Arte con polarización #light #phablabs: 11 pasos (con imágenes)

2023 Autor: Alyssa Boolman | [email protected]. Última modificación: 2023-11-26 21:02

En este proyecto crearemos hermosas obras de arte que pueden cambiar de color cuando las muevas. Hacemos esto usando el fenómeno llamado polarización, esta es una propiedad que exhiben las ondas de luz. Entonces, al final, no solo usará su creatividad, sino que también aprenderá algo sobre la física de la luz. Además, utilizará una cortadora láser, una impresora 3D y muchas de las otras herramientas útiles proporcionadas en un Fab Lab. ¡Empecemos!

Propiedades de este taller:

Planificación horaria: Total: 2h10

1. Comprensión del concepto de polarización e introducción: 15 minutos 2. Realización de la caja de madera: 60 minutos 3. Creación de un mosaico individual con cinta adhesiva: 10 minutos 4. Corte de una oración individual de hojas UHP: 30 minutos5. Averigüe si otros pueden descifrar su oración cifrada: 15 minutos

Público objetivo: estudiantes jóvenes (10-14 años)

Coste estimado: 5 €

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Paso 1: ¿Qué es la polarización?

Foto 1: Todos sabemos que el sol es la principal fuente de existencia para casi todas las especies vivientes: ¡sin sol, no hay vida! Como el sol seguirá brillando durante unos cinco mil millones de años, no tiene que preocuparse por ahora. En su lugar, veamos qué podemos aprender mientras tanto.

La luz está formada por ondas que viajan en el espacio. Trate de trazar el camino de una sola onda de luz con su mano. Descubrirá que hay diferentes direcciones en las que la onda puede oscilar. Puede subir y bajar o puede ir y venir, o tal vez algo intermedio.

Foto 2: Entonces, si bien diferentes ondas de luz pueden compartir una dirección común en la que viajan, aún pueden tener una dirección diferente en la que oscilan. Por ejemplo, en esta figura verá tres ondas diferentes (rojo, verde, azul). Las ondas verdes oscilan hacia adelante y hacia atrás, la onda azul oscila hacia arriba y hacia abajo y la onda roja ha elegido oscilar en algún lugar en el medio.

Este fenómeno se llama polarización. El plano en el que oscila una onda se llama plano de polarización. Si todas las ondas que provienen de una fuente de luz comparten el mismo plano de polarización (es decir, todas oscilan en la misma dirección), se dice que la luz está polarizada linealmente.

Los dispositivos típicos que emiten luz polarizada linealmente son, por ejemplo, láseres y pantallas LCD. Pero la mayor parte de la luz con la que nos enfrentamos en nuestra vida diaria no está polarizada linealmente; en cambio, todas las ondas de luz individuales tienen un plano de polarización diferente. En este caso llamamos a la luz no polarizada.

Ya conoces la mayor fuente de luz no polarizada. Exactamente: ¡es el sol!

Es posible filtrar la luz según su polarización utilizando polarizadores. Un polarizador es un objeto que solo deja pasar ondas de luz con un cierto plano de polarización. Cuando envía un rayo de luz no polarizado a través de un polarizador, terminará con un rayo de luz polarizado linealmente en el otro lado. De esta manera, puede compararlo con una cerca o un espacio, que solo dejaría pasar elementos que oscilen en la dirección de la abertura.

Foto 3: En esta imagen se ve un ejemplo en el que solo se dejan pasar las ondas de luz que se mueven hacia arriba y hacia abajo.

Foto 4: Ahora imagine lo siguiente: Un segundo polarizador (llamado analizador) se coloca detrás del primero. Cuando las orientaciones de los dos polarizadores coinciden, la luz polarizada linealmente que proviene del primer polarizador pasa a través del segundo. Sin embargo, si gira el analizador 90 °, la luz se bloquea por completo ya que la luz no coincide con la orientación del primer polarizador.

Foto 5 y 6: puede probar esto con una hoja polarizadora y una pantalla LCD (es decir, una computadora portátil, TV, teléfono inteligente). Simplemente sostenga el polarizador frente a la pantalla y gírelo. Como la pantalla LCD emite luz polarizada linealmente, la luz solo se deja pasar cuando la orientación del analizador y el plano de polarización coinciden. Si gira el analizador 90 °, notará que casi toda la luz está bloqueada.

Foto 7 y 8: Puede probar esto fácilmente con dos polarizadores. Simplemente colóquelos uno detrás del otro y gire uno de ellos.

Foto 9: Ahora llegamos a la parte interesante: hay materiales que rotan el plano de polarización de la luz que los atraviesa. Estos materiales se denominan ópticamente activos. Ahora, si coloca un objeto ópticamente activo entre los dos polarizadores, la luz polarizada linealmente girará. Por lo tanto, cuando llegue al analizador, volverá a coincidir (al menos en parte) con la orientación del analizador: ¡la luz ya no se bloquea!

El celofán, una sustancia que se utiliza a menudo para películas transparentes, muestra actividad óptica. Por lo tanto, puede tomar una película de celofán, cortar un patrón ingenioso y colocarla entre dos polarizadores. Voilà, ¡has creado tu propia obra de arte basada en la óptica de polarización! También puedes ver diferentes colores. Los colores cambian con el número de hojas que se apilan. Esto es lo que vamos a hacer en este proyecto.

Paso 2: Lista de piezas

Partes de fotónica:

* Láminas de polarización lineal (2 piezas de 10x10cm) (Esto se puede comprar, por ejemplo, a través de:

Otras partes:

* Pegamento para madera * Cinta adhesiva transparente * Madera contrachapada (3 mm de grosor) * Filamento de plástico * Lámina transparente para retroproyector

Herramientas (por ejemplo en Fab Labs): * Cortadora láser * Impresora 3D * Tijeras * Destornillador * Marcador permanente * Superglue

Paso 3: Impresión de soportes polarizadores Twe

Imprimiremos dos soportes polarizadores: uno se llamará "accesorio" y el otro "tapa". El archivo adjunto se pegará a la caja de madera más adelante, de modo que se pueda hacer clic en la tapa. Como el proceso de impresión toma aproximadamente 40 minutos para cada parte, primero iniciaremos el trabajo de impresión.

Asegúrese de que la impresora 3D esté encendida y que haya suficiente filamento de plástico. Ahora, cargue el modelo de las dos partes en la impresora 3D y deje que comience el proceso.

Paso 4: hacer una caja de madera

En este paso usaremos un láser. Asegúrese de haber comprendido todas las normas de seguridad necesarias. Especialmente, ¡es importante mantener cerrada la carcasa del láser durante el funcionamiento!

Elija la posición de la hoja de madera contrachapada (3 mm de espesor) e introdúzcala en la máquina de corte por láser. El patrón de corte se puede encontrar en Polarisation_Art_Casing.pdf. ¡Asegúrese de tener configurados los parámetros de láser adecuados! Para madera contrachapada con un espesor de 3 mm procesada por un láser de CO2 de 40 W, determinamos los siguientes parámetros como óptimos:

• Velocidad: 65%

• Potencia: 90%

• Frecuencia de pulso: 500 Hz

Paso 5: Montaje de las piezas

Tome las partes restantes de madera contrachapada del paso anterior y péguelas con pegamento para madera. Obtendrá una caja rectangular con dos grandes aberturas redondas. No tengas miedo, no puedes hacer nada malo. Está construido de la manera más simple posible, así que pegue lo que encaje, ¡eso es todo!

Mientras tanto, las partes 3D deberían estar terminadas.

Paso 6: Colocación del polarizador

Foto 1 y 2: Ahora debe quitar las partes de soporte de la tapa con un destornillador; tenga cuidado de no quitar las abrazaderas.

Foto 3, 4, 5 y 6: Coge la hoja polarizadora y corta un círculo redondo (diámetro 10 cm). Es útil si coloca la parte 3D en la hoja polarizadora de 10x10 cm. Use un lápiz permanente para poder dibujar en la hoja. Dibuja una línea en el borde exterior de la tapa. A continuación, dibuje un círculo interior con un diámetro que sea aproximadamente 3 mm más pequeño. Si cortas los bordes del rectángulo, debes probar si encaja correctamente en la tapa. Prueba, dibuja, corta y haz lo mismo una y otra vez hasta que quede perfecto. Como las láminas polarizadoras son bastante caras, tenga cuidado de no desperdiciar demasiado material. Así que primero pruébalo con papel en blanco y luego con la hoja polarizadora.

Foto 7, 8, 9 y 10: Ahora es el momento de pegar el accesorio en la caja de madera. Sujete los círculos polarizadores en la tapa y haga clic en el accesorio.

Paso 7: cortar los marcos

Ahora usaremos el cortador láser para hacer marcos para sujetar la otra hoja polarizadora y las imágenes que diseñaremos. Tome una hoja de madera contrachapada más delgada (grosor de 1 mm) e introdúzcala en la máquina de corte por láser. Para un láser de CO2 de 40 W, puede utilizar los siguientes parámetros:

• Velocidad: 90%

• Potencia: 45%

• Frecuencia de pulso: 500 Hz

Foto 1 y 2: Necesita dos marcos: uno que sea bastante ancho y otro más delgado. Primero, pegue el más delgado de los dos marcos en la parte posterior de la caja con pegamento para madera.

Foto 3 y 4: A continuación, pegue el marco restante en la parte superior del marco delgado de esta manera.

Foto 5 y 6: Ahora, inserte la hoja polarizadora.

También necesitas dos marcos para contener las imágenes que vas a diseñar. Tome una hoja de transparencias para retroproyector y corte dos cuadrados de 10 cm x 10 cm. Pega los cuadrados en sus marcos correspondientes. Deben encajar fácilmente en las ranuras de la parte superior de la caja de madera.

Paso 8: creación de una imagen con cinta adhesiva

¡Ahora es el momento de usar tu creatividad! Tome uno de los dos fotogramas con la hoja de transparencias OHP. Toma cinta adhesiva y pégala sobre la hoja. No tengas miedo de cometer errores. Cuanto más desordenado sea su patrón, más interesante se verá la imagen resultante.

Puede apilar varias capas de cinta una encima de la otra para renderizar diferentes colores:

1 capa: azul oscuro, transparente 2 capas: azul, amarillo 3 capas: turquesa, rosa 4 capas: verde, violeta 5, 6, 7, 8, 9,… capas: verde, violeta estancias - no aparece ningún otro color

Foto 1-4: Pon tu imagen en la caja y explora los efectos de color que se generan por el fenómeno de polarización. Gire el polarizador para ver cómo cambian los colores.

Paso 9: escribir una frase individual

Use una PC e inicie un editor de gráficos vectoriales (como, por ejemplo, Inkscape). Escriba una oración corta: usamos Arial en negrita y un tamaño de fuente de 72. Es aconsejable no escribir más de 15 letras, ya que las cosas podrían complicarse de otra manera. Tenga en cuenta que la oración debe encajar en un círculo de 10 cm de diámetro. Si está listo para trazar, coloque la hoja de transparencias OVP en un trazador y trace su frase. Una vez hecho esto, coloque las letras en su segunda hoja de imagen y fíjelas con cinta adhesiva. El uso de cinta adhesiva agregará capas adicionales, por lo que su obra de arte se volverá aún más colorida y su frase será más difícil de descifrar.

¡Deje que otros descifren su frase! Coloque la imagen en la caja a través de una de las tres ranuras. Entréguesela a otra persona (que no haya visto su frase dentro del programa de gráficos vectoriales) y déjela descifrarla por usted.

Paso 10: Variaciones

Si no tiene acceso a una impresora 3D, o la impresión 3D tarda demasiado, también puede optar por hacer una variación, donde el anillo también se corta con láser.

Vea las imágenes y el archivo de corte láser de arriba.

Paso 11: Resultado final y conclusiones

¿Qué aprendimos?

Los participantes

• aprender sobre la naturaleza ondulatoria de la luz, especialmente sobre el fenómeno de la polarización

• entrar en contacto con el campo moderno del procesamiento de materiales por láser

• utilizar sus habilidades manuales ensamblando las diferentes partes de la caja de polarización

• utilizar su creatividad diseñando una imagen para la hoja de celofán

• aprender a usar una cortadora láser

Pensamientos concluyentes

• ¿Qué otros patrones le gustaría hacer con la técnica presentada aquí?

• ¿Qué papel exactamente juega la cinta adhesiva o la hoja de transparencias OHP?

• Usamos celofán (un material que se encuentra en la cinta adhesiva y las hojas de transparencias OHP) para generar el deseado. ¿Podríamos haber utilizado alguna otra película transparente?

• ¿Por qué vemos diferentes colores?

ACERCA DEL PROYECTO EUROPEO PHABLABS 4.0

PHABLABS 4.0 es un proyecto europeo en el que dos tendencias principales se combinan en una vía de innovación potente y ambiciosa para la digitalización de la industria europea: por un lado, la creciente conciencia de la fotónica como un importante motor de innovación y una tecnología clave que posibilita una sociedad mejor, y por otro lado, la creciente red de Fab Labs vibrantes donde el aprendizaje basado en habilidades prácticas de próxima generación utilizando KET es fundamental, pero donde actualmente falta la fotónica. www. PHABLABS.eu

Este taller fue organizado por la FVB en estrecha colaboración con ViNN: LAB.