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FMF - Foro de Mineralogía Formativa
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Minerales BIRREFRINGENTES - (4)
  
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Josele




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MensajePublicado: 17 Sep 2012 18:59    Título del mensaje: Minerales BIRREFRINGENTES - (4)  

Colección: Ciencias de la Tierra. Vol. 1. Nº 4


BIRREFRINGENCIA

La birrefringencia es una propiedad óptica de algunos materiales consistente en dividir en dos (ordinario y extraordinario) un rayo incidente que los atraviese, es decir, en doblar las imágenes vistas a su través. Este fenómeno ocurre en cristales ópticamente anisótropos porque, al penetrar en ellos, la luz se polariza en dos (anisotropía óptica uniaxial) o tres planos (anisotropía biaxial), teniendo cada uno de ellos un índice de refracción diferente y, por tanto, sufriendo una distinta desviación. La diferencia entre estos índices nos da la magnitud de la birrefringencia. La razón última de que esto ocurra está relacionada con la estructura cristalina y siento no tenerlo tan claro como para poder explicarlo (¡se admite ayuda!).
La mayoría de los minerales (menos los del sistema cúbico) son birrefringentes en mayor o menor medida. El calomel (δ=+0.683), el rutilo (δ=+0.287) y la calcita (δ=-0.172) son los minerales con mayor birrefringencia, muy por delante del zircón (δ=+0.055) y el berilo (δ=-0.045). Incluso el hielo tiene una débil birrefringencia (δ=+0.004).

Se ha escrito mucho sobre la utilización por parte de los vikingos del espato de Islandia para orientarse en sus viajes oceánicos mucho antes de la invención de la brújula. El sistema se basa en la birrefringencia de la calcita y en el hecho de que la luz del sol llega ligeramente polarizada tras atravesar la atmósfera. Si bajo un cielo nublado hacemos girar un cristal de espato de Islandia sobre un papel donde hemos dibujado un punto, veremos dos puntos, uno girando alrededor del otro. La intensidad de los puntos aumenta y disminuye alternativamente 4 veces cuando giramos el cristal una vuelta completa. En la posición en que ambos puntos tienen la misma intensidad el cristal está alineado con el sol. Este sistema puede utilizarse también en las noches árticas, cuya claridad, por otra parte, impide guiarse por las estrellas. En la práctica, con un simple cristal y a ojo, es difícil distinguir con precisión la posición del cristal en la que se ven los dos puntos con igual intensidad. Sin embargo, un equipo de la Universidad de Rennes construyó un sencillo aparato basado en este principio con el que obtuvieron errores inferiores a 1º.
Este fenómeno es fácilmente comprobable frente a la pantalla del ordenador, que emite una luz muy polarizada.

Enlaces de interés (en inglés):
https://www.oneearthpress.com/pdf/nav_notes.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Birefringence
(enlaces normalizados por FMF)



birrefr.jpg
 Descripción:
Antes de atravesar el cristal, la radiación electromagnética vibra en todas las direcciones perpendiculares a su trayectoria (si no está polarizada). Para simplificar, en el esquema solo aparecen dos planos de vibración.
El movimiento real se parece más a la trayectoria de una bala a cámara lenta en las películas de Matrix.
La luz solo puede penetrar vibrando en dos direcciones, una paralela al eje óptico y otra perpendicular. Para el resto de direcciones el cristal es opaco.
El cristal tiene dos valores diferentes de índice de refracción para las dos direcciones de luz polarizada, por lo que los rayos sufren distinta desviación.
Al salir del cristal los rayos forman trayectorias paralelas y mantienen la polarización.
Imagen: wikipedia
 Visto:  18729 veces

birrefr.jpg



viking1.JPG
 Descripción:
Instrumento desarrollado por Guy Ropars consistente en un cristal exfoliado de espato de Islandia (calcita calidad óptica) de unos 2 cm de grosor dentro de una pequeña cámara giratoria. Arriba tiene un pequeño boquete por el que entra la luz de un día nublado, polarizada en la dirección del sol. El rayo incidente atraviesa el cristal, se divide y la imagen resultante es reflejada por un pequeño espejo para observarla lateralmente. En posición horizontal, hay que hacer girar el bombo que aloja el cristal hasta ver las dos imágenes con la misma intensidad, entonces la aguja indica la posición del sol.
Imagen por cortesía de Guy Ropars
 Visto:  18731 veces

viking1.JPG



viking2.jpg
 Descripción:
Esquema de funcionamiento en la penumbra ártica.
imagen por cortesía de One Earth Press
 Visto:  18804 veces

viking2.jpg



C_bi1.JPG
 Descripción:
He pintado un punto en un exfoliado de calcita china y lo pongo frente al ordenador. En esta posición el rayo ordinario vibra en el mismo plano que la luz polarizada del ordenador mientras que el extraordinario queda anulado. Resultado: solo se ve un punto.
Se produce una marcada iridiscencia asociada a un plano de exfoliación de la que ya hablaremos mas adelante.
 Visto:  18719 veces

C_bi1.JPG



C_bi2.JPG
 Descripción:
El cristal ha girado 45º a la izquierda. Ahora se ven dos puntos. Ninguno de los dos planos de polarización del cristal coincide con el plano de polarización de la luz del ordenador. El rayo ordinario y el extraordinario quedan parcialmente anulados, viéndose ambos pero muy tenues.
Apenas hay iridiscencia.
 Visto:  18715 veces

C_bi2.JPG



C_bi3.JPG
 Descripción:
Otros 45º a la izquierda vuelve a verse un único punto. Ahora coincide el plano de vibración del rayo extraordinario mientras el otro queda anulado.
La iridiscencia aparece de nuevo.
 Visto:  18681 veces

C_bi3.JPG



C_bi4.JPG
 Descripción:
De nuevo otros 45º a la izquierda. Aparecen otra vez los dos puntos tenues.
Iridiscencia muy débil.
 Visto:  18668 veces

C_bi4.JPG



C_laser1.JPG
 Descripción:
Aquí un haz de luz laser atravesando el mismo romboedro de calcita. El haz se divide en dos.
 Visto:  18797 veces

C_laser1.JPG



C_laser2.JPG
 Descripción:
Lo mismo con el romboedro en posición tumbada.
 Visto:  18745 veces

C_laser2.JPG



C_laser3.JPG
 Descripción:
Aquí en otra posición.
 Visto:  18714 veces

C_laser3.JPG



C_laser4.JPG
 Descripción:
Aquí el laser atraviesa el cristal en dirección paralela a su eje óptico, que coincide con el eje cristalográfico c. No hay doble difracción, el cristal se comporta como si fuera isótropo.
 Visto:  18731 veces

C_laser4.JPG



C_laser5.JPG
 Descripción:
Por último, el laser incide en el cristal en dirección mas o menos perpendicular al eje óptico. Se produce una difracción múltiple ¿¿¿???
 Visto:  18666 veces

C_laser5.JPG



_________________
Josele
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Josele




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MensajePublicado: 17 Sep 2012 19:25    Título del mensaje: Re: Minerales BIRREFRINGENTES  

Julius escribió:

!! Bravo Josele !! Estupenda explicación y serie fotográfica sobre la fluorescencia y magnifica la demostración practica de la birrefringencia.
Gracias por haber hecho que mi cerebro se desviase de otras cuestiones y se concentrase durante unos minutos en esos experimentos con el láser. La verdad, conocía la palabreja esa y mas o menos sabia de lo que trataba, pero nunca había tenido ocasión de ver en la practica el resultado.
Y Mª Jesús, gracias también a tí por la explicación sobre los fuegos fatuos y su influencia en las historias sobre fantasmas. pero creo que se ha quedado algo en el tintero, ya que aparte de en los cementerios, también se han narrado los terrores de los marinos cuando veían danzar por cubierta de sus embarcaciones, esos fuegos que llamaron "de San Telmo" y que tienen un origen totalmente diferente.
Pero quizás se podría tratar en otro tema para no desvirtuar el actual de Josele.

_________________
Julio Fiol
Me gustan todas las piedras, menos las de riñon.
Quiero disfrutar de la naturaleza antes de que la naturaleza disfrute de mí.


nimfiara escribió:

Sencillamente fantástico josele!! has dado en uno de mis puntos débiles, me pirro por los fluorescentes, y esas fotos son magníficas.

Lo de la birrefringencia, muy ilustrativo con la pantalla del ordenador, me ha gustado por lo sencillo que resulta de entender con esas imágenes.

Sigue por favor!!
¿que tal ahora la iridiscencia? :-)

Pd: Julius, nos explicas eso de los fuegos de san telmo? :-)

_________________
A todo mineral, le acompañan dos historias. la que él te cuenta, y la que te cuenta su dueño. Aprende a escucharlas y comprenderás la razón de mi fascinación.


Se agradecen los comentarios, me gusta que os guste...
Ninflara, pues sí, quiero seguir con la iridiscencia y sus variantes pero necesito algún tiempo para hacer las fotos y tengo pocos minerales iridiscentes, espero que me ayudes con los tuyos.

Los fuegos de San Telmo son un tipo de luminiscencia provocada por potentes campos eléctricos en un aire muy ionizado. Julius, yo casi prefiero que me persigan los fantasmas de los fuegos fatuos a ver fuegos de San Telmo, pues tengo entendido que cuando aparecen falta poco para que te caiga un rayo encima.
_________________
Josele

Jose F. Castro Medina escribió:

Buenas noches Josele muchas gracias por el impresionante trabajo que estas realizando y por enseñarnos tantas cosas a todos lo que estamos aquí.
Un saludo

_________________
ayer es historia, mañana es un misterio, y hoy es un regalo, por eso se llama presente.


Frederic escribió:

Intuyo que este va a quedar como uno de los temas de referencia del Foro, y con todo merecimiento. Muy buenas las fotos con luz UV, difíciles a veces de captar y ajustar por los sensores de la cámara.
Saludos.

_________________
Frederic Varela Balcells
Grup Mineralògic Català


Angel87 escribió:

Fantástico Josele, me han encantado tus explicaciones, muy muy interesante! sigue así por favor, que intuyo que todos queremos más, hehe

Àngel

_________________
La base del conocimiento es la observación


Ignacio escribió:

Ahora faltan las propiedades "esotéricas".
Por ejemplo, si te pones un cuarzo en el Chakra, ¿qué es lo que ocurre?
Mejor no te lo metas, que esto es un foro cientifico, jajajaj



.
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Josele




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MensajePublicado: 17 Sep 2012 19:30    Título del mensaje: Re: Minerales BIRREFRINGENTES  

María Jesús M. escribió:

Josele me ha encantado tu explicación de la birrefringencia, la historia de los vikingos también.
Es uno de mis efectos favoritos desde que (en uno de mis libros de colegio) vi una foto de un espato de Islandia sobre una palabra, que se duplicaba.
A pesar de que el cristal que he usado tiene bastantes defectos, he hecho con mi cámara de fotos algo parecido a lo que tu hiciste con el puntero, ya veis los resultados. La palabra no sólo se duplica, sino que también se triplica e incluso cuadruplica.




p1010173.jpg
 Descripción:
Espato de Islandia (calcita)
ancho de imagen 8 cm
 Visto:  18678 veces

p1010173.jpg



p1010175.jpg
 Descripción:
Espato de Islandia (calcita)
ancho de imagen 8 cm
 Visto:  18666 veces

p1010175.jpg



p1010178.jpg
 Descripción:
Espato de Islandia (calcita)
ancho de imagen 8 cm
 Visto:  18772 veces

p1010178.jpg


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María Jesús M.




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MensajePublicado: 17 Sep 2012 20:53    Título del mensaje: Re: Minerales BIRREFRINGENTES  

En su día, se me pasó comentar que cuando se observan las imágenes triplicadas o cuadruplicadas, es porque existen planos de exfoliación ligeramente abiertos.

Aunque dichos planos pueden ser imperceptibles a simple vista, las zonas superior e inferior al plano se comportan como si fuesen cristales distintos y superpuestos, provocando una doble duplicación de la imagen.

El efecto final depende del grosor de cada capa y del ángulo de incidencia de la luz (o de la mirada del observador) en relación a dichos planos.
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Josele




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MensajePublicado: 17 Sep 2012 21:18    Título del mensaje: Re: Minerales BIRREFRINGENTES  

María Jesús, a mí me parece que la imagen cuadruple que se ve en la última foto es la suma de la imagen doble normal en la birrefringencia mas la especular de la cara que queda en la parte superior de la foto, fíjate que la L se ve al revés, no sé si me explico...

Aprovecho para poner un espato de Islandia con diferentes iluminaciones.



P1100478.jpg
 Descripción:
Con luz incandescente:
 Visto:  18585 veces

P1100478.jpg



P1100480.jpg
 Descripción:
Con un LED LW UV:
 Visto:  18595 veces

P1100480.jpg



P1100483.jpg
 Descripción:
Con tubo M-LW UV. Esta calcita no es fluorescente, lo naranja es un reflejo.
 Visto:  18569 veces

P1100483.jpg



P1100482.jpg
 Descripción:
Con laser rojo:
 Visto:  18640 veces

P1100482.jpg



_________________
Josele
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Josele




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MensajePublicado: 22 Sep 2012 01:21    Título del mensaje: Re: Minerales BIRREFRINGENTES - (4)  

Si ponemos dos cristales de espato de Islandia, uno encima del otro, sobre un papel con un punto negro, en el primero se produce birrefringencia pero al pasar al segundo no se vuelve a producir birrefringencia puesto que los rayos ordinario y extraordinario llegan polarizados y no se dividen. Ocurrirá que seguiremos viendo dos puntos si el segundo cristal está en la misma orientación cristalográfica que el primero. Si giramos uno de ellos 45º (un octavo de vuelta) el punto desaparecerá. Seguimos girando otro octavo de vuelta (hasta 90º) y aparecen dos puntos de nuevo, en otra posición. Giramos otro octavo y desaparecen de nuevo. Otro más (hasta 180º) y aparece UN SOLO PUNTO, pues lo que hace el primer cristal lo deshace el segundo (siempre y cuando sean de un grosor parecido). Damos otro octavo de vuelta y vuelve a desaparecer. Otro más (hasta 270º) y aparecen otra vez dos puntos, en otra posición. Giramos otro octavo y desaparecen, otro más (360º, vuelta completa) y aparecen los dos puntos de nuevo como al principio.

Para hacer el experimento lo ideal sería disponer de cristales de calcita transparente de calidad óptica y bien lisos y pulidos. Yo lo he hecho con el cristal exfoliado fotografiado arriba y otro parecido. Al tener color, algunas inclusiones y las caras imperfectas, las imágenes se ven muy tenues y me ha resultado imposible de fotografiar. Sin embargo, funciona, es otra demostración de la polarización de la luz al atravesar la calcita.

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Josele
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