Alias: Lentes amplificadoras

Vamos a acordarnos de una serie de la que ya he comentado alguna cosa que otra: Alias. En el episodio del pasado fin de semana, los protas tienen que hacerse con un cristal amplificador, capaz de aumentar enormemente la potencia de un láser. Como ejemplo, el extravagante genio Marshall menciona que el simple láser de un reproductor de CD podría ser utilizado para derribar un avión o cortar el acero.

Pues bien, un cristal así, simplemente viola uno de los pilares fundamentales de la física: el conocidísimo Principio de Conservación de la Energía (o Primera Ley de la Termodinámica). Ya sabéis, “la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. El laser de un lector de CD tiene una potencia de unos pocos milivatios (recordemos que la potencia es la energía dividida por unidad de tiempo), y por muchas virguerías que se le hagan, a menos que se le suministre más potencia, dificilmente podremos derribar un avión. Es simplemente imposible aumentar la potencia de cualquier tipo de señal con un dispositivo que no obtenga energía de algún otro sitio. Pensad por ejemplo en un simple sistema Home Cinema. La señal que viaja por el cable que conecta nuestro reproductor de DVD con el amplificador de sonido, tiene muy poca potencia, pero el amplificador está enchufado a la red eléctrica, y extrae de ahí la potencia necesaria para hacer retumbar el suelo de la habitación (y seguramente molestar a los vecinos).

Supongo que muchos pensarán ahora ¿y qué pasa con las lupas y el sol? Todos hemos oído decir (o incluso experimentado) que con una lupa puedes concentrar los rayos del sol y calentar algo (incluso quemarlo). ¿Cómo es posible? Bien, una lupa (o cualquier lente), no aumenta la energía de la radiación solar. Sin embargo, hace converger los rayos de luz de forma que se cortan en un punto llamado foco (o punto focal). En ese punto se concentra toda la energía que ha atravesado la lupa, por lo que su irradiancia es muy grande. ¿Su qué? La irradiancia es una magnitud que se define como la potencia (de una radiación) dividida entre la superficie. En el foco, la potencia recibida sigue siendo la misma, pero como está concentrada en una sección muy pequeña (nunca llega a ser cero, ya que no existen lentes perfectas), su irradiancia es muy grande. Podéis pensar en una analogía con los conceptos de fuerza y presión. La presión es la fuerza dividida entre la superficie, y con un objeto punzante ejercemos más presión sobre una superficie, que con uno romo. Cualquiera puede penetrar su piel con una aguja, simplemente apretando con un dedo; algo imposible si utilizáramos por ejemplo, un dado.

Fijáos que estamos hablando siempre de un punto, que se encuentra a una distancia fija de la lente (la llamada longitud focal). Si la lupa está demasiado cerca o demasiado lejos, el foco no estará sobre el objeto que deseamos quemar, y no conseguiremos nada. Si queremos variar dicha distancia, tenemos que utilizar varias lentes, una detrás de otra, y variar la distancia entre ellas. Así es como funciona, por ejemplo, el objetivo de una cámara (y de ahí la expresión “enfocar”, ya que se intenta que el objeto quede situado en el foco).

Podemos ver dos diferencias fundamentales con el caso de un laser. Al utilizar el sol y una lupa, la potencia en cuestión es la que atraviesa la superficie de la lente. Cuanto más grande sea ésta, de más potencia dispondremos. Por un lado, la potencia que podemos captar del sol es bastante mayor que la producida por un lector de CD. Por otro, en un láser, toda la potencia ya está concentrada en una sección muy pequeña. Para hacernos una idea, el surco de un CD tiene un ancho de 0,5 μm (es decir, 0,0005 mm), por lo que el láser de un lector no puede ser mucho más ancho. Concentrandolo aún más, no conseguiríamos gran cosa.