El efecto fotoacústico, o cómo escuchar la luz

Cuando la luz que ilumina un medio material varía periódicamente, se generan ondas acústicas. Descubierto a fines del siglo XIX, este fenómeno tiene aplicaciones muy modernas.

En este experimento pionero de Graham Bell, se dirige luz solar sobre un par de discos perforados, uno de los cuales se hace girar mediante un mecanismo de pedal. Cuando los orificios de los discos coinciden, la luz pasa e incide en una muestra de material situada en el foco de un espejo parabólico. Con la iluminación intermitente, el material emite un sonido de frecuencia igual a la de modulación de la luz. [BRUNO VACCARO]

Iluminada por una luz de intensidad modulada, una simple hoja de vidrio recubierta de negro de humo ¡puede emitir un sonido audible! Este efecto lo puso de manifiesto, hacia 1880, el ingeniero de origen escocés Alexander Graham Bell (más famoso por su invención del teléfono): una parte de la energía luminosa absorbida por la muestra iluminada se convierte en energía acústica. Esto se queda en curiosidad de laboratorio. Desde finales de los años 70, con el desarrollo de los micrófonos y las fuentes luminosas ajustables en frecuencia, el efecto ha generado múltiples aplicaciones que van de la detección de trazas de gas a la formación de imágenes clínicas de alta resolución.

Con su «fotófono», Bell buscaba un medio para transmitir voz a través del aire. Empleaba luz solar dirigida, mediante un espejo, hacia su dispositivo experimental. En sus experiencias, la intensidad de esa luz era modulada periódicamente a una frecuencia acústica (del orden de 1000 hertz, por ejemplo) merced a un conjunto de dos discos perforados, uno de los cuales se hacía rotar, mediante un pedal, antes de ser enfocado, por acción de un espejo parabólico, sobre una muestra de material. Cuando los orificios de los discos coincidían, la luz los atravesaba y llegaba a la muestra; cuando no coincidían, el dispositivo se opacaba y la muestra ya no era iluminada. Al añadir al conjunto una suerte de estetoscopio, se oían sonidos.

Sin modulación no hay sonido

Con Charles Sumner Tainter, Bell experimentó y ensayó así numerosas sustancias. Primera observación: muchas emiten un sonido cuyo tono depende de la frecuencia de la modulación luminosa, pero no del material empleado. Sin modulación no hay sonido. Segunda observación: a igual iluminación, la intensidad sonora es mayor para los materiales coloreados y ennegrecidos. Así pues, en el origen de la emisión del sonido está la absorción de la luz. ¿De qué modo?

Como todos sabemos por experiencia, la luz calienta la superficie de los materiales que la absorben. En el experimento de Bell, en ausencia de luz ya no se cede calor alguno al material, que, por tanto, se enfría. Y vuelve a calentarse en cuanto retorna la luz. Asimismo, cuando la intensidad de la luz varía periódicamente a frecuencias acústicas, lo mismo pasa con la temperatura de la superficie (véase el recuadro «El efecto fotoacústico»).

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