Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

ЯК ПОСЛАБИТИ СВІТЛО?

Дослідимо ще одну властивість світлових хвиль — їхню поляризацію. Візьмемо дві однакові прямокутні пластинки з турмаліну, вирізані так, що одна зі сторін прямокутника збігається з певним напрямком усередині кристала, який називають оптичною віссю. Розмістимо другу пластинку так, щоб їхні осі збігалися за напрямком, і пропустимо крізь складену пару пластинок вузький пучок світла від якогось джерела або від Сонця. Під час обертання першої пластинки навколо пучка (друга пластинка нерухома), виявимо, що світловий пучок слабшатиме, а після повороту пластинки на 90° він зовсім зникне (мал. 6.24).

Мал. 6.24. Поляризація світла

Цей результат можна пояснити так. У природному світлі вектор напруженості електричного поля має довільні напрямки. Проходження природного світла крізь першу пластинку турмаліну приводить до того, що з усіх напрямків поперечних коливань відбираються лише ті, які пропускає турмалін. Тому світло, що пройшло крізь турмалін, є сукупністю поперечних коливань одного напрямку, який визначено орієнтацією осі пластинки турмаліну. Таке світло називають плоскополяризованим, а кристал турмаліну — поляризатором світла. Другий кристал турмаліну є аналізатором: він майже повністю пропускає поляризоване світло, що збігається з площиною поляризації. Якщо ж аналізатор повернути на 90°, то вже поляризоване світло він практично не пропускатиме. Поляризація властива тільки поперечним хвилям. Якщо хвилі поляризуються, то вони є поперечними. Повздовжні хвилі не поляризуються.

Окрім турмаліну, такі властивості має кварцова пластина, вирізана в певний спосіб з кристала. Прозорі плівки, що можуть бути поляризаторами й аналізаторами світла, називають поляроїдами відтоді, як засновник компанії «Polaroid» Едвін Герберт Ленд (1909—1991, США) у 1929 р. винайшов та випустив перші зразки поляризаційних лінз.

Поляризоване світло широко застосовують у наукових дослідженнях і в техніці. У багатьох випадках потрібно плавно регулювати освітлення того чи того об’єкта. Поставивши перед джерелом світла поляризатор й аналізатор, можна повільним повертанням аналізатора плавно змінювати освітлення об’єкта від максимального до повної темноти.

Поляроїди використовують для гасіння дзеркально відбитих відблисків, наприклад, під час фотографування картин, скляних і фарфорових виробів тощо. Світло відблисків частково поляризоване. Якщо помістити поляроїд між джерелом світла та віддзеркалювальною поверхнею, то відблиски можна зовсім погасити (мал. 6.25).

Мал. 6.25. Поляризація світла

Виявлено також, що під час проходження плоскополяризованого світла крізь деякі розчини площина його поляризації повертається. Наприклад, світло проходить крізь поляризатор, а потім крізь розчин цукру в кюветі. Поляроїд-аналізатор за кюветою, розташований під кутом 90° до поляризатора, мав повністю погасити світло, але цього не сталося. Проте, якщо аналізатор повернути ще на деякий кут, світло буде погашено. Це означає, що розчин у кюветі повертає на цей кут площину поляризації. Такі речовини називають оптично активними.

Мал. 6.26. Принцип дії цукрометра

Оптична активність речовин зумовлена асиметрією молекул, які мають форму спіралі, як, наприклад, молекули деяких білків. Деякі речовини (цукор, декстроза, D-глюкоза) повертають площину поляризації вправо, а деякі речовини (амінокислоти, білки) — вліво. Кут повороту ф пропорційний концентрації розчину. Тому цю властивість використовують для виготовлення спеціальних пристроїв — цукрометрів, за допомогою яких установлюють вміст цукру (мал. 6.26).

Спеціальні поляризаційні окуляри використовують під час перегляду стереофільмів у кінотеатрах. Отримати зображення у 3D форматі можна й на домашньому комп’ютері за допомогою відповідних екранів. Завдяки цьому, використавши тонкі смужки плівок-поляризаторів, можна створити парні та непарні ряди пікселей, що мають різний напрямок поляризації. Лінзи окулярів є поляризаторами, у яких площини поляризації повернуто так, що крізь одну лінзу видно парні ряди, а крізь іншу — непарні. Так створюють зображення, які видно окремо лівим й окремо правим оком. Мозок людини зіставляє два зображення й «бачить» об’ємне зображення об’єкта спостереження (мал. 6.27).

Мал. 6.27. 3D-бачення