La fábrica de espejismos

En otras partes de este blog hemos comentado sobre la propagación rectilínea de la luz en medio homogéneos, fuente de la formación de sombras, a veces pura magia, y ayuda para concebir la idea de trayectorias para la luz, idea poco intuitiva y cuya compatibilidad con el ser ondulatorio de la luz ha traído a muchos sabios y no tan sabios de cabeza durante toda la historia de la óptica. 

Con todo, tenemos tan interiorizada esa propagación rectilínea que cualquier desviación nos sorprende, y nos hace dudar de la realidad de lo que vemos, lo que le da una profunda dimensión al dicho del gran Groucho Marx: ¿A quien vas a creer, a mí o a tus propios ojos?. El ejemplo más claro son los espejismos, ese ver cosas donde no están, o ver  objetos como el sol ligeramente deformado, que ya tratamos en algún otro lugar del blog y en la hermana página web a la que como remitimos con entusiasmo siempre que podemos:

 Web Fenómenos Ópticos Cotidianos

La clave de todos esos efectos es que la luz no se propague en forma rectilínea, lo que puede ocurrir cuando la luz atraviesa regiones de distinto índice de refracción, siendo el índice de refracción el impedimento o la facilidad que la materia pone al paso de la luz, en particular el aire, y que entre otras cosas depende de la densidad y la temperatura por ejemplo. Por costumbre juzgamos dónde están las cosas prolongando de forma rectilínea el último tramo de la luz que llega a nosotros. 

Lo que traemos aquí es una máquina de hacer espejismos en casa cómodamente con una receta muy sencilla. En una cubeta-tupper de paredes planas ponemos unos cuántos centímetros de altura de agua, cinco por ejemplo. Preparamos más o menos la misma cantidad de una disolución de azúcar en agua a partes iguales, es decir un gramo de azúcar por gramo de agua, o sea medio kilo de azúcar en medio litro de agua. Para eso es conveniente calentar mucho el agua para que el azúcar se disuelva sin problemas. Después con la ayuda de un embudo y mucho cuidado vamos depositando la mezcla en el fondo de la cubeta, poco a poco. Como la mezcla es más densa irá desplazando hacia arriba al agua sin azúcar que habíamos puesto al principio. Al final tendremos en la parte inferior la mezcla y en la parte superior el agua no dulce, valga la expresión. Como no deja de ser todo agua, la transición no será abrupta sino que será más o menos gradual, más gradual cuanto más tiempo pase. 

Ya tenemos un medio de índice de refracción inhomogéneo, es decir que depende con la altura, y ese gradiente de índice hace como de fuerza que dobla la trayectoria de los rayos, como una fuerza mecánica puede curvar la trayectoria de las partículas. Ese curvado de las trayectorias queda claro en las dos imágenes siguiente y en un breve vídeo.

https://www.youtube.com/watch?v=c-_5zGVZOJc&t=3s

Ese curvado de las trayectorias de luz es el mecanismo de los espejismos, del que ofrecemos varias ejemplos. Para la siguiente imagen colocamos un pingüinillo de pie pegado a una de las paredes de la cubeta, y observamos desde la pared opuesta. Puede observarse muy bien el pingüinillo en su posición "real" y su espejismo, encima de él y boca abajo, lo que concuerda con el doblado de los rayos de luz que hemos visto en la imágenes anteriores. Luz que sale del pingüinillo hacia arriba se dobla al llegar a la interfase y cambia su camino hacia abajo, lo que nos traslada la ilusión óptica de que es luz que nos viene de un pingüinillo arriba y cabeza abajo.  Vemos también el pingüinillo tal cual ya que la luz que viaja por el fondo de la cubeta viaja por un medio homogéneo azucarado, y por lo tanto tenemos propagación rectilínea de la luz que nos llega por ese camino, lo que se aprecia muy bien en los primeros instantes del vídeo. Y debajo de nuestro protagonista puede ver parte de su imagen invertida formada por reflexión en el suelo de la cubeta.

El observador atento verá que en la parte superior del espejismo se adivina un segundo espejismo, esta vez derecho en lugar de invertido, en el que se aprecia la cabecita un poco aplastadita la pobre. Se ve un poco mejor en la siguiente imagen, en la que no tuvimos la precaución de omitir el fondo que esperamos no les distraiga. Y lo que es más, el observador verá fácilmente hasta tres espejismos al menos de la parte de la cabecita con los ojos. 

Los espejismos múltiples son posibles porque el medio nos está trayendo luz que sale del pingüinillo en múltiples direcciones por múltiples caminos, como muestra la siguiente figura. 

En la siguiente imagen se muestra otro ejemplo de espejismos múltiples donde vemos cuatro espejismos de la fecha 2023 en la portada de una tesis, alternativamente derechos e invertidos.