Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Ako slobodni kraj užeta vezanog za stabilan objekt pravilno "talasa" , tada će se na njemu formirati poprečni val. Može oscilirati u jednoj ravnini - vertikalnoj, horizontalnoj ili pod određenim kutom u odnosu na horizontalu. Takav val se naziva polariziran. Ako uže vibrira neravnomjerno, u različitim ravninama, njime će se širiti nepolarizirani val. Svjetlost, koja je elektromagnetski val, ponaša se kao val na žici. Ovo se svojstvo koristi, na primjer, u 3D naočalama za razlikovanje slike za lijevo i desno oko.

Transverzalni val naziva se ravninsko polariziranim ako se oscilacije u svim njegovim točkama događaju samo u jednoj ravnini.

U odnosu na svjetlost, pojam polarizacija uveo je Newton 1704-1706.

Polarizirani svjetlosni val

Svjetlost je val elektromagnetskog zračenja, tj. perturbacija električnog i magnetskog polja koje se kreće u prostoru. Radi jednostavnosti, govorit ćemo o monokromatskoj svjetlosti, odnosno harmoničnom valu određene frekvencije i valne duljine.

Elektromagnetski val je transverzalni val. To znači da je njegovo električno polje E uvijek okomito (oscilira okomito) na smjer širenja vala. Kažemo da je val polariziran ako električno polje u bilo kojoj točki ima isti smjer. Primjer polariziranog vala prikazan je na slici 1.

Dakle, polarizacija svjetlosti opisuje smjer oscilacije vektora električnog polja.

Polarizirani val (od engl. polarized wave) - val čije električno polje oscilira u jednoj ravnini.

Riža. 1. Polarizirani val

Val prikazan na sl. 1 oscilira u okomitom smjeru. Smjer titranja polariziranog vala naziva se smjer polarizacije. Taj smjer može biti bilo koji - val može oscilirati okomito (Slika 2. b), vodoravno (Slika 2. a) ili pod određenim kutom (Slika 2. c).

Riža. 2. Valovi s različitim smjerovima polarizacije

Nepolarizirani val

Nisu svi valovi polarizirani. U nekim se valovima smjer električnog polja nasumično mijenja od mjesta do mjesta. Takav val se naziva nepolariziran (slika 3).

Riža. 3. Nepolarizirani val

Ovo je priroda svjetlosti koju emitira zagrijani metal, kao što je volframova nit obične žarulje. Svjetlost koju emitira užareni atomski plin, kao što je neonska lampa (atomi neona svijetle) ili plamen plinskog plamenika salamure (atomi natrija svijetle), također je nepolarizirana.

Koristeći posljednji primjer, objasnit ćemo zašto ti valovi nisu polarizirani. Uslijed zagrijavanja tijela, atomi počinju vibrirati i svijetliti kako bi se riješili viška energije. Smjerovi titranja ovih atoma su slučajni, pa se stoga slučajno mijenja i smjer električnog polja emitiranog elektromagnetskog vala. Na sl. 4 vidimo tri atoma koji su izvor valova s različitim polarizacijama. Rezultat njihove kombinacije je nepolarizirani val.

Riža. 4. Vibrirajući atomi izvor su valova različitih polarizacija

Razlaganje bilo kojeg vala na dva polarizirana vala

Svaki val se može rastaviti na dva polarizirana vala s proizvoljno odabranim okomitim smjerovima električnog polja. To slijedi iz jednostavne činjenice da se svaki vektor u ravnini može prikazati kao zbroj dva vektora okomita jedan na drugi.Ovo se odnosi i na polarizirane i na nepolarizirane valove.

Takva dekompozicija polariziranog vala s "bilo kojim" smjerom polarizacije na val s okomitim električnim poljem (zeleni val) i horizontalnim električnim poljem (crveni val) prikazana je na sl. 5.

Riža. 5. Razlaganje polariziranog vala s "bilo kojim" smjerom polarizacije na val s okomitim električnim poljem (zeleni val) i horizontalnim električnim poljem (crveni val)

Polarizator

Polarizator je uređaj koji odašilje samo one elektromagnetske valove iz upadne nepolarizirane svjetlosti, čiji električni vektor leži u smjeru koji određuje polarizator.

Sustav koji se zove polarizator radi na sljedeći način. Ima određeni smjer. Na sl. 6 je horizontalni smjer.

    Ako polarizirani val padne na polarizator, u kojem se smjer električnog polja poklapa sa smjerom odabranog vala, tada prolazi kroz njega bez promjene amplitude (sl. 6. a).
  1. Ako na njega padne polarizirani val u kojem je smjer električnog polja okomit na odabrani smjer, tada on uopće ne prolazi (sl. 6. b).
  2. Ako na njega padne polarizirani val u kojem smjer polarizacije sa odabranim smjerom tvori kut različit od nule, tada samo njegova komponenta prolazi odabranim smjerom (sl. 6. c i 6. d) . Nakon prolaska kroz njega, val očito postaje polariziran.
  3. Ako nepolarizirani val padne na polarizator, tada kroz njega prolazi samo njegova komponenta duž odabranog smjera. Očito, ovo je polariziran val. Dakle, polarizator pretvara nepolarizirani val u polarizirani.
Riža. 6. Samo komponenta jakosti električnog polja prolazi kroz polarizator u odabranom smjeru - ovdje je to horizontalno.

Danas se za polarizaciju svjetlosti obično koriste posebne plastične folije koje se nazivaju polarizacijski filtri. Takvi se filmovi koriste u računalnim monitorima.

Polarizacijski filter (od engleskog polarizing filter) - poznatiji kao polaroid; prozirna ploča ili film koji djeluje kao polarizator, tj. uređaj koji prenosi samo one elektromagnetske valove iz upadne nepolarizirane svjetlosti, čiji električni vektor leži u smjeru naznačenom polarizatorom.

Djelomično polarizirano svjetlo

Postoji još jedna mogućnost. Električna polja svjetlosnog vala zauzimaju sve moguće smjerove, ali vjerojatnost njihovog nastanka nije ista. Za određeni pravac ona je najveća, a za pravac okomit na njega najmanja. Kada takvo svjetlo ispitujemo rotirajućim polarizatorom, dobivamo rezultat prikazan na sl. 7. Govorimo o takvoj svjetlosti da je djelomično polarizirana.

Riža. 7. Grafikon ovisnosti intenziteta svjetlosti o kutu zakreta polarizatora, dobiven pri ispitivanju djelomično polarizirane svjetlosti.

Polarizacija svjetlosti nakon refleksije

U svakodnevnom životu stalno promatramo prolaz svjetlosti kroz dvostruka stakla. Vidimo da obično svjetlost ulazi u staklo i istovremeno se odbija od njegove površine. Međutim, pokazalo se da se s pravilnim odabirom izvora svjetlosti i kuta nagiba svjetlost možda uopće neće reflektirati. To je određeno polarizacijom svjetlosnog vala.

Pretpostavimo da zraka polarizirane svjetlosti pada na površinu dva medija pod kutom α ≠ 0⁰. Ravnina koja sadrži upadnu zraku i normalu naziva se upadna ravnina. Na slici 8 ova je ravnina označena plavom bojom.

Kada razmatramo pojavu polarizirane svjetlosti na površini, moramo razlikovati dva glavna slučaja. Oni su prikazani na sl. 8. U oba slučaja, svjetlosna zraka se kreće pravocrtno x:

  • a. Električno polje (crveni vektori) elektromagnetskog vala je okomito na ravninu upada (plava ravnina),
  • b. Električno polje E harmonijskog elektromagnetskog vala paralelno je s ravninom upada (crveni vektori leže na plavoj ravnini). Tada to polje s granicom medija tvori kut α. Ovaj kut također leži u upadnoj ravnini (plava ravnina).
Riža. 8. Upad vala na površinu

Istraživano je kako veličina električnog polja reflektirane svjetlosti ovisi o kutu upada za tvar s indeksom loma n u tim situacijama. Na sl. 9 prikazuje omjer veličine amplitude električnog polja reflektirane svjetlosti i amplitude upadne svjetlosti E0 kada svjetlost prelazi iz zraka u medij s indeksom loma n.=1,5, ovisno o kutu upada. Takav materijal je npr. staklo.

Riža. 9. Omjer veličine amplitude električnog polja reflektirane svjetlosti i amplitude upadne svjetlosti, ovisno o kutu upada.

a. Plava krivulja odgovara polarizaciji (a) na sl. 8. Za okomito upadanje, t.j. α=0⁰, omjer E/E0je 0,2. Kako se kut α povećava, vrijednost E/E0raste. To znači da se sve više i više upadne svjetlosti odbija, a ne lomi. Omjer E/E0 doseže 1 pri vrijednostima kuta α koje se približavaju 90°. Tada se sva svjetlost reflektira.

b. Crvena krivulja odgovara polarizaciji (b) na sl. 8. Za α=0⁰, tj. svjetlost koja pada okomito na površinu, omjer E/E0je 0,2. Tada nema razlike između slučaja (a) i slučaja (b). Kako se kut α povećava, vrijednost E/E0u početku uopće ne raste, već opada. Svjetlo se sve manje reflektira. Vrijednost E/E0doseže nulu za određeni kut. Ovaj kut αBnaziva se Brewsterov kut. Ovisi o indeksu loma tvari. Za n=1,5 to je αB=56,3°.Za kutove veće od αB, omjer E/E0 raste i približava se jedinici kako se α približava 90°. Tada se cijeli svijet ponaša kao u slučaju (a).

Brewsterov kut zadovoljava jednostavnu relaciju tg αB=n .

Potpuna polarizacija svjetlosti refleksijom

Razmotrimo dalje što se događa ako nepolarizirana svjetlost, na primjer, iz obične žarulje, padne na staklo pod Brewsterovim kutom. Takav val se može rastaviti na dva polarizirana vala s okomitim smjerovima električnog polja, jedan tipa (a) i drugi tipa (b).

Svaki val se može rastaviti na dva polarizirana vala s proizvoljno odabranim okomitim smjerovima električnog polja. To slijedi iz jednostavne činjenice da se svaki vektor u ravnini može prikazati kao zbroj dva vektora okomita jedan na drugi (slika 10). Ovo vrijedi i za polarizirane i za nepolarizirane valove.

Riža. 10. Rastavljanje vektora električnog polja na dva okomita smjera

U slučaju nepolariziranog vala, kada ga rastavimo na komponente, ispada da će se val (a) djelomično reflektirati (plava krivulja na sl. 9.), a val (b) neće biti uopće ne reflektira, ali će potpuno prodrijeti u staklo (crvena krivulja na sl. 9.). Dakle, reflektirana svjetlost će sadržavati samo jednu komponentu, tj. bit će potpuno polariziran, sa smjerom električnog polja kao na sl. 2a.

Djelomična polarizacija svjetlosti nakon refleksije

Za sve kutove α osim αB obje komponente prisutne su u reflektiranoj svjetlosti: (a) i (b). Sa izuzetkom α=0⁰ i α do 90°, komponenta (a) je u prosjeku veća od komponente (b). Kako se polarizator okreće, promatrani intenzitet svjetlosti se mijenja. Za neke kutove to je najviši kut, a za druge najniži.Međutim, ne uočava se potpuni nestanak intenziteta svjetlosti. Grafikon intenziteta svjetlosti ovisno o kutu za koji je polarizator zakrenut prikazan je na sl. 11.

Riža. 11. Grafički prikaz intenziteta svjetlosti ovisno o kutu pod kojim je postavljen polarizator, za kutove upada osim Brewsterovog kuta

Takvu svjetlost nazivamo djelomično polariziranom.

vrste polarizacije

Polarizacija se dijeli na različite vrste ovisno o tome kako se ponaša smjer oscilacije električnog polja i njegova veličina.

  • Linearna polarizacija: smjer električnog polja je konstantan, ali se njegova veličina povremeno mijenja.
  • Kružna polarizacija: ovdje je veličina električnog polja konstantna, ali se smjer njegovih oscilacija mijenja s fiksnom kutnom brzinom.
  • Eliptička polarizacija: kod ove vrste polarizacije mijenjaju se i veličina električnog polja i smjer njegovih oscilacija.

Ime tipova polarizacije dolazi od činjenice da kada se gleda sprijeda, vektor električnog polja ima sljedeće geometrijske oblike (vidi sliku 12).

Riža. 12. Vrste polarizacije svjetlosti

U linearnoj polarizaciji, na primjer, vektor električnog polja kreće se po liniji, dok se u kružnoj polarizaciji kreće po kružnici.

Primjeri korištenja svjetlosne polarizacije

Na kraju, evo kratkog popisa područja gdje je polarizacija svjetla kritična. Ovo uključuje

  • zasloni s tekućim kristalima (koji se nazivaju i LCD),
  • sunčane naočale,
  • 3D filmovi,
  • analiza naprezanja u prozirnoj plastici,
  • na fotografiji.

Reference

    Zhilko VV, Markovich Ya.G. Physics. 11. razred. - 2011.
  1. Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B., Charugin V. M. Fizika. 11. razred. Vodič.
  2. Kasjanov V. A. Fizika, 11. razred. - 2004.
  3. Kakichashvili Sh. D. Polarizacijska holografija / rupe. izd. Yu. N. Denisyuk. - L.: "Science" , 1989. - 141 str.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija:

Zgrada