El primero de ellos: porque el actual modelo de consumo energético se basa en la conversión en energía de recursos naturales no renovables (carbón, petróleo o uranio), con lo cual su despilfarro acorta el tiempo de uso y priva de su disfrute a los habitantes de países no desarrollados. El segundo: porque en los procesos de conversión en energía, transporte y su posterior consumo, se generan residuos que contaminan gravemente el medio ambiente (radioactividad, lluvia ácida, contaminación de los mares, contaminación atmosférica por humos tóxicos) y amenazan con alterar el equilibrio climático (efecto invernadero por emisión de CO2). En la actualidad, el calentamiento global del planeta debido a este efecto es ya una evidencia científica y sus efectos devastadores sobre el clima son crecientes: lluvias torrenciales, huracanes catastróficos, inundaciones, sequías prolongadas, deshielo de los casquetes polares y un lamentable y futuro largo etcétera. Si bien la contaminación atmosférica por el CO2 emitido por las centrales térmicas de producción de electricidad, las industrias y los automóviles, es la principal responsable del efecto invernadero que amenaza el equilibrio climático de la Tierra, el uso excesivo e irresponsable de la energía eléctrica en el alumbrado de exteriores es la causa de una nueva agresión medioambiental que amenaza ni más ni menos que con eliminar la noche, alterando así el segundo ciclo cósmico fundamental. El fenómeno ya tiene un nombre: contaminación lumínica. La Tierra de noche, vista desde el satélite. No es sólo un mapa de las zonas habitadas, sino también de la riqueza.      1. La contaminación lumínica. Formas. Con este nombre se designa la emisión directa o indirecta hacia la atmósfera de luz procedente de fuentes artificiales, en distintos rangos espectrales. Sus efectos manifiestos son: la dispersión hacia el cielo (skyglow), la intrusión lumínica, el deslumbramiento y el sobreconsumo de electricidad. La dispersión hacia el cielo se origina por el hecho de que la luz interactúa con las partículas del aire, desviándose en todas direcciones. El proceso se hace más intenso si existen partículas contaminantes en la atmósfera (humos, partículas sólidas) o, simplemente, humedad ambiental. La expresión más evidente de esto es el característico halo luminoso que recubre las ciudades, visible a centenares de kilómetros según los casos, y las nubes refulgentes como fluorescentes. Como detalle anecdótico e ilustrativo se puede mencionar el hecho de que el halo de Madrid se eleva 20 Km. por encima de la ciudad y el de Barcelona es perceptible a 300 Km de distancia, desde el Pic du Midi y las sierras de Mallorca. En condiciones normales, los navegantes podrían ir de Mallorca a Barcelona de noche, simplemente guiándose por el resplandor del halo. Panorama general de Barcelona. La difusión de la luz en el cielo destruye su oscuridad natural. Cortesía Cel Fosc. La intrusión lumínica se produce cuando la luz artificial procedente de la calle entra por las ventanas invadiendo el interior de las viviendas. Su eliminación total es imposible porque siempre entrará un cierto porcentaje de luz reflejada en el suelo o en las paredes, pero de aceptar esto a tener que tolerar como inevitables ciertos casos aberrantes de descontrol luminotécnico, como poner globos sin apantallar frente a las ventanas, o iluminar fachadas con potentes focos, hay un abismo. Al no existir conciencia ciudadana de que esto es una nada sutil forma de agresión medioambiental, nadie piensa en denunciarlo, excepto en casos contados de protestas multitudinarias de vecinos. No existen, que yo sepa, estudios rigurosos acerca del grado de afectación de la luz artificial sobre el hombre, aunque ciertos casos curiosos parecen apuntar hacia una conexión entre el uso de bombillas de Vapor de Mercurio (luz blanca) y la exteriorización de mayores índices de agresividad. De todos modos, hay un punto que resulta evidente: si, como parece, los ciclos corporales están en sintonía con los ciclos naturales de la luz, la presencia de ésta en el ambiente durante el sueño puede ser causa de alteraciones todavía no completamente identificadas. Recientemente, se ha descubierto que el uso de luces tipo "led" en habitaciones de niños pequeños es desaconsejable porque produce alteraciones en el sueño. Ahora bien. Hay un caso de trastorno evidente: el de aquellas personas que en verano necesitan imperiosamente abrir la ventana para dormir y no pueden hacerlo si tienen la desventura de tener un foco luminoso frente a ella: sueño inquieto, ausencia de reposo, insomnio, cansancio y nerviosismo son las consecuencias más usuales. El deslumbramiento se origina cuando la luz de una fuente artificial incide directamente sobre el ojo, y es tanto más intenso cuanto más adaptada a la oscuridad esté la visión. Al ser éste un efecto indeseado, toda la luz que lo origina no se aprovecha, cosa que no sólo es un despilfarro, sino que constituye un elemento evidente de inseguridad vial y personal. El modelo luminotécnico vigente prima el deslumbramiento porque se basa en la falsa concepción de que el exceso de luz incrementa la visibilidad y los ciudadanos, inconscientes de ello, demandan más luz a los responsables públicos, en la creencia de que su seguridad personal aumenta con el exceso. Al final resulta todo lo contrario: una persona deslumbrada carece de seguridad, se mire por donde se mire: es vulnerable a las agresiones físicas y también ve mermada su capacidad de respuesta en la carretera al no poder su ojo percibir los detalles inmediatos. Exceso de luz mal dirigida y buena visibilidad son términos opuestos. El alumbrado de carreteras representa un punto crítico en esta cuestión. Se tiende a iluminar con exceso de potencia el mayor número posible de tramos de carretera, en la creencia de que ello supone un aumento de la seguridad vial. Habría que ver los estudios estadísticos sobre siniestralidad nocturna en carreteras iluminadas y no iluminadas para poder evaluar con equidad la conveniencia de hacerlo o no. Porque hay algo que sí es evidente: los conductores corren más en los tramos iluminados y esto supone un incremento del factor de riesgo velocidad. Por otra parte, a veces se instalan en carreteras de circulación densa y autopistas puntos de luz con luminarias incorrectamente apantalladas que deslumbran y, sorprendentemente, no se ve en ello un factor de inseguridad. Finalmente, tampoco nadie se preocupa del enorme deslumbramiento que suponen las instalaciones privadas o públicas situadas en las inmediaciones de la carretera: campos de deportes con proyectores apuntando directamente a ella y focos exteriores de industrias o de particulares con la misma orientación inadecuada, son un espectáculo común en nuestras vías de circulación. El cúmulo de despropósitos de este estilo es innumerable, y uno nunca termina de sorprenderse al ver uno nuevo. Parece mentira que nadie se haya preocupado de informar a los instaladores de la necesidad de orientar correctamente estas luminarias. Al final, lo más incongruente: nadie parece pensar en el hecho elemental de que el alumbrado de carreteras debería diseñarse de acuerdo con las peculiaridades de la visión nocturna, en vez de empeñarse en convertir la noche en día. Nuestro ojo ha evolucionado de tal forma que en su parte posterior, llamada retina, posee dos tipos de células especializadas en la captación de luz: unas, los conos, concentrados en lafovea, el centro de la visión, son especialmente sensibles a las longitudes de onda de la intensa luz diurna y son las responsables de la captación de los colores y de la visión directa de los objetos. Otras, denominadas bastones, actúan preferentemente en la visión nocturna y se sitúan alrededor de la fovea. Aunque ligeramente más sensibles que los conos a las longitudes de onda del color azul, son ciegas a los demás colores, pero capaces de percibir detalles trabajando a niveles de luminosidad muy bajos, en los que los conos dejan de operar. Su sensibilidad a la luz depende de una sustancia llamada rodopsina, que las va llenando progresivamente conforme avanza el proceso de adaptación a la oscuridad, muy conocido entre los astrónomos aficionados. Al cabo de una media hora en general, el ojo ha adquirido el límite de su capacidad de adaptación y puede ejercer sus funciones de visión nocturna a pleno rendimiento. Todo el mundo ha experimentado lo que sucede cuando pasamos de un ámbito muy iluminado a otro totalmente oscuro: necesitamos tiempo para adaptarnos a la oscuridad y pasamos de no ver nada en absoluto a percibir, primero, formas inconcretas; después formas más específicas y, finalmente, detalles menores y distintos niveles de brillo en ellos. Al estar situados los bastones en los alrededores de la retina, su máximo rendimiento se obtiene cuando observamos indirectamente los objetos, lo que se denomina visión lateral. Algo parecido sucede cuando pasamos repentinamente de la oscuridad a la luz muy intensa: quedamos deslumbrados y durante un cierto tiempo no tenemos la agudeza visual necesaria para percibir los objetos con nitidez, con lo que nuestra capacidad de respuesta frente a los obstáculos se ve muy mermada hasta que no nos adaptamos a la luz. Ambas situaciones se producen cuando salimos de un entorno urbano muy iluminado a una carretera oscura o cuando, procedentes de ella, llegamos al entorno urbano. A nadie se le ha ocurrido aplicar la idea de progresividad en el alumbrado de estas zonas. Un alumbrado ideal sería aquél que disminuiría paulatinamente el nivel de luz en dirección saliente, dando al ojo un mínimo tiempo para empezar a adaptarse a la oscuridad. En sentido contrario, el sistema sería igualmente adecuado. El sobreconsumo, finalmente, es la consecuencia indeseada e inevitable de los factores anteriormente descritos. Si éstos se evitaran, ahorraríamos porcentajes mínimos de un 25% en la factura de la luz, pudiéndose alcanzar porcentajes mayores del 40% en ciertos casos, si existiera la voluntad de utilizar lámparas de sodio de baja presión y se hiciera una fuerte apuesta por rebajar potencias en las luminarias. Porque lo cierto es que hasta el presente ha existido una especie de contubernio entre las compañías eléctricas y los fabricantes de luminarias y de bombillas, por el cual unos y otros han hecho del exceso de consumo su principal negocio. Las eléctricas porque mayor consumo equivalía hasta ahora a tener un mayor beneficio y los fabricantes de bombillas y de luminarias porque cuanto mayor sea la potencia que se instale, tanto más se encarece el producto, reduciéndose, además, su vida útil. Por razones coyunturales, ahora el negocio parece desplazarse hacia la política de ahorro en el consumo, por lo cual, en principio, no existe aparente oposición por su parte a reducir la contaminación lumínica. Por otro lado, la exigencia de ofrecer al mercado nuevas luminarias no contaminantes y lámparas más eficientes, puede suponer, incluso un revulsivo para la competitividad del sector. La península ibérica de noche. Son fácilmente distinguibles las principales ciudades.     2. Efectos en la biodiversidad.  Aunque resulte un tanto extraño decirlo, hay que considerar a esta novedosa forma de contaminación, cuyos efectos son todavía muy poco estudiados, como perfectamente equiparable a la emisión de humos hacia la atmósfera o al vertido de contaminantes en los ríos, porque, en el fondo, consiste en la emisión de energía producida artificialmente hacia un medio naturalmente oscuro. Tiene efectos comprobados sobre la biodiversidad de la flora y la fauna nocturna que, dicho sea de paso, es mucho más numerosa que la diurna y precisa de la oscuridad para sobrevivir y mantenerse en equilibrio. La proyección de luz en el medio natural origina fenómenos de deslumbramiento y desorientación en las aves, y una alteración de los ciclos de ascenso y descenso del plancton marino, lo que afecta a la alimentación de especies marinas que habitan en las cercanías de la costa. También incide sobre los ciclos reproductivos de los insectos, algunos de los cuales han de atravesar notables distancias para encontrarse y no pueden pasar por las "barreras del luz" que forman los núcleos urbanos iluminados. Se rompe, además, el equilibrio poblacional de las especies, porque algunas son ciegas a ciertas longitudes de onda de luz y otras no, con lo cual las depredadoras pueden prosperar, mientras se extinguen las depredadas. Finalmente, la flora se ve afectada al disminuir los insectos que realizan la polinización de ciertas plantas. Aunque es algo no estudiado todavía, resulta palpable que esto podría afectar a la productividad de determinados cultivos.    3. Efectos en la biodiversidad.   En otro orden de cosas, la emisión indiscriminada de luz hacia el cielo y su dispersión en la atmósfera constituyen un evidente atentado contra el paisaje nocturno, al ocasionar la desaparición progresiva de los astros. Algunos de ellos no tienen un brillo puntual como las estrellas, sino que son extensos y difusos (las nebulosas y las galaxias) y, por esta razón, son los primeros en resultar afectados. Su visión depende del contraste existente entre su tenue luminosidad y la oscuridad del fondo del cielo. Al dispersarse la luz, éste se torna gris y estos objetos desaparecen. El ejemplo más notable de esta especie de "asesinato celeste" lo constituye la desaparición total de la visión del plano de la Via Láctea, nuestra galaxia, desde los entornos urbanos. Hay que alejarse mucho de los núcleos habitados para encontrar cielos lo suficientemente oscuros como para poder observarla en toda su magnificiencia y, en la práctica, no creo que haya más de uno o dos lugares en Catalunya que sean todavía casi vírgenes. En mi propia experiencia he de constatar que, en mi niñez, el espectáculo de la galaxia era algo habitual desde mi casa (por aquel entonces ubicada en el extrarradio de mi ciudad). Ahora, desde el mismo sitio, es solamente una presencia que intuyo en raras noches de gran oscuridad y transparencia. M15, cúmulo globular en Pegasus, situado a 34.000 años-luz. Por tratarse de un objeto difuso, se ve rápidamente afectado por la contaminación lumínica. Foto Pere Horts Al incrementarse más y más el brillo del cielo, acaban por desaparecer también, de forma progresiva, las estrellas, con lo que, al final, solamente las más brillantes, algunos planetas y la Luna resultan visibles en medio de un cielo urbano que es como una neblina gris-anaranjada. Si consideramos que en condiciones óptimas, nuestro ojo alcanza a distinguir estrellas hasta la sexta magnitud, lo cual supone poder alcanzar a ver unas 3.000 en verano, podremos juzgar con equidad la magnitud de lo que nos perdemos. Parte del halo de luz de Barcelona, visto desde Collserola. Obsérvese la progresiva degradación del fondo del cielo. Cortesía Cel Fosc. La destrucción del paisaje celeste comporta, a mi entender, profundas consecuencias culturales y humanas. Si el desplazamiento masivo de la población desde áreas rurales a las urbanas ya implica de por sí una pérdida inevitable de las formas de vida tradicionales y de los elementos culturales en que éstas se basan, la imposibilidad de contemplar el cielo desde las ciudades priva además al individuo de un contacto directo con el universo, lo que origina un inevitable empobrecimiento cultural y personal. En las sociedades industriales, donde el volumen de información acerca del cosmos que está a disposición de cualquiera es enorme, se da la circunstancia paradójica de que los individuos sufren un desconocimiento mayor de las cosas del universo, si comparamos esta situación con la que se encuentran, en general, los habitantes de zonas rurales, menos evolucionadas, que pueden saber menos sobre los astros, pero que los sienten como algo infinitamente más cercano. En las sociedades rurales, en épocas anteriores, la presencia del firmamento y sus fenómenos era algo con lo que, tradicionalmente, se convivía. Los ciclos cósmicos y su vinculación con la agricultura y la tradición han generado a lo largo de los tiempos un patrimonio cultural y folclórico (en el mejor sentido del término) que está desapareciendo a pasos agigantados: el conocimiento de las constelaciones, con todas las historias vinculadas a ellas; su posición en el cielo en relación con la época del año; su relación con las tareas agrícolas; la nomenclatura popular con la que se designaba a las estrellas y otros astros; expresiones del lenguaje ordinario que incluían referencias astronómicas; la posibilidad de observar fenómenos celestes como lluvias de estrellas, cometas y todo un tesoro de leyendas construido alrededor de la contemplación del firmamento constituyen hoy una relación de cuestiones para el recuerdo. Pero hay algo más: el desarraigo que afecta al hombre en la gran urbe no es sólo consecuencia de su falta de contacto con la naturaleza, que acaba por devenir un artículo de consumo más para los domingos, sino también de la pérdida inevitable del sentido de su existencia en relación con el cosmos. Para las generaciones de jóvenes actuales, el universo es ya tan sólo algo con lo que únicamente entran en contacto a través del cine y de lo que están y se sienten desvinculados. Además, el tipo de educación que se ofrece en escuelas y centros de enseñanza media no incluye, por lo general, nociones de Astronomía más que en casos muy raros y siempre vinculados al voluntarismo de algún profesor que tenga horas libres para poder ofrecer dichos conocimientos en una materia optativa. Como resultado, se da la paradoja de que, mientras la sociedad, debido a la evolución de la economía y a la revolución tecnológica, se va acercando cada vez más al establecimiento de una civilización planetaria, los individuos parecen estar alejándose cada vez más de ella, regresando incluso a posiciones de un nuevo tribalismo, porque la educación que reciben les escamotea el conocimiento del universo y no les ofrece la posibilidad de orientar su propia humanidad en relación a él, algo indispensable para la formación de una conciencia que esté al nivel de esta pretensión. A todo lo dicho hay que añadir que la contaminación lumínica, juntamente con la contaminación radioeléctrica y la del espacio, representa la más seria amenaza para el progreso de la astrofísica. La dispersión de la luz en la atmósfera convierte el fenómeno en algo capaz de alterar la calidad del cielo a grandes distancias, afectando así las zonas en las que se ubican los observatorios profesionales. Por esta razón, los primeros signos de denuncia del peligro que suponía la contaminación lumínica para la ciencia astronómica procedieron de los sectores astrofísicos y se canalizaron a través de la Unión Astronómica Internacional (IUA), cristalizando en una serie de convenios de protección de los observatorios, establecidos con la UNESCO, y en la redacción de recomendaciones de carácter luminotécnico para los distintos estados de la Tierra. Pero estas ultimas no se han tenido en cuenta, en la práctica, con lo cual hoy día la situación es realmente angustiosa y algunos observatorios, o bien han cerrado, o bien se mantienen realizando tareas de observación menores en comparación con las observaciones que se podrían realizar si el cielo nocturno no se hubiera deteriorado.