domingo, 29 de enero de 2012

EL MISTERIO DE LA BOLAS INVISIBLES

¿Podéis ver las bolas que mostramos en los siguientes vídeos, una vez sumergidas en el agua?

Las bolas que aparecen en el agua están rellenas de un hidrogel (poliacrilamida),  una sustancia con muchas utilidades, como la fabricación de las lentes de contacto que muchos de vosotros lleváis. 
Lo que se ve en el vídeo es debido a que el índice de refracción de este material es muy similar al del agua= 1.333. La luz cuando atraviesa este material de hidrogel se comporta de manera casi idéntica a cuando atraviesa el agua, y nuestro ojo es incapaz de distinguir las bolas dentro del líquido.

¿Por qué ocurre esto? 

Podemos ver objetos transparentes, en un medio transparente, porque la luz experimenta un fenómeno denominado refracción. La refracción es el cambio de dirección que sufren los rayos de luz cuando pasan de un medio a otro. Este cambio de dirección depende del medio en el que nos encontremos (agua, aire, aceite, etc.) ya que la luz se propaga a diferente velocidad en ellos. Se llama índice de refracción al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en otro medio.
Cuando colocamos un objeto de vidrio dentro de un vaso lleno de un líquido transparente (aceite, agua, etc.),  podemos observar sus bordes porque el índice de refracción del líquido es distinto al del vidrio. 
 Si los índices de refracción fuesen  iguales, los rayos de luz no sufrirían desviación, no podríamos ver los bordes del vidrio y como es un objeto transparente en apariencia sería invisible. En el siguiente vídeo, podéis ver cómo se introducen las pequeñas perlas sólidas de hidrogel y al cabo de unas horas se hinchan con agua y se vuelven casi invisibles.

 

Pero no es una propiedad única de los hidrogeles, cualquier otro material, como un cristal, experimenta el mismo efecto siempre que tenga el mismo índice de refracción.

Los hidrogeles presentan una serie de características particulares como son:

-  Carácter hidrófilo: debido a la presencia en su estructura de grupos solubles en agua.
-  Insolubles en agua: debido a la existencia de una red polimérica tridimensional en su estructura.
-  Presentan una consistencia suave y elástica, la cual está determinada por el monómero hidrófilo de partida y la baja densidad de entrecruzamiento del polímero.
-  Se hinchan en agua aumentando considerablemente su volumen hasta alcanzar un equilibrio físico-químico, pero sin perder su forma. La forma no hidratada se denomina Xerogel.
-  El índice de refracción de los hidrogeles depende de su composición química, del grado de hinchamiento, y de la naturaleza del disolvente que produce el hinchamiento.

Otro truco muy conocido en los laboratorios es utilizar la glicerina para hacer "desaparecer" objetos de vidrio. En este vídeo podéis ver cómo al introducir una varilla de cristal en un recipiente lleno de glicerina, éste desaparece. Esto se debe a que el índice de refracción de la glicerina (1.473) es muy similar al del vidrio (1.52), de modo que la luz los atraviesa de forma muy parecida y no los distinguimos.

¿Cómo hacer un truco de invisibilidad? 

Echamos aceite de girasol en un vaso grande, hasta algo más de la mitad de su capacidad, lo removemos con la varilla de vidrio y observamos el aspecto de la varilla dentro del vaso. Debido a la refracción parece que la varilla se tuerce o se rompe.
Ahora se trata introducir el vaso pequeño dentro del grande, echamos un poco de aceite también en él,  para que se hunda con facilidad. Observamos, volvemos a remover y vemos la varilla pero no seremos capaces de ver el vaso pequeño, ¡se ha vuelto invisible!.
Se trata entonces de encontrar un líquido que tenga el mismo índice de refracción que el vidrio. En nuestro caso el aceite de girasol  y el vidrio Pyrex tienen el mismo índice de refracción, por lo tanto este tipo de vidrio es “invisible” cuando se encuentra dentro del aceite. El resultado es el mismo si utilizamos aceite corporal para niños. 





1 comentario:

  1. Hay un detalle que quizás ayude a entender por qué podemos ver, al menos, los bordes del taco de polimero cuando éste cae al fondo.
    La configuracion molecular y su disposición geométrica en el espacio es distinto al del agua. El grado de empquetamiento en el taco de polimero no es el mismo que el del agua, dado que las poleculas de H2O se mueven con cierta aleatoriedad. Mientras que el polimero contiene en su estructura cadenas de monomero que se empaquetan unas cadenas con otras. Por tanto, la trayectoria que sigue la luz a traves del polimero es distinto al que puede observarse con el vaso de agua tal cual. Los indices de refraccion efectivamente puede parecerse pero no así su geometría.

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