Поперечно СВІТЛОВИМИ хвиль. ПОЛЯРИЗАЦІЯ СВІТЛА В поляризованому світлі навколишній світ виглядає зовсім по іншому. Чертежная лінійка з прозорої пластмаси виявляється розмальованої фантастичними кольоровими смугами. Шматочки целофану між схрещеними поляроїдами перетворюються в яскраво розфарбований вітраж. Учитель фізики МОУ СЗШ №5 м Балтійська, Калінінградській області Синьова К. М.
Явища інтерференції і дифракції не залишають сумнівів в тому, що поширюється світло має властивості хвиль. Але будь хвиль - поздовжніх або поперечних? Тривалий час засновники хвильової оптики Юнг і Френель вважали світлові хвилі поздовжніми, т. Е. Подібними звуковим хвилям. У той час світлові хвилі розглядалися як пружні хвилі в ефірі, що заповнює простір і проникаюче всередину всіх тіл. Такі хвилі, здавалося, не могли бути поперечними, так як поперечні хвилі можуть існувати тільки в твердому тілі. Але як можуть тіла рухатися в твердому ефірі, не зустрічаючи опору? Адже ефір не повинен перешкоджати руху тел. В іншому випадку не виконувався б закон інерції. Однак поступово набиралося все більше і більше експериментальних фактів, які ніяк не вдавалося витлумачити, вважаючи світлові хвилі поздовжніми.
Досліди з турмаліном Розглянемо докладно тільки один з експериментів, дуже простий і виключно ефектний. Це досвід з кристалами турмаліну (прозорими кристалами зеленого забарвлення). Кристал турмаліну має вісь симетрії і належить до числа так званих одноосьових кристалів. Візьмемо прямокутну пластину турмаліну, вирізану таким чином, щоб одна з її граней була паралельна осі кристала. Якщо направити нормально на таку пластину пучок світла від електричної лампи або сонця, то обертання пластини навколо пучка ніякої зміни інтенсивності світла, що пройшло через неї, не викличе. Можна подумати, що світло тільки частково поглотился в турмалін і придбав зелене забарвлення. Більше нічого не сталося. Але це не так. Світлова хвиля набула нових властивостей.
Ці нові властивості виявляються, якщо пучок змусити пройти через другий такий самий кристал турмаліну (рис, 35, а), паралельний першому. При однаково спрямованих осях кристалів знову нічого цікавого не відбувається: просто світловий пучок ще більш послаблюється за рахунок поглинання в другому кристалі. Але якщо другий кристал вирощують, залишаючи перший нерухомим. то виявиться дивовижне явище - гасіння світла. У міру збільшення кута між осями інтенсивність світла зменшується. І коли осі перпендикулярні один одному, світло не проходить зовсім. Він цілком поглинається другим кристалом. Як це можна пояснити?
Поперечність світлових хвиль З описаних вище дослідів слід два факти: по-перше, що світлова хвиля, що йде від джерела світла, повністю симетрична щодо напрямку поширення (при обертанні кристала навколо променя в першому досвіді інтенсивність не змінювалася) і, по-друге, що хвиля , що вийшла з першого кристала, не володіє осьовою симетрією (в залежності від повороту другого кристала щодо променя виходить та чи інша інтенсивність минулого світла). Поздовжні хвилі мають повну симетрією по відношенню до напрямку поширення (коливання відбуваються вздовж цього напрямку, і воно є віссю симетрії хвилі). Тому пояснити досвід з обертанням другий пластини, вважаючи світлову хвилю поздовжньої, неможливо.
Повне пояснення досвіду можна отримати, зробивши два припущення. Перше припущення відноситься до самого світу. Світло - поперечна хвиля. Але в падаючому від звичайного джерела пучку хвиль присутні коливання всіляких напрямків, перпендикулярних до напрямку поширення хвиль
Згідно з цим припущенням світлова хвиля має осьову симетрію, будучи в той же час поперечної. Хвилі, наприклад, на поверхні води такий симетрією не володіють, так як коливання частинок води відбуваються лише в вертикальній площині. Світлова хвиля з коливаннями в усіх напрямках, перпендикулярних до напрямку поширення, називається природною. Таку назву виправдано, так як в звичайних умовах джерела світла створюють саме таку хвилю. Дане припущення пояснює результат першого досвіду. Обертання кристала турмаліну не змінює інтенсивність минулого світла, так як падаюча хвиля має осьову симетрію (незважаючи на те, що вона поперечна).
Друге припущення, яке необхідно зробити, відноситься до кристалу. Кристал турмаліну має здатність пропускати світлові хвилі з коливаннями, що лежать в одній певній площині (площина Р на рис. 37). Таке світло називається поляризованим або, точніше, плоскополяризованим на відміну від природного світла, який може бути названий також неполяризованим. Це припущення повністю пояснює результати другого досвіду. З першого кристала виходить плоскополяризоване хвиля. При схрещених кристалах (кут між осями 90 °) вона не проходить крізь другий кристал. Якщо осі кристалів складають між собою деякий кут, відмінний від 90 °. то проходять коливання, амплітуда яких дорівнює проекції амплітуди хвилі, що пройшла через перший кристал, на напрям осі другого кристала.
Прямими дослідами доведено, що світлова хвиля є поперечною. В поляризованої світловий хвилі коливання відбуваються в строго визначеному напрямку.
Робота РК заснована на явищі поляризації світлового потоку. Відомо, що так звані кристали-поляроїд здатні пропускати тільки ту складову світла, вектор електромагнітної індукції якої лежить в площині, паралельній оптичній площині поляроїда. Для решти світлового потоку поляроїд буде непрозорим. Таким чином поляроїдяк б «просіює» світло. Цей ефект називається поляризацією світла. Коли були вивчені рідкі речовини, довгі молекули яких чутливі до електростатичного та електромагнітного поля і здатні поляризувати світло, з'явилася можливість управляти поляризацією. Ці аморфні речовини за їх схожість із кристалічними речовинами по електрооптичнихвластивостям, а також за здатність приймати форму посудини, назвали рідкими кристалами.
Поляризаційний фільтр діє приблизно як грати з довгими і дуже вузькими отворами. Він пропускає тільки ті хвилі, які осцилюють вздовж напрямку цих грат. Всі інші хвилі, осцилюючі в інших напрямках, блокуються. Всі хвилі, що пройшли крізь грати, осцилюють в одному і тому ж напрямку - світло "поляризований". Поляризація світла може бути різною - це залежить від кута, під яким світить сонце. Цей кут змінюється в залежності від вашого місця розташування в світі і від часу дня. Коли сонце прямо над головою - ефект виявляється слабше, ніж коли сонце на обрії. Дуже вражаючі результати можна отримати, коли сонце вже майже зайшло за горизонт.
Це цікаво. Пошуку населених планет у найближчих зірок можуть допомогти веселки, пише ABC з посиланням на журнал Astrobiology. Спектральне розкладання світла може бути достовірним індикатором присутності рідкої води, необхідної для формування життя земного типу. Астробіолог Джеремі Бейлі (Jeremy Bailey) з австралійського Macquarie University уточнює, що при дослідженні планет вчені будуть орієнтуватися на поляризацію світла - фізичне явище, споріднене його розкладанню при виникненні веселки як такої. Визначення кута поляризації дозволяє з високою точністю визначати склад рідини, що переломлює світло. Саме таким шляхом було встановлено склад хмар на Венері, де світло проходило крізь краплі концентрованої сірчаної кислоти. Поляриметричні дослідження розглядаються дослідниками як додатковий метод до спектроскопії - основного способу вивчення екстрасонячних планет, що дозволяє отримати дані про їх склад, але не дає можливості визначити, зокрема, знаходиться вода на небесному тілі в рідкому або газоподібному стані.
Подивитися всі слайди