El schlieren, una técnica de observación que se explica en la columna "Taller y Laboratorio" (enlace al final de la página), permite detectar pequeñas variaciones del índice de refracción. Y como el índice de refracción depende a su vez de otras variables (por ejemplo: de la temperatura), este método es muy versátil y con él se pueden estudiar diversos fenómenos.

Cuando yo hacía la tesis, Héctor Mancini me enseñó cómo implementarlo para observar la convección en un fluido. Si un líquido se calienta por abajo, se organiza en celdas cilíndricas ("rollos") o hexagonales, de modo que asciende por un lado y baja por otro. Claro que en un líquido transparente a simple vista no se ve nada. Se pueden sembrar pequeñas partículas en el fluido, pero el experimento pierde su limpieza. Es mejor observar las variaciones de temperatura con este método, que en castellano se podría traducir por ombroscopía.

Como la capa de líquido es horizontal, se necesita una variación del montaje expuesto en "Taller y laboratorio". El haz de luz colimado debe ser vertical, reflejarse en la capa de líquido y volver hacia arriba. Es algo parecido a poner un espejo plano detrás del objeto de fase, y basta entonces un espejo de telescopio. He aquí el esquema.

ombroscopía

La fuente de luz (en amarillo) debe ser potente y puntual, por eso se hace pasar por dos diafragmas (naranja). Un espejo de primera superficie (azul) la envía sobre un divisor de haz (verde) y de ahí a un espejo esférico de telescopio, exactamente como en el montaje de M. Boada (azul). Si la fuente de luz está en el foco del espejo, de éste sale un haz de luz paralelo, que incide sobre la capa del líquido que se quiere observar (malva). La luz regresa al espejo esférico, incide sobre el divisor de haz y se enfoca sobre una cámara con un objetivo (rojo). Sea con otro diafragma, sea con el propio diafragma del objetivo, se filtra el haz y se consigue la imagen deseada. Por cierto, como este sistema es levemente astigmático, con un poco de cuidado puede separarse la reflexión de la superficie del líquido y la del fondo del recipiente.

Como estábamos a la cuarta pregunta, este montaje lo tuvimos que construir con muy poco presupuesto. Encontramos espejos de telescopio relativamente baratos, así como los diafragmas y el divisor de haz, en Edmund Optics, que sigue siendo una excelente fuente de material de óptica en cuanto a relación de calidad a precio. Y el objetivo de la cámara, otro componente fundamental, lo compramos en una tienda donde tienen material de segunda mano, Foto Casanova, que se encuentra cerca de la Plaza de Cataluña, en Barcelona (supongo que en otros sitios se podrá conseguir también). Lo que no es tan fácil de mercar es la paciencia para alinear el sistema; puede llevar horas.

Cuando se consigue, se observa esto:

convección

Para más información sobre la convección de Bénard, las celdas hexagonales y el interés que tiene este sistema paradigmático, se pueden consultar los artículos reseñados al final (uno de ellos, firmado por Manuel García Velarde, es un clásico).

El análisis cuantitativo del schlieren (es decir: relacionar el nivel de gris de la fotografía con la temperatura) es muy complicado. Se trata de un problema inverso, y no está garantizado que se pueda hallar la solución. Pero si lo que se desea es estudiar la dinámica temporal (por ejemplo: cómo varía con el tiempo ese patrón de celdas), entonces la técnica resulta idónea.

 

Ángel Garcimartín Montero
Ángel Garcimartín Montero

Catedrático de física (especialidad: materia condensada) en la Universidad de Navarra.

Ha llevado a cabo investigaciones (de carácter marcadamente experimental) sobre dinámica no lineal, inestabilidades, caos y sistemas físicos fuera del equilibrio; la fractura de los materiales frágiles; la transición vítrea, y los medios granulares. Actualmente se interesa en los atascos de materia activa (por ejemplo, los seres vivos).

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Sobre este blog

La materia blanda es la que se deforma fácilmente cuando se somete a esfuerzos o fluctuaciones térmicas: líquidos, coloides, materiales granulares, polímeros, espumas, algunos materiales biológicos. Pero en sentido figurado ¿no es también materia blanda la ciencia, la universidad, o incluso la sociedad?

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