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» » Estudio sobre las fuerzas de Bernoulli aplicadas a la óptica

Referencia: MIT-Technology-Review.com, 19 de septiembre 2013


Los teóricos han descubierto un nuevo grupo óptico análogo al eje central que mantiene las aeronaves en vuelo o el que permite desviarse en pleno aire a las pelotas de tenis.

Esquema de fuerzas de Bernoulli
Es posible que nunca hayas oído hablar del principio de Bernoulli, pero sin duda lo has experimentado. Estas son las mismas fuerzas que mantienen a los aviones en el aire, que atraen el combustible hacia el carburador de su coche, o las que hacen girar la pelota de tenis desviándola de su trayectoria inicial.

Lleva el nombre del científico suizo Daniel Bernoulli, que en el siglo XVIII descubrió que un fluido que circula a alta velocidad tiene una presión más baja que uno que fluye a  más baja velocidad. Cuando el diferencial de presión se produce en lados opuestos del mismo objeto, como en un ala, experimenta una fuerza que empuja el ala desde la zona de alta presión hacia la de más baja presión.

Esto plantea una pregunta interesante. ¿Pueden los objetos asentados en un fluido no convencional, como puede ser un haz de luz, experimentar también estas fuerzas de Bernoulli? Hoy en día, Ramis Movassagh, de la Universidad Northeastern en Boston y Steven Johnson, del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, dicen que sí puede, y exploran las condiciones en las que esto podría suceder.

Estos chicos comienzan su análisis imaginando un cilindro de rotación dieléctrica, como el de una varilla de vidrio, bañada por una corriente de fotones. En esta analogía, la corriente de fotones es el fluido y la varilla de vidrio es el equivalente a la rotación de una pelota de tenis.

Rafa Nadal y trayectoria de desvío
 de su famoso "banana shot"
En un partido de tenis, una bola giratoria se desvía a través del aire debido a que la presión de un lado es mayor que la del otro. Y esto se produce porque por el lado donde gira la pelota, su superficie se está moviendo hacia dentro el flujo de aire, y por el otro lado lo está haciendo hacia fuera. Esto es lo que causa la diferencia de presión, tal como predijo Bernoulli.

Movassagh y Johnson se preguntan si esta diferencia similar de presión podría surgir en un objeto girando en un rayo de luz. Ellos han llegado a la conclusión de que lo hace, pero sólo si el objeto está hecho de un material dieléctrico [mal conductor de electricidad], como el vidrio o el plástico.

En un material dieléctrico, el campo electromagnético externo puede penetrar a poca profundidad en el material. Y cuando el material está girando, esta interacción genera una fuerza. Movassagh y Johnson calculan que esta fuerza va en la misma dirección que la fuerza de Bernoulli cuando la susceptibilidad eléctrica del material es positiva y en dirección opuesta cuando la susceptibilidad eléctrica es negativa.

Un corolario interesante es que, la fuerza es cero cuando el material es conductor. Esto tiene sentido, “dado que un conductor perfecto no permite la penetración de los campos electromagnéticos, por tanto los campos no ‘informan’ que está girando o que sean ‘arrastrados’ por la materia en movimiento", dicen Movassagh y Johnson.

No obstante, hay una advertencia, esta nueva fuerza óptica de Bernoulli es muy pequeña. Ellos señalan que podría ampliarse mediante la explotación de los efectos de resonancia. Esto podría hacerse, por ejemplo, con esferas de varias capas que puedan atrapar la luz, o mediante el uso de materiales cuya interacción con la luz se vea reforzada con plasmones de superficie.

Nadie ha visto jamás a la fuerza óptica de Bernoulli, pero con este tipo de aumento, sería posible verlo en el laboratorio en un futuro relativamente próximo.

La única pregunta entonces será, ¿qué utilidad podremos sacar de estas fuerzas en su aplicación a la óptica?.


- Publicación: Optical “Bernoulli” Forces .
http://arxiv.org/abs/1305.0317
- Imagen: Esquema de fuerzas de Bernoulli .
- Imagen 2) Rafa Nadal y trayectoria de desvío de su famoso "banana shot"
.

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