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Herramientas láser – ¡La ciencia es diversión!

noviembre 19, 2018
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ciencia - 0AuKbonfvpB7poI9PEsta semana se anunciarán los ganadores del Premio Nobel de 2018 en seis categorías diferentes, que comenzarán el lunes con el premio de física, ¡mi tema favorito! El premio fue otorgado a Arthur Ashkin, Gérard Mourou y Donna Strickland, por inventos innovadores utilizando láseres. ¡Puedes celebrar el premio creando un laberinto láser!

Los láseres han existido durante mucho tiempo, desde que se inventaron en 1958, y tienen todo tipo de usos comunes como los reproductores de DVD. escáneres de códigos de barras, etiquetas láser, espectáculos de luz, fibra óptica y, por supuesto, punteros láser para entretener a los gatos. ¡Hay cientos de otras aplicaciones para láseres de las que probablemente nunca has oído hablar, como perforación láser, espectroscopía, detección remota, microscopía e incluso fusión nuclear!

¿Qué es un láser?

La palabra láser significa Light UNAmplificación por Stimulado mimisión de Radiación.

Para hacer un láser, la energía (generalmente de la electricidad) se bombea a un cristal o gas. Los electrones en ese cristal o gas se excitan con toda esa energía y saltan a otro nivel de energía: esta es la estimulado parte. Pero cuando vuelven a caer hacia donde empezaron, emiten esa energía como luz: esta es la emisión o radiación parte. Todos los electrones excitados pierden exactamente la misma cantidad de energía y dan exactamente la misma longitud de onda, o color, de luz. No solo que todas las crestas y depresiones de las ondas de luz coinciden (llamadas coherente) haciendo una luz de un solo color intenso que llamamos un láser.

Este año, el Premio Nobel de Física fue otorgado por dos invenciones novedosas que aprovechan las propiedades únicas de los láseres para avanzar en la investigación del funcionamiento interno de las células, así como de las moléculas y los átomos.

Pinzas opticas

Arthur Ashkin descubrió una forma de usar láseres para mover y sostener objetos muy pequeños, ¡como el rayo tractor de Star Trek! Él descubrió cómo usar un láser para atrapar y mover una esfera de un tamaño de micrómetro, el tamaño de las células. Las pinzas ópticas permiten a los científicos sostener y estudiar las células vivas sin tocarlas realmente, incluso usar múltiples pinzas para llegar dentro de una célula sin siquiera romper la membrana.

¡Lo mejor de las pinzas ópticas es que puedes ver los fenómenos en casa! Todo lo que necesitas es un láser bastante fuerte (250 mW) y un marcador Sharpie. Si coloca la punta del marcador en la trayectoria del láser, se romperá un poco de fieltro y se mantendrá en el rayo láser. Compruébalo en este video.

Amplificación de pulso Chirped

Donna Strickland y Gerard Mourou descubrieron una manera de crear pulsos de luz cortos más intensos (más brillantes) que antes. Hicieron esto creando pulsos, estirándolos en un cable de fibra óptica, amplificando los pulsos para hacerlos muy brillantes y luego comprimiéndolos nuevamente para hacerlos muy cortos (¡una mil millonésima de segundo o más cortos!), Y aún más brillantes. Lo llamaron Chirped Pulse Amplification o CPA. Las aplicaciones incluyen cámaras súper rápidas que permiten a los científicos estudiar las interacciones entre y dentro de los átomos y las moléculas. Estos pulsos también pueden usarse para hacer instrumentos y electrónica súper precisos.

Para obtener más información sobre ambos, consulte el Fondo de Ciencia Popular proporcionado por el comité del Nobel y este artículo de Ethan Siegel.

Hacer un laberinto laser

Entonces, ¿qué puedes hacer con los láseres en casa? Después de que hayas intentado hacer pinzas ópticas con un marcador, toma tu láser y unos cuantos espejos más pequeños para probar el Laser Maze Challenge. Tu objetivo es usar exactamente 3 espejos para dirigir el rayo láser hacia un objetivo.

** RENUNCIA DE SEGURIDAD ** Tenga mucho cuidado de no poner un láser en los ojos de nadie, esto incluye a su hermana pequeña y al perro. **

Comience grabando un blanco de papel en cualquier lugar de la habitación y colocando el láser a una distancia de al menos 6 pies. Estas dos cosas no pueden moverse en absoluto. NO encienda el láser todavía.

A continuación, con el láser aún apagado, configure los espejos. Cuando la luz, como la de un puntero láser, incide en una superficie brillante, como un espejo, se refleja o rebota en el mismo ángulo que golpeó el espejo. Entonces, si la luz incide en el espejo en un ángulo de 30 grados, se reflejará en un ángulo de 30 grados en la otra dirección. Una vez que entiendas este concepto, el desafío es fácil.

La luz láser debe rebotar en los 3 espejos. Una vez que los tenga todos en su lugar, encienda el láser y siga su trayectoria a medida que se refleja en los espejos. ¿Cuántos espejos refleja la luz del láser? ¿Golpea el objetivo? ¿Cómo puedes ajustar los espejos para que la luz toque el objetivo?

Haga el desafío aún más difícil agregando más espejos o moviendo el objetivo para que sea más alto que el láser. ¡Coloca el objetivo aún más lejos del láser o para un desafío mayor, colócalo justo al lado del láser mirando hacia el otro lado!