Фізика. Рівень стандарту. 11 клас. Бар’яхтар

§ 32. Поляризація світла. Поляроїди*

Око людини здатне сприймати дві важливі характеристики світла: колір (довжину світлової хвилі) і рівень освітленості (енергію світлової хвилі). Світло має і третю характеристику — ступінь поляризації, яку око людини, на відміну, наприклад, від ока бджоли, сприймати не здатне. Виявлення поляризації світла однозначно доводить, що світло — це поперечна хвиля.

* Цей параграф не є обов’язковим для вивчення.

1. Чи поляризоване природне світло

2. Як отримати поляризоване світло

Розглянемо деякі приклади поляризації світла.

Рис. 32.3. Подвійне променезаломлення природного світла в монокристалі ісландського шпату. MN — оптична вісь кристала (світло, напрямлене вздовж оптичної осі, не заломлюється і не роздвоюється)

2. Якщо з монокристала турмаліну вздовж його оптичної осі вирізати пластину, то вона буде пропускати лише ті світлові хвилі, вектор напруженості яких паралельний оптичній осі кристала. Побачити це можна за допомогою ще одної такої самої пластини, обертаючи її в площині, паралельній першій пластині.

Рис. 32.4. Схема дії поляризатора й аналізатора

Закон Брюстера*: для кожної пари прозорих середовищ існує кут падіння αB, за якого відбите світло стає повністю плоскополяризованим:

tgαB = n21,

де n21 — показник заломлення середовища 2 відносно середовища 1.

* На честь шотландського фізика Девіда Брюстера (1781-1868), який установив цей закон у 1815 р.

Цей кут падіння називають кутом Брюстера (рис. 32.5). За кута Брюстера відбитий і заломлений промені взаємно перпендикулярні.

Рис. 32.5. Якщо світло падає на поверхню води під кутом, що дорівнює куту Брюстера, відбите світло буде повністю поляризованим у площині, яка перпендикулярна до площини поширення світла

Поляризованість відбитого світла (наприклад, відблисків на поверхні води або скляних вітрин) визначає методи боротьби з цим явищем. Якщо дивитися на відблиск крізь поляроїдний фільтр, то, обертаючи цей фільтр, неважко підібрати такий кут, за якого відблиск повністю або майже повністю зникає. Використання поляроїдних фільтрів у фотографії, для виготовлення сонцезахисних окулярів, вітрового скла дозволяє загасити сліпучі відблиски від скляних вітрин, поверхні води або вологого шосе.

Підбиваємо підсумки

Контрольні запитання

1. Чому природне світло завжди неполяризоване? 2. Яке світло називають плоскополяризованим? 3. Наведіть приклади поляризації світла. 4. Які функції виконують поляроїди і як залежно від цього вони називаються? 5. Що таке кут Брюстера? 6. З якою метою використовують поляроїдні фільтри?

Вправа № 32

1. Виберіть одну правильну відповідь. Поляризація світла доводить, що світло: а) здатне обгинати перешкоди; б) є електромагнітною хвилею; в) є поперечною хвилею; г) є поздовжньою хвилею.

2. Одна з важливих задач світлотехніки — плавне регулювання освітленості. Існують декілька способів такого регулювання, наприклад зміна сили струму в лампах за допомогою реостата; пропускання світла через два поляроїди, один із яких може повертатися. У чому, на вашу думку, переваги і недоліки кожного із зазначених способів?

3. Світло падає на поверхню скла під кутом 60°; кут між відбитим і заломленим променями дорівнює 90°. Яким є показник заломлення цього сорту скла? Яку властивість має відбите світло?

4. Під яким кутом до горизонту напрямлені сонячні промені, якщо, відбившись від поверхні води, вони виявляються повністю поляризованими?

5. Водіям автомобілів відомо, яку небезпеку для руху може спричинити осліплення світлом фар зустрічних автомобілів. Запропонуйте спосіб захисту від осліплення, застосовуючи явище поляризації.

6. Дізнайтесь, як застосовують поляризацію світла для визначення вмісту цукру в розчині; як «працюють» поляризаційні окуляри; як за допомогою поляроїдів дізнатися про розподіл механічних напруг у деформованому зразку.

Експериментальне завдання

Для поляризації світла є механічна аналогія. Якщо взяти гумовий шнур і, розгойдуючи його кінець у різних напрямках, створити хвилю, то після проходження крізь щілину ця хвиля стане плоскополяризованою. Якщо на шляху плоскополяризованої хвилі поставити другу щілину, яка перпендикулярна до першої, хвиля зникне (див. рисунок). Проведіть подібний дослід.