§ 35. Поляризація світла

Явища інтерференції і дифракції світла свідчать про хвильові властивості світла. Вони властиві і поперечним, і поздовжнім хвилям. Для встановлення природи світлових хвиль важливо з’ясувати, якими вони є — поздовжніми чи поперечними.

Засновники хвильової оптики Томас Юнг і Огюст Френель довго вважали, що світлові хвилі поздовжні, як і звукові. У той час світлові хвилі розглядались як пружні хвилі в ефірі, що заповнює простір і проникає в усі тіла. Поперечні хвилі можуть поширюватися лише в твердому тілі. Але як можуть рухатися тіла в твердому ефірі, не зазнаючи опору? Адже ефір не повинен чинити опір руху тіл. Інакше не справджувався б закон інерції.

Проте поступово збиралось дедалі більше фактів, які не можна було пояснити, вважаючи світлові хвилі поздовжніми. Під тиском цих фактів Френель зрештою змушений був визнати, що світлові хвилі поперечні, хоча з погляду теорії механічного ефіру як носія світлових хвиль це здавалося дуже дивним.

Дослід. Встановимо дві пластини, вирізані певним чином з кристала турмаліну, одну за одною і спроектуємо їх на екран. Повертаючи один з кристалів навколо осі, зазначимо, що освітленість екрана в місці перетину зображень кристалів мінятиметься і при певному положенні кристала, що повертається, екран стане зовсім темним (мал. 2.63).

Мал. 2.63

Цей результат можна пояснити так. Світло, що випускає лампа розжарювання, не поляризоване. Пройшовши крізь перший кристал турмаліну, світло стає плоскополяризованим. Цей кристал турмаліну є поляризатором світла. Другий кристал турмаліну слугує аналізатором: він майже повністю пропускає поляризоване світло лише за певної орієнтації кристала щодо площини поляризації (мал. 2.63, а). Якщо аналізатор повернути на 90°, то вже поляризоване світло він практично не буде пропускати (мал. 2.63, б).

Окрім турмаліну, такі властивості має кварцева пластина, вирізана певним чином з кристала.

Прозорі плівки, що можуть слугувати поляризаторами і аналізаторами світла, отримали назву поляроїди.

Сьогодні розроблено методи виробництва простих і зручних поляроїдів.

Площину, яка пропускає максимальне поляризоване світло, називають площиною пропускання поляроїда.

Поляризація властива тільки поперечним хвилям. Якщо хвилі поляризуються, то вони є поперечними. Поздовжні хвилі не поляризуються. Явище поляризації світла свідчить про те, що світлові хвилі є поперечними.

Неважко побудувати просту наочну механічну модель розглядуваного явища. Можна утворити поперечну хвилю в гумовому шнурі так, щоб коливання швидко змінювали свій напрямок у просторі. Це є аналогом природної світлової хвилі. Пропустимо тепер шнур крізь вузький дерев’яний ящик (мал. 2.64). З коливань різних напрямків ящик «виділить» коливання в одній певній площині. Тому з ящика виходить поляризована хвиля. Якщо на її шляху поставити ще один такий самий ящик і розмістити його під кутом 90° до першого, то коливання через нього не пройдуть. Хвиля повністю погаситься.

Мал. 2.64

Поляризоване світло широко застосовують у наукових дослідженнях і в техніці. У багатьох випадках доводиться плавно регулювати освітлення того або іншого об’єкта. Поставивши перед джерелом світла поляризатор і аналізатор, можна, поволі повертаючи аналізатор, плавно змінювати освітлення об’єкта від максимального до повної темноти.

Поляроїди використовують для гасіння дзеркально відбитих відблисків, наприклад фотографуючи картини, скляні і фарфорові вироби тощо. Світло відблисків частково поляризоване. Якщо помістити поляроїд між джерелом світла і віддзеркалювальною поверхнею, то відблиски можна зовсім погасити.

Поляроїди широко застосовують в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній областях діапазону оптичного випромінювання (наприклад, для захисту очей водіїв від засліплюючої дії фар зустрічних авто).

У будівельній і машинобудівній техніці явище поляризації використовують для вивчення напруги, що виникає в окремих вузлах споруд і машин. Цей метод дослідження назвали фотопружним. Суть його в такому. З прозорого матеріалу (наприклад, з органічного скла) виготовляють точну копію деталі, напругу в якій треба вивчити. Потім цю модель ставлять між аналізатором А і поляризатором Р, освітлюють і проектують на екран (мал. 2.65). Оскільки недеформована пластинка органічного скла оптично однорідна, то на екрані видно лише її контури. При деформації моделі оптична однорідність органічного скла порушиться, і на екрані з’явиться барвиста картина напруги, що виникла в деталі.