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Archivo de junio 17th, 2016

El hombre de los faros

Seguimos nuestro recorrido sobre las matemáticas y la luz con una gran científico francés, Agustin Fresnel, que aplicó sus enorme talento matemático para desarrollar las llamadas ecuaciones de Fresnel.

Agustin Jean Fresnel nació en Broglie, Francia, el 10 de mayo de1788. Digamos que Broglie era el castillo del duque de Broglie, Víctor-François, en cuya reparación trabajaba su padre, Jacques Fresnel, arquitecto, y donde éste había conocido a su madre, Augustine Mérimée. Ambos eran jansenistas, defensores de la predeterminación y la austeridad, y su influencia fue muy grande sobre el joven Agustin. Tras terminar el trabajo en el castillo, se trasladaron a Cheburgo para trabajar en la construcción del puerto.

Agustin fresnel

Fresnel vivió “tiempos interesantes”, con la toma de La Bastilla un año después de su nacimiento, en 1789, y la ejecución de Luis XVI en 1793. Se instauró después un régimen del terror y la familia decidió trasladarse a Mathieu, en la región de Caen. Con doce años, Agustin Fresnel entró en la Escuela Central de Caen, y allí comenzó sus afición a las ciencias y especialmente a las matemáticas.

En 1804 entró en la École Polytechnique de Paris, y luego en la École des Pontes et Chaussées, convirtiéndose en ingeniero civil. Como tal, trabajó en el proyecto ideado por Napoleón de unir por carretera la ciudad de La Roche-sur-Yon  con el resto de La Vendée. Después trabajó en otro proyecto similar, la conexión por carretera de España e Italia en 1812. Y es en esa época cuando Fresnel comienza a estas fascinado por la luz. Un acontecimiento va a permirle dedicarle tiempo al trabajo teórico y los experimentos. Napoleón vuelve del exilio de la isla de Elba y toma de nuevo el poder, y Fresnel forma parte del ejército monárquico que trata de oponerse a Napoleón, sin éxito. Decide entonces, por precaución, volver a Mathieu, y allí dedicarse por completo a investigar sobre la luz. Es repuesto en su trabajo tras la derrota definitiva de Napoleón en Waterloo, pero ya no abandonará su pasión.

Experimento de François Aragao

Fresnel publica artículos y memorias desde 1815 en los que defiende la teoría ondulatoria de la luz, a pesar de que la tesis predominante entonces era la corpusculatoria. Aunque desconocía los resultados en el tema del médico inglés Thomas Young, Fresnel, con solo 27 años, concluye de sus experimentos sobre la difracción la naturaleza vibratoria de la luz. Este trabajo lo completa en 1818. Es en ese año cuando se presenta a un concurso de la Academia de Ciencias, animado por el físico francés François Arago. La comisión la componen Biot, Laplace y Poisson; este último, defensor de la teoría corpuscular, busca fallos en las demostraciones de Fresnel. Según sus críticas, debería producirse un hilo luminoso a lo largo del eje del cono de sombra proyectado por un cuerpo opaco circular.  Arago realiza con cuidado el experimento y aparece esa línea, lo que da validez a la teoría propuesta por Fresnel. El Gran Prix se le concede al año siguiente, 1819.

Uno de los grandes hallazgos de Fresnel fue su estudio sobre la velocidad de la luz atravesando un líquido en movimiento, que con los experimentos posteriores de   Hippolyte Fizeau en 1851, abrieron el camino a los logros de Albert Einstein sobre la relatividad.

Sus trabajos siguientes muestran unas sofisticadas aplicaciones de las matemáticas a la óptica, como ocurre con las llamadas ecuaciones de Fresnel, que relacionan las amplitudes de las ondas reflejadas y refractadas en función de la amplitud de la onda incidente.

Fresnel murió prematuramente de tuberculosis el 14 de julio de 1827 en Ville-d’ Avray. y está enterrado en el cementerio Pére-Lachaise de París.

Los faros de Fresnel

Una de las grandes aportaciones de Agustin Fresnel fue la llamada lente de Fresnel, en 1822, y que se probó por primera vez en el faro de Cordouan. Las lentes de Fresnel son vidrios tallados cuya misión es hacer que los rayos de luz se comporten al atravesarlas del mismo modo que cuando atraviesan lentes plano convexas. Esto permite construir lentes de gran apertura y una corta distancia focal, que resultan mucho mas ligeras que las lente de diseño convencional.

Faro de Cordouan

No solo se emplean en los faros marinos, también en lupas planas, faros de los automóviles, indicadores de dirección, visores de realidad virtual, etc.

Faro de Fresnel

 

Manuel de León (CSIC, Fundador del ICMAT, Real Academia de Ciencias, Real Academia Canaria de Ciencias, ICSU).

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