Primjena polarizacije svjetlosti u praktičnim potrebama je prilično raznolika. Dakle, neki primjeri primjene razvijeni su prije mnogo godina, ali se i dalje koriste u današnje vrijeme. Ostali primjeri aplikacija su tek u fazi implementacije

Slika 1. Primena polarizacije svetlosti. Author24 - online razmjena studentskih radova

U metodičkom smislu, svi dijele isto zajedničko vlasništvo- ili doprinose rješavanju specifičnih problema u fizici, ili su potpuno nedostupni u odnosu na druge metode, ili omogućavaju njihovo rješavanje na nestandardan, ali istovremeno efikasniji i efektivniji način.

Fenomen polarizacije svjetlosti

U svrhu detaljnijeg upoznavanja sa primjenom polarizacije svjetlosti, treba razumjeti suštinu samog fenomena polarizacije.

Definicija 1

Fenomen polarizacije svjetlosti je optički fenomen koji je našao svoju primjenu u tehničkom smislu, ali se ne javlja u okvirima Svakodnevni život. Polarizirana svjetlost nas doslovno okružuje, ali sama polarizacija ostaje praktično nedostupna ljudskom oku. Stoga patimo od "polarizacijskog sljepila".

Proizvedeno od sunca (ili nekog drugog konvencionalnog izvora, poput lampe), prirodno svjetlo je skup valova koje emituje ogroman broj atoma.

Razmatrat će se polarizirani val poprečni talas, gdje se oscilacije svih čestica vrše unutar iste ravni. Istovremeno, može se dobiti zahvaljujući gumenom užetu, u slučaju da mu se na putu postavi posebna barijera s tankim prorezom. Utor će, zauzvrat, proći samo vibracije koje se javljaju duž njega. Ravno polarizovani talas emituje jedan atom.

Primjeri polarizacije svjetlosti i Umov zakon

U prirodi postoji mnogo različitih primjera polarizacije svjetlosti. U ovom slučaju možete razmotriti najčešće od njih:

  • Najjednostavniji i najpoznatiji primjer polarizacije je vedro nebo, koje se smatra njegovim izvorom.
  • Druge rasprostranjene pojave uključuju odsjaj na staklenim vitrinama i vodenim površinama. Ako je potrebno, uklanjaju se odgovarajućim polaroid filterima, koje fotografi često koriste. Ovi filteri postaju nezamjenjivi ako je potrebno uhvatiti slike zaštićene staklom ili muzejske eksponate na fotografije.

Princip rada navedenih filtera zasniva se na činjenici da apsolutno svaka reflektovana svjetlost (u zavisnosti od upadnog kuta) ima određeni stupanj polarizacije. Tako je, gledajući bljesak, lako izabrati optimalni ugao filtera pod kojim se ona potiskuje, sve do njenog potpunog nestanka.

Sličan princip koriste proizvođači visokokvalitetnih sunčanih naočala sa zaštitnim faktorom. Korištenjem polaroidnih filtera u njihovom staklu uklanjaju se oni odsjaji koji ometaju. Oni pak dolaze sa površina mokrog autoputa ili mora.

Napomena 1

Efikasnu primjenu fenomena polarizacije demonstrira Umovljev zakon: svaka raspršena svjetlost s neba su sunčevi zraci koji su prethodno bili podvrgnuti višestrukim refleksijama od molekula zraka, a opetovano se lome u kapljicama vode ili kristalima leda. Istovremeno, proces polarizacije bit će karakterističan ne samo za usmjerenu refleksiju (od vode, na primjer), već i za difuznu refleksiju.

Godine 1905. fizičari su iznijeli dokaz verzije da što je tamnija površina refleksije svjetlosnog vala, to je veći stepen polarizacije, a upravo je ta ovisnost dokazana u Umovljevom zakonu. Ako uzmemo u obzir ovu zavisnost od konkretan primjer sa asfaltnim autoputem, ispada da u mokrom stanju postaje više polarizovan u odnosu na suv.

Primena polarizacije svetlosti u istoriji i svakodnevnom životu

Pokazalo se da je polarizacija svjetlosti teška pojava za proučavanje, ali važna u smislu široke praktične primjene u fizici. U praksi, u svakodnevnom životu, javljaju se sljedeći primjeri:

  1. Upečatljiv primjer poznat svima je 3D bioskop.
  2. Još jedan uobičajen primjer su polarizirane naočale koje se skrivaju odsjaj sunca od vode i farova na stazi.
  3. U fotografskoj tehnologiji koriste se takozvani polarizacijski filteri, a polarizacija valova se koristi za prijenos signala između antena različitih svemirskih letjelica.
  4. Jedan od najvažnijih svakodnevnih zadataka rasvjete je postupna promjena i regulacija intenziteta svjetlosnih tokova. Rješenje ovog problema pomoću para polarizatora (polaroida) ima određene prednosti u odnosu na druge metode upravljanja. Polaroidi se mogu proizvoditi u formatu velike veličine, što podrazumijeva upotrebu ovakvih parova ne samo u laboratorijskim instalacijama, već i u prozorima parobroda, prozorima željezničkih vagona itd.
  5. Drugi primjer je blokada polarizacije, koja se koristi u rasvjetnoj opremi radnog mjesta operatera od kojih se traži da istovremeno vide, na primjer, ekran osciloskopa i određene tabele, karte ili grafikone.
  6. Polaroidi mogu biti korisni onima čiji je posao vezan za vodu (mornari, ribari), kako bi ugasili djelomično polarizirane refleksije reflektirane od vode.

Slika 2. Primena polarizacionih uređaja. Author24 - online razmjena studentskih radova

Napomena 2

Gašenje reflektovane svetlosti u uslovima normalnog ili blizu normalnog upada može se izvesti pomoću kružnih polarizatora. Ranije je nauka dokazala da se u ovom slučaju desno kružno svjetlo pretvara u lijevo kružno svjetlo (i obrnuto). Isti polarizator koji na taj način proizvodi kružnu polarizaciju upadne svjetlosti će uzrokovati gašenje reflektirane svjetlosti.

U astrofizici, spektroskopiji i inženjerstvu rasvjete široko se koriste takozvani polarizacijski filteri, koji omogućavaju izolaciju uskih traka iz proučavanog spektra i izazivaju promjene u zasićenosti ili nijansama boja.

Djelovanje ovakvih filtara temelji se na svojstvima glavnih parametara faznih ploča (dihroizam polaroida) i polarizatora, koji su direktno zavisni od valne dužine. Iz tog razloga, različite kombinacije ovakvih uređaja mogu se koristiti za promjenu spektralne raspodjele energije u svjetlosnim tokovima.

Primjer 1

Tako će, na primjer, par hromatskih polaroida, koje karakteriše dikroizam isključivo unutar vidljive sfere, početi da emituju crvenu svetlost u ukrštenom položaju, a samo belu svetlost u paralelnom položaju. Takav jednostavan uređaj će biti efikasan u praktična primjena pri osvjetljavanju fotografskih laboratorija.

Stoga je opseg polarizacije svjetlosti prilično raznolik. Iz tog razloga proučavanje fenomena polarizacije dobija posebnu važnost.

Mnogi ljudi smatraju da je polarizacija svjetlosti fenomenalna pojava koja ima široku distribuciju i primjenu u tehnologiji i gotovo se nikada ne javlja u svakodnevnom životu. Zapravo, takva izjava nije sasvim tačna, što je u članku dokazao holandski fizičar G. Kennen.

Opšti koncept

Sa naučnog stanovišta, polarizacija svjetlosti je orijentacija u prostoru svjetlosnih vibracija koje su okomite na smjer vala. Svjetlosni snop se sastoji od mnogo jednostavnih elemenata zvanih kvanti. Smjer njihovih oscilacija može biti vrlo raznolik. U slučaju kada se kvanti razlikuju u identičnoj orijentaciji, svjetlosni tok se naziva polariziranim. U zavisnosti od proporcije takvih čestica u datom zračenju, stepen polarizacije se menja.

Filteri

Postoji veliki broj filtera koji mogu proći zrake samo određene orijentacije. Ako pogledate kroz njih u polarizirani svjetlosni tok i okrenete se u isto vrijeme, svjetlina će se promijeniti. U slučaju kada se polarizacija svjetlosti poklopi sa smjerom transmisije, ona će postati maksimalna, a ako se potpuno raziđe, bit će minimalna. Takve filtere možete kupiti u običnim trgovinama specijaliziranim za prodaju fotografske opreme. Kada se kroz njih gleda u vedro nebo, pod uslovom da je Sunce sa strane, u određenom trenutku tokom skretanja, postaće vidljiva crna pruga. To je dokaz da su svjetlosni valovi koji izlaze iz ovog područja neba polarizirani.

Haidingerova figura

Svojevremeno je poznati fizičar iz SSSR-a S. I. Vavilov vodio istraživanje, čiji su rezultati iznijeli zanimljivu teoriju. Prema njemu, polarizacija svjetlosti je vidljiva bez ikakvih pomoćnih uređaja za otprilike jednu od četiri osobe na planeti. Međutim, većina ovih ljudi nije ni svjesna prisustva takve karakteristike vlastitu viziju. Kada gledaju isto plavo nebo, u središtu njihovog vidnog polja pojavljuje se jedva primjetna žuta traka sa blago zaobljenim krajevima. U sredini i na ivicama postoje i blijedoplavkaste mrlje. Kada se rotira ravan polarizacije, rotira se i traka, jer je uvijek okomita na smjer svjetlosnih vibracija. U nauci je ovaj fenomen poznat kao Haidingerova figura. Ime je dobio po njemačkom fizičaru koji ga je otkrio 1845. Ako ga primijetite barem jednom, može se razviti sposobnost da vidite ovu mrlju. Treba napomenuti da se pri korištenju filtera plave ili zelene svjetlosti Haidingerov lik sasvim jasno vidi.

Primjeri polarizacije svjetlosti i kako je eliminirati

Polarizacija svjetlosti iz vedrog neba je samo najjednostavniji i najčešće korišteni primjer ovog fenomena. Drugi prilično česti slučajevi uključuju odsjaj koji leži na staklenim vitrinama i površini vode. Ako je potrebno, mogu se eliminirati uz pomoć posebnih polaroidnih filtera, koje najčešće koriste fotografi. Postaju nezamjenjivi ako na fotografiji trebate snimiti slike zaštićene staklom ili muzejske eksponate. Njihov princip rada zasniva se na činjenici da bilo koji reflektovana svetlost zavisno od ugla upada, ima jedan ili drugi stepen polarizacije. Tako se, gledajući odsjaj, lako može izabrati takav ugao filtera pod kojim će on biti potisnut, sve do njegovog potpunog nestanka. Proizvođači kvalitetnih sunčanih naočala drže se sličnog principa. Zahvaljujući upotrebi polaroidnih filtera u njihovom staklu, moguće je ukloniti ometajući odsjaj koji dolazi s površine mokrog autoputa ili površine mora.

Umov zakon

Svaka raspršena svjetlost s neba su sunčeve zrake, koje su pretrpjele brojne refleksije od molekula zraka, a također su više puta razbijene u kristale leda ili vodene kapi. Istovremeno, proces polarizacije karakterističan je ne samo za usmjerenu refleksiju (na primjer, od vode), već i za difuznu refleksiju. Godine 1905. dokazano je da što je tamnija površina od koje se reflektuje svetlosni talas, to je veći stepen polarizacije. Ovo je ušlo u istoriju kao Umov zakon, nazvan po fizičaru koji je uspeo da dokaže ovu zavisnost. Ako to razmotrimo na elementarnom primjeru s asfaltnom magistralom, ispada da je u mokrom stanju više polariziran nego u suhom stanju.

Primjena u istoriji

Uprkos činjenici da je fenomen polarizacije prvi put otkriven 1871. godine, naučnici su uspjeli da ga detaljno objasne tek sredinom prošlog stoljeća. Bilo kako bilo, postoje istorijski dokazi da su ga vikinški mornari koristili za plovidbu prije više od hiljadu godina. U većini slučajeva glavna referentna tačka za njih je bilo sunce. Međutim, po oblačnom vremenu koristili su takozvani sunčani kamen. Postoje svi razlozi za vjerovanje da je to bila neka vrsta prozirnog minerala koji je imao svojstva polarizacije. Referentna tačka u ovom slučaju bila je tamnija traka koja se pojavljuje na nebu. Kako bi dokazao pretpostavku istoričara i efikasnost ovakve navigacije, prije nekog vremena jedan je norveški pilot preletio malim avionom iz svoje rodne zemlje do Grenlanda, koristeći kao vodič samo kristal kordierita, minerala sličnih karakteristikama solarnog kamena.

Polarizacija i insekti

Polarizacija svjetlosti vidljiva je mnogim insektima. To se posebno odnosi na pčele i mrave, koji po oblačnom vremenu, zbog ove osobenosti, mogu da se kreću terenom i lako se vrate u svoja staništa. Ova sposobnost se postiže zahvaljujući strukturi vizuelnog sistema. Dok su u oku ljudi i bilo koje druge životinje sisara molekule osjetljive na svjetlost nasumično raspoređene, kod insekata su orijentirane u istom smjeru i leže u urednim redovima.

Polarizacija nekih optičkih pojava i nebeskih objekata

Efekti polarizacije također su karakteristični za takve zanimljive prirodne pojave, poput oreola (svetleći lukovi koji se s vremena na vreme pojavljuju oko sunca ili meseca), duge i određenih vrsta aurore. To je zbog činjenice da se u svim ovim slučajevima refleksija svjetlosti i njeno prelamanje javljaju istovremeno. Drugim riječima, ako rotirate filter i gledate kroz njega u dugu, u nekom trenutku će postati gotovo nevidljiv. Što se tiče polarizacije nekih astronomskih tijela, rakova maglina, koja se opaža u sazviježđu Bika, postala je njen najupečatljiviji primjer. Činjenica je da se svjetlosno zračenje koje emituje nastaje prilikom kočenja. magnetsko polje brzo pokretnih elektrona.

Kružna polarizacija

Neke od varijanti buba, čija leđa imaju metalni sjaj, u stanju su reflektirati zrake i usmjeriti ih u krug. Ova pojava se naziva kružna polarizacija svjetlosti. Ako pogledamo metalnu refleksiju sa leđa ovih insekata kroz filter, možemo vidjeti da je uvijek uvijen ulijevo. Do našeg vremena naučnici nisu bili u stanju da objasne koje je biološko značenje ovog fenomena.

V. MURAKHVERI

Fenomen polarizacije svjetlosti, proučavan i na školskim i na institutskim kursevima fizike, ostao je u sjećanju mnogih od nas kao neobičan optički fenomen koji nalazi primjenu u tehnici, ali se ne susreće u svakodnevnom životu. Holandski fizičar G. Kennen, u svom članku objavljenom u časopisu Natuur en Techniek, pokazuje da je to daleko od slučaja – polarizirana svjetlost nas doslovno okružuje.

Ljudsko oko je veoma osetljivo na boju (tj. talasnu dužinu) i jačinu svetlosti, ali mu je treća karakteristika svetlosti, polarizacija, praktično nedostupna. Patimo od polarizacionog sljepila. U tom pogledu, neki predstavnici životinjskog svijeta su mnogo savršeniji od nas. Na primjer, pčele razlikuju polarizaciju svjetlosti gotovo jednako kao i boju ili svjetlinu. A pošto se polarizovana svetlost često nalazi u prirodi, dato im je da vide nešto u svetu oko sebe što je ljudskom oku potpuno nedostupno. Čovjeku je moguće objasniti šta je polarizacija, uz pomoć specijalnih svjetlosnih filtera, on može vidjeti kako se svjetlost mijenja ako se od nje „oduzme” polarizacija, ali mi očito ne možemo zamisliti sliku svijeta kroz „očima pčele” (pogotovo što se vizija insekata u mnogo čemu razlikuje od ljudskog).

Rice. 1.Šema strukture vidnih receptora ljudi (lijevo) i artropoda (desno). Kod ljudi, molekule rodopsina su nasumično raspoređene s naborima unutarćelijske membrane, kod artropoda - na izraslinama ćelije, u urednim redovima.

Polarizacija je orijentacija oscilacija svjetlosnog vala u prostoru. Ove vibracije su okomite na smjer svjetlosnog snopa. Elementarna svjetlosna čestica (kvant svjetlosti) je val koji se po jasnoći može uporediti s valom koji će teći duž užeta ako, nakon što pričvrstite jedan njegov kraj, rukom protresete drugi. Smjer vibracija užeta može biti različit, ovisno o tome u kojem smjeru tresti uže. Na isti način, smjer oscilacija kvantnih valova može biti različit. Snop svjetlosti se sastoji od mnogo kvanta. Ako su njihove vibracije različite, takva svjetlost nije polarizirana, ali ako svi kvanti imaju potpuno istu orijentaciju, svjetlost se naziva potpuno polarizirana. Stepen polarizacije može biti različit ovisno o tome koji dio kvanta u njemu ima istu orijentaciju oscilacija.

Postoje filteri koji prolaze samo onaj dio svjetlosti čiji su valovi orijentirani na određeni način. Ako pogledate polariziranu svjetlost kroz takav filter i okrenete filter, promijenit će se svjetlina propuštenog svjetla. Ona će biti maksimalna kada se smjer transmisije filtera poklopi sa polarizacijom svjetlosti, a minimalna kada su ti pravci potpuno (za 90°) divergentni. Filter može detektovati polarizacije veće od oko 10%, a posebna oprema detektuje polarizacije od 0,1%.

Polarizacijski filteri, ili polaroidi, prodaju se u foto prodavnicama. Ako kroz takav filter pogledate čisto plavo nebo (kada je oblačno, efekat je mnogo slabije izražen) na oko 90 stepeni od pravca prema Suncu, odnosno tako da je Sunce sa strane, a istovremeno okrenete filter, onda je jasno vidljivo da se na određenom položaju filtera pojavljuje tamna traka na nebu. Ovo ukazuje na polarizaciju svjetlosti koja izlazi iz ovog područja neba. Polaroidni filter otkriva nam fenomen koji pčele vide "jednostavnim okom". Ali ne treba misliti da pčele vide istu tamnu prugu na nebu. Naš položaj se može uporediti s onom potpune daltoniste, osobe koja ne vidi boje. Onaj ko može da razlikuje samo crno, belo i razne nijanse sive mogao bi, gledajući svijet naizmjenično kroz filtere različitih boja, primijetite da se slika svijeta donekle mijenja. Na primjer, kroz crveni filter, crveni mak bi izgledao drugačije na pozadini zelene trave; kroz žuti filter bijeli oblaci na plavom nebu bi se jače isticali. Ali filteri ne bi pomogli daltonistima da shvate kako svijet izgleda za osobu s vidom boja. Baš kao i filteri za slijepe boje, polarizacijski filter nam može reći samo da svjetlost ima neku osobinu koju oko ne percipira.

Polarizacija svjetlosti koja dolazi plavo nebo, neki mogu vidjeti golim okom. Prema poznatom sovjetskom fizičaru akademiku S.I. Vavilov, 25 ... 30% ljudi ima ovu sposobnost, iako mnogi od njih toga nisu svjesni. Kada promatraju površinu koja emituje polariziranu svjetlost (na primjer, isto plavo nebo), takvi ljudi mogu primijetiti slabu žutu traku sa zaobljenim krajevima u sredini vidnog polja.

Rice. 2.

Plavkaste mrlje u njegovom središtu i po rubovima su još manje uočljive. Ako se ravan polarizacije svjetlosti okreće, onda se rotira i žuta traka. Ona je uvijek okomita na smjer svjetlosnih vibracija. Ovo je takozvana Heidingerova figura, otkrio ju je njemački fizičar Heidinger 1845. godine. Sposobnost da vidite ovu figuru može se razviti ako je uspijete primijetiti barem jednom. Zanimljivo je da je Lav Tolstoj daleke 1855. godine, ne upoznat sa Haidingerovim člankom, objavljenim devet godina ranije u njemačkom časopisu za fiziku, napisao (Mladost, poglavlje XXXII): trunčica i opet nestaje...” Takvo je zapažanje velikog pisca.

Rice. 3.

U nepolarizovanom svetlu ( 1 ) oscilacije električne i magnetske komponente se javljaju u različitim ravnima, koje se mogu svesti na dvije, istaknute na ovoj slici. Ali nema oscilacija duž putanje prostiranja snopa (svjetlost, za razliku od zvuka, nije uzdužne oscilacije). U polarizovanom svetlu ( 2 ) izdvojena je jedna ravnina vibracija. U svjetlosti polariziranoj u krug (kružno), ova ravnina je uvijena u prostoru pomoću vijka ( 3 ). Pojednostavljeni dijagram objašnjava zašto je reflektovana svjetlost polarizirana ( 4 ). Kao što je već pomenuto, sve ravni oscilovanja koje postoje u gredi mogu se svesti na dve, prikazane su strelicama. Jedna od strelica gleda u nas i uobičajeno nam je vidljiva kao tačka. Nakon refleksije svjetlosti, jedan od smjerova oscilacija koji postoje u njemu poklapa se sa novim smjerom prostiranja zraka, a elektromagnetne oscilacije ne mogu se usmjeriti duž njihove putanje širenja.

Haidingerova figura se može vidjeti mnogo jasnije kada se gleda kroz zeleni ili plavi filter.

Polarizacija svjetlosti iz vedrog neba samo je jedan primjer pojava polarizacije u prirodi. Drugi čest slučaj je polarizacija reflektirane svjetlosti, odsjaj, na primjer, ležeći na površini vode ili staklenih vitrina. Zapravo, fotografski polaroidni filteri su dizajnirani tako da fotograf može, ako je potrebno, eliminirati ove ometajuće odsjaje (na primjer, kada snima dno plitkog rezervoara ili fotografiše slike i muzejske eksponate zaštićene staklom). Djelovanje polaroida u ovim slučajevima zasniva se na činjenici da je reflektovana svjetlost polarizirana u ovom ili onom stupnju (stepen polarizacije ovisi o kutu upada svjetlosti i pod određenim uglom koji je različit za različite supstance, tzv. Brewsterov ugao, reflektovana svjetlost je potpuno polarizirana). Ako sada pogledamo odsjaj kroz polaroidni filter, nije teško pronaći takav okret filtera pri kojem je odsjaj potpuno ili u velikoj mjeri potisnut.

Korištenje polaroidnih filtera u sunčanim naočalama ili vjetrobranskim staklima omogućava vam da uklonite dosadne, zasljepljujuće odsjaje s površine mora ili mokrog autoputa.

Zašto je reflektovana svjetlost i raspršena svjetlost neba polarizirana? Potpun i matematički rigorozan odgovor na ovo pitanje je izvan okvira male naučno-popularne publikacije (čitaoci ga mogu pronaći u literaturi navedenoj na kraju članka). Polarizacija u ovim slučajevima nastaje zbog činjenice da su vibracije čak i u nepolarizovanom snopu već "polarizovane" u određenom smislu: svjetlost, za razliku od zvuka, nije longitudinalne, već poprečne vibracije. U snopu nema oscilacija duž putanje njegovog širenja (vidi dijagram). Fluktuacije magnetnih i električnih komponenti elektromagnetnih talasa u nepolariziranom snopu usmjereni su u svim smjerovima od njegove ose, ali ne i duž ove ose. Svi pravci ovih oscilacija mogu se svesti na dva, međusobno okomita. Kada se snop reflektuje od ravni, on mijenja smjer i jedan od dva smjera oscilovanja postaje "zabranjen", jer se poklapa sa novim smjerom prostiranja zraka. Zraka postaje polarizovana. U prozirnoj materiji dio svjetlosti ide duboko, lomi se, a i prelomljena svjetlost je polarizirana, iako u manjoj mjeri od reflektovane.

Raspršena svjetlost neba nije ništa drugo nego sunčeva svjetlost, koja je podvrgnuta višestrukim refleksijama od molekula zraka, prelomljena u kapljicama vode ili kristalima leda. Stoga je u određenom smjeru od Sunca polariziran. Polarizacija se događa ne samo s usmjerenom refleksijom (na primjer, s površine vode), već i s difuznom refleksijom. Dakle, uz pomoć polaroid filtera, lako je provjeriti da li je svjetlost koja se reflektira od trotoara autoputa polarizirana. U ovom slučaju djeluje nevjerojatna ovisnost: što je tamnija površina, to je polariziranija svjetlost koja se odbija od nje. Ova zavisnost se naziva Umovljev zakon, po ruskom fizičaru koji ju je otkrio 1905. godine. Asfaltni autoput je, po Umovljevom zakonu, polarizovaniji od betonskog, a mokri je polarizovaniji od suvog. Mokra površina ne samo da je sjajnija, već je i tamnija od suhe.

Imajte na umu da svjetlost reflektirana od površine metala (uključujući i ogledala - uostalom, svako ogledalo je prekriveno tankim slojem metala) nije polarizirano. To je zbog visoke provodljivosti metala, zbog činjenice da imaju puno slobodnih elektrona. Refleksija elektromagnetnih talasa od takvih površina se dešava drugačije nego od dielektričnih, neprovodnih površina.

Polarizacija nebeske svjetlosti otkrivena je 1871. godine (prema drugim izvorima čak i 1809. godine), ali je detaljno teorijsko objašnjenje ovog fenomena dato tek sredinom našeg stoljeća. Međutim, kako su otkrili istoričari koji proučavaju drevne skandinavske sage o vikinškim putovanjima, hrabri mornari prije gotovo tisuću godina koristili su polarizaciju neba za navigaciju. Obično su plovili, vođeni Suncem, ali kada je sunce bilo skriveno iza neprekidnih oblaka, što nije neuobičajeno u sjevernim geografskim širinama, Vikinzi su gledali u nebo kroz poseban "sunčev kamen", koji je omogućio da se vidi tamna traka na nebu na 90 ° od smjera Sunca, ako oblaci nisu bili previše gusti. Iz ovog benda možete procijeniti gdje je Sunce. „Sunčev kamen“ je očigledno jedan od prozirnih minerala sa polarizacionim svojstvima (najverovatnije islandski špart, uobičajen u severnoj Evropi), a pojava tamnije trake na nebu objašnjava se činjenicom da, iako se Sunce ne vidi iza oblaka, svetlost neba koja prodire kroz oblake ostaje donekle polarizovana. Prije nekoliko godina, testirajući ovu pretpostavku istoričara, pilot je malim avionom preletio iz Norveške na Grenland, koristeći samo kristal minerala kordierita, koji polarizuje svjetlost, kao navigacijski uređaj.

Već je rečeno da mnogi insekti, za razliku od ljudi, vide polarizaciju svjetlosti. Pčele i mravi, ništa gore od Vikinga, koriste ovu sposobnost da se orijentišu u slučajevima kada je Sunce prekriveno oblacima. Šta daje oku insekata ovu sposobnost? Činjenica je da su u oku sisara (uključujući i čovjeka) molekuli fotoosjetljivog pigmenta rodopsina raspoređeni nasumično, a u oku insekta te iste molekule su složene u uredne redove, orijentirane u jednom smjeru, što im omogućava da jače reagiraju na svjetlost, što odgovara vibracijama molekula mjesta. Haidingerova figura se može vidjeti jer je dio naše mrežnice prekriven tankim, paralelnim vlaknima koja djelomično polariziraju svjetlost.

Zanimljivi efekti polarizacije se takođe primećuju tokom retkih nebesa optički fenomeni kao što su duga i halo. Činjenica da je svjetlost duge visoko polarizirana otkrivena je 1811. Rotirajući polaroid filter, dugu možete učiniti gotovo nevidljivom. Svetlost oreola je takođe polarizovana - svetleći krugovi ili lukovi koji se ponekad pojavljuju oko Sunca i Meseca. U formiranju duge i oreola, uz refrakciju, uključena je i refleksija svjetlosti, a oba ova procesa, kao što već znamo, dovode do polarizacije. Polarizovane i neke vrste aurore.

Na kraju, treba napomenuti da je svjetlost nekih astronomskih objekata također polarizirana. Najpoznatiji primjer je Rakova maglina u sazviježđu Bika. Svjetlost koju emituje je takozvano sinhrotronsko zračenje, koje nastaje kada brzo leteće elektrone usporava magnetsko polje. Sinhrotronsko zračenje je uvijek polarizirano.

Vraćajući se na Zemlju, primjećujemo da neke vrste buba, koje imaju metalni sjaj, pretvaraju svjetlost reflektovanu sa njihovih leđa u polarizirani krug. Ovo je naziv polarizirane svjetlosti, čija je ravan polarizacije uvijena u prostoru u spiralnom smjeru, lijevo ili desno. Metalni odsjaj leđa takve bube, kada se gleda kroz poseban filter koji otkriva kružnu polarizaciju, ispada da je ljevoruk. Sve ove bube pripadaju porodici skarabeja, a kakvo je biološko značenje opisanog fenomena još nije poznato.

književnost:

  1. Bragg W. Svijet svjetlosti. Svet zvuka. Moskva: Nauka, 1967.
  2. Vavilov S.I. Oko i sunce. Moskva: Nauka, 1981.
  3. Vener R. Polarizirana svjetlosna navigacija kod insekata. Journal. Scientific American, jul 1976
  4. Zhevandrov I.D. Anizotropija i optika. Moskva: Nauka, 1974.
  5. Kennen G.P. Nevidljiva svjetlost. polarizacija u prirodi. Journal. Natuur en tehhniek. br. 5. 1983.
  6. Minnart M. Svjetlo i boja u prirodi. Moskva: Fizmatgiz, 1958.
  7. Frisch K. Iz života pčela. M.: Mir, 1980.

Nauka i život. 1984. br. 4.

Mario Gliozzi

Ranije se govorilo o fenomenu koji je otkrio Huygens, čije objašnjenje, kako je sam iskreno izjavio, nije mogao dati. Zraka svjetlosti koja je prošla kroz islandski špart kristal poprima neko posebno svojstvo, zbog čega, kada udari u drugi islandski špart kristal s glavnim poprečnim presjekom paralelnim s prvim, više ne doživljava dvostruko prelamanje, već obično. Ako se ovaj drugi spar kristal zarotira, tada će se ponovo dogoditi dvostruko prelamanje, ali intenzitet oba prelomljena zraka ovisit će o kutu rotacije.

Prvo XIX godina stoljeća, francuski vojni inženjer Etienne Malus (1775-1812) počeo je proučavati ovu pojavu, koji je 1808. otkrio da svjetlost reflektirana od vode pod uglom od 52 ° 45 "ima isto svojstvo kao i svjetlost koja se prenosi kroz islandski spar kristal, a reflektirajuća površina, takoreći, predstavlja glavni dio kristala.

Ova pojava je također uočena kada se reflektira od bilo koje druge tvari, ali je traženi upadni ugao varirao ovisno o indeksu prelamanja tvari. U slučaju refleksije od metalne površine, slika je bila složenija.

U sljedećem djelu, napisanom iste godine, Malus, eksperimentirajući sa polariskopom, koji se i danas u udžbenicima fizike opisuje pod nazivom "Bio polariskop" i koji se sastoji od dva zrcala smještena pod uglom, dolazi do formulacije poznatog zakona koji nosi njegovo ime.

Upravo u vrijeme kada je Malus provodio svoje istraživanje, Pariška akademija nauka raspisala je konkurs (1808) za najboljeg matematička teorija dvolomnost, potvrđeno iskustvom. Malus je učestvovao na ovom takmičenju i za svoje je dobio nagradu istorijsko značenje djelo "Theorie de la double refraction de la lumiere dans les substances cristalisees" ("Teorija dvostrukog prelamanja svjetlosti u kristalnim supstancama"), objavljeno 1810. U njemu Malus opisuje svoje otkriće i zakon koji je pronašao; da bi to objasnio, on prihvata Njutnovo gledište "ne kao neospornu istinu", već samo kao hipotezu koja omogućava izračunavanje fenomena. Pošto se tako proglasio pristalicom korpuskularne teorije svjetlosti, Malus pokušava pronaći objašnjenje u polarnosti svjetlosnih čestica, koje Newton ukratko spominje u pitanju 26. U prirodnom svjetlu, kako se sada zove, svjetlosne čestice su orijentirane u svim smjerovima, ali kada prolaze kroz dvolomni kristal ili kada se reflektiraju, one su orijentirane na određeni način. Svjetlost u kojoj korpuskule imaju određenu orijentaciju Malus je nazvao polariziranom; ova riječ i njeni derivati ​​ostali su u fizici do danas.

Istraživanje polarizacije svjetlosti, koje je započeo Malus, nastavili su u Francuskoj Biot i Arago, a u Engleskoj Brewster, koji je svojedobno bio poznatiji po svom izumu kaleidoskopa (1817) nego po važnim otkrićima na polju kristalne optike. Godine 1811. Malus, Biot i Brewster su neovisno otkrili da je reflektirani snop također djelomično polariziran.

Godine 1815. David Brewster (1781-1868) dopunio je ove studije otkrićem zakona koji nosi njegovo ime: reflektirani snop je potpuno polariziran (a odgovarajući prelomljeni snop ima maksimalnu polarizaciju) kada su reflektirani i prelomljeni snop okomiti jedan na drugi.

Dominique Francois Arago (1786-1853) ustanovio je polarizaciju svjetlosti polumjeseca, kometa, duga, čime je još jednom potvrdio da je sve to reflektovana sunčeva svjetlost. Polarizovana je i svetlost koju emituje pod kosim uglovima vruća tečnost i čvrsta tela, što dokazuje da ova svjetlost dolazi iz unutrašnjih slojeva materije i da se prelama, gaseći se. Ali najvažnije i najpoznatije Aragovo otkriće je kromatska polarizacija koju je otkrio 1811. Postavljanjem ploče od gorskog kristala debljine 6 mm na putanju polarizovanog snopa i posmatranjem snopa koji prolazi kroz nju kroz špart kristal, Arago je dobio dve slike obojene u komplementarnim bojama. Boja obje slike se nije promijenila kada je ploča rotirana, ali se promijenila kada je rotirajući kristalni spar, a obje boje su uvijek ostale komplementarne. Dakle, ako je jedna od slika najprije bila crvena na određenom položaju kristala spar, onda kada je rotirana, postala je sukcesivno narančasta, žuta, zelena, itd. Biot je ponovio ovaj eksperiment 1812. godine i pokazao da je kut rotacije spar kristala, neophodan da se dobije određena boja slike, proporcionalan debljini ploče. Osim toga, 1815. godine, Biot je otkrio fenomen kružne polarizacije i prisutnost desnorotacijskih i levorotacijskih supstanci.

Iste godine, Biot je ustanovio da turmalin ima dvostruku refrakciju i sposobnost apsorpcije obična greda i propuštaju samo ono izvanredno. Ovaj fenomen je bio osnova za poznate "turmalinske klešta" koje je dizajnirao Herschel 1820. godine - najjednostavniji polarizacijski uređaj koji je ostao nepromijenjen do danas. Najveća neugodnost ovog uređaja bila je bojanje zraka. Prizma koju je 1820. predložio engleski fizičar William Nicol (1768-1851) nema ovaj nedostatak. Nikolova prizma takođe propušta samo izvanrednu zraku. Kombinaciju dva takva "nikola", kako se danas zovu ove dvolomne prizme, u jedan uređaj, koji još uvijek ima najširu primjenu, izveo je sam Nicol 1839. godine.

Dakle, glavni fenomen polarizacije svjetlosti, koja je ogromna i zanimljiva grana fizike, koja je sada uključena u sve udžbenike, otkrili su francuski fizičari za sedam godina, od 1808. do 1815. A budući da se otkriće tako zanimljivih fenomena dogodilo pod zastavom korpuskularne teorije, činilo se da je to još jedna potvrda u ovim teorijama.