Цветен прозрачен свят на нещата Физика "Разни"

Заобиколени сме от пъстър свят. Прозрачни пластмаси и много чаши всъщност блестят с всички цветове на дъгата. Тази игра на цветове е недостъпна за невъоръжено око: тя се среща в поляризирана светлина. Въпреки това, домашно направено просто устройство, полярископ, ще ви позволи да го видите.

поляризирана светлина

Светлината, излъчвана от Слънцето или обикновена електрическа лампа, се състои от електромагнитни вълни, които осцилират във всички възможни посоки около светлинния лъч. От тези неподредени трептения е възможно да се изреже вълна с трептения в посока в една равнина. Това се нарича плоско поляризирана светлина.

Поляризация възниква, когато светлината преминава през някои кристали, исландски и тънки филми от синтетични материали. Светлината, преминаваща през такъв поляризатор, не изглежда по-различна от обикновената светлина. Но ако втори кристал или парче филм (анализатор) се постави на пътя на поляризиран лъч, неговите специални свойства ще станат видими.

При завъртане на анализатора около ос, съвпадаща с посоката на лъча, пропуснатата светлина периодично изчезва. Това се случва в момента, когато поляризаторите се "кръстосат", трептенията преминават във взаимно перпендикулярни посоки. Ако обаче между кръстосаните полароиди се поставят няколко целофанови листа или лента от прозрачна пластмаса, ще станат видими многоцветни ивици, покриващи цялата повърхност.

Домашни поляризатори

В научните лаборатории като поляризационни устройства обикновено се използват призми, залепени от стъкло и исландски шпат. Това се нарича призма никол, предложена е през 1820 г. от английския физик Уилям Никол. По-рядко срещани поляризаторисе използват от синтетичен филм. Но можете сами да направите много по-просто устройство.

В началото на 19-ти век френският военен инженер Етиен Малюс открива, че светлината, отразена от повърхността на водата или стъклото, се поляризира по същия начин, както когато исландската светлина преминава през шпат. През 1815 г. шотландският физик Дейвид Брустър открива забележителния закон, наречен на негово име: светлината е напълно поляризирана, тя пада върху повърхността под ъгъл, чийто тангенс е равен на индекса на пречупване на веществото. В този случай пречупеният лъч ще върви перпендикулярно на отразения и ще бъде максимално поляризиран. Ако светлината премине през купчина стъклени плочи, степента на поляризация ще се увеличи пропорционално на броя на повърхностите. И на практика седем или осем плочи са достатъчни, за да се получи напълно поляризирана светлина. Важно е, че поляризацията възниква само при отражение от диелектрик, изолатор. Отражението от металното покритие става по други закони и светлината не се поляризира.

Да видим под какъв ъгъл трябва да падне лъчът върху стъклената повърхност, за да бъде напълно поляризиран при отражение. Индекс на пречупване на стъклоn= 1,5 1,7. Лесно е да се изчисли, ако не друго, тогава ъгълът на поляризация. За вода. Този ъгъл се измерва от перпендикуляра към повърхността.

Първите поляризационни устройства използват свойствата на отразената светлина. Тяхната простота ни позволява да направим два вида поляризатори, които работят не по-зле от лабораторните.

За първото производство на модел две ще ви е необходим малък лист правоъгълно стъкло. Те са покрити от едната равна страна със слой черна боя и фиксирани така, че светлината да пада върху тях под ъгъл на поляризация.

За товадве стелажи с форма на кутия се сглобяват от тънък шперплат, пластмаса или дебел картон, залепвайки стъкло в тях под ъгъл 33 ° спрямо хоризонталната равнина. В капака на един стелаж се изрязва прозорец и се покрива с парче от стъклото му - то ще служи като маса за предмети. Отгоре се поставя друга стойка и се разглежда отражението на предмета, който лежи на масата.

За втория модел поляризатори вече ще са необходими стъклени пластини, като изискванията за тяхното качество ще бъдат по-високи. Стъклото трябва да е прозрачно, а повърхността - гладка. Колкото по-тънки са плочите, толкова по-лек ще бъде устройството. Идеален материал биха били квадратните покривни стъкла, използвани в микроскопията за защита на проби. Дебелината им е около 0,15 мм, размерът от сантиметър до пет. Подходящи са и предметни стъкла с дебелина около 1 мм. Можете да ги закупите в магазините за медицинско и лабораторно оборудване. Очилата, изрязани от стари фотографски плаки, не са по-лоши. Но този материал изглежда още по-малко достъпен днес, така че най-вероятно ще трябва да се задоволите със стъкло за прозорци. От него се изрязват ленти с произволен размер със съотношение 2: 1. Прозорецът на поляризатора ще бъде или по-голям. Купчина очила е фиксирана в квадратна тръба под ъгъл 33° спрямо зрителната линия. Двойка такива устройства образува поляризатор с анализатор.

Да видим какво можем да видим с помощта на направеното оборудване.

Изкуствена анизотропия

В едно хомогенно вещество светлината се движи във всички посоки с еднаква скорост. Други физични свойства са също постоянна твърдост, еластичност, топлопроводимост. Такива вещества се наричат изотропни. Ако обаче върху плоча от такъв материал се приложи външна сила - компресира се или се огъне, - в нея ще възникнат деформации и ще се появятспециални направления. Свойствата по протежение на веществото на тези посоки и през тях ще станат неравномерни, ще възникне анизотропия. Светлинен лъч в такова вещество ще се раздели на две и те ще се движат с различни скорости. Освен това те ще бъдат поляризирани във взаимно перпендикулярни посоки и няма да си взаимодействат.

Както за обикновената, така и за поляризираната светлина нищо няма да се промени: общият интензитет на двата лъча ще остане същият. Но анализаторът, след като постави плочата, изряза от тях две вълни, осцилиращи в една и съща равнина. И тъй като те са генерирани от оригиналния един лъч, вълните ще пречат. Най-малката дебелина на изменението на плочата и големината на деформацията в нея водят до появата на хода на вълновата разлика. Ще се появи многоцветна картина, подобна на тази, която се случва на повърхността на водата с филм от масло или бензин. Може да се наблюдава с помощта на изработени инструменти.

Целофанът има силна анизотропия. Този опаковъчен материал е направен от вискоза, обработка на дървен продукт. По време на производството целофановото фолио е силно разтегнато, подреждайки дълги органични молекули във вериги.

Части целофан от пакет се подреждат заедно, ориентирайки ги в различни посоки, и се поставят между полароидите. Прозрачното фолио ще бъде боядисано в удивителни по чистота и яркост цветове. С едно завъртане на поляризаторите цветовете ще се променят на допълнителни: червеното ще стане зелено, синьото ще стане жълто и обратно.

При поляризирана светлина напрежението става видимо в линийките, кутиите и кутиите на химикалки от прозрачна пластмаса.

В парче стъкло, компресирано с клещи, ще се появят цветни ивици, които изчезват след отстраняванетовари. И в закаленото стъкло, което е в прозорците на автомобили и вагони, тези напрежения се запазват и се забелязват под формата на множество ирисцентни петна.

Поляризиращите техники ви позволяват да видите как ще се държи частта при работа. Плосък модел на част се изрязва от органично стъкло и се подлага на натоварване, подобно на реалното. Цветните ивици ще бъдат по-тънки и по-плътни, по-високи от концентрацията на напрежение; те ще посочат зоните, от които ще започне унищожаването на частта.

естествена поляризация

Светлината на Слънцето или обикновена лампа е неполяризирана. По пътя към наблюдателя обаче неговите свойства могат да се променят.

Слънчевата светлина е силно поляризирана, разсейва се върху молекулите на въздуха и в различни посоки спрямо Слънцето. Можете да откриете това с помощта на стъклен крак или „черно“ огледало, като гледате как яркостта на небесната сфера в зенитната област се променя в зависимост от азимута на наблюдение.

Ако "огледалото" се държи на височина около 20 см над окото, светлината от зенита ще се отразява в него под поляризационен ъгъл. Също така е по-удобно да разгледате стъкленото небе през крака. Завъртайки се вертикално около оста, можете да видите, че отражението е ярко, когато Слънцето е отпред или отзад, и тъмно, когато е отдясно или отляво. Същият резултат ще се получи, ако разгледаме отражението близо до хоризонта в огледалото на небето. Очевидно разсеяната слънчева светлина е силно поляризирана в посока, перпендикулярна на Слънцето. А трептенията на електромагнитната вълна са насочени перпендикулярно на равнината, през преминаващото Слънце, наблюдаваната точка и окото.

Тъмните зони са ясно видими и при отражение от гладката вода на повърхността върху нея под ъгъл малко по-голям от необходимото. Когато слънцето е ниско, поливайте на север и югизглежда забележимо по-тъмно, отколкото на изток и запад. А прозрачните облаци при отражение са много по-видими: тяхната светлина не е поляризирана и е по-слабо отслабена.

С помощта на поляризатор може да се види още едно любопитно небесно явление, наречено така наречената четка на Хайдингер. Нейното наблюдение на търпението изисква известна практика.

Ако погледнете синьото отражение на небето в „огледалото“ за няколко минути, ще изглежда, че фонът е равномерно покрит с нещо като решетка. Скоро на негово място ще се появи жълтеникаво петно, наподобяващо четка, със сини петна отстрани. Също така ще се вижда, ако погледнете през стъклен крак, като го въртите бавно, в същото време ще има и бял облак. Размерите му са много значителни 4 °, 8 пъти диаметъра на пълната луна, но яркостта и контраста са много малки. Дъгата през продължаващата жълта четка обикновено минава през Слънцето. Но в тясна зона близо до него е възможно да се наблюдава „четка“, насочена под прав ъгъл към тази посока. За да направите това, трябва да се обърнете от Слънцето и да погледнете отражението в стъклото, което ярко закрива слънчевия лъч.

С известно умение и след дълго обучение, много хора успяват да видят "четката" дори без поляризатор, с просто око. Лев Толстой в разказа си „Младост“ например споменава за ...ясно небе, върху което, като се вгледаш внимателно, изведнъж се появява като прашно жълтеникаво петънце и пак изчезва....

Все още не е напълно ясно как поляризираното око вижда светлината. Херман Хелмхолц, немски физик и натуралист, който е изучавал много от физиологията на зрението, смята, че причината се крие в структурата на ретината. Светлочувствителните очи на клетката имат анизотропия и поглъщат сините лъчи по-силно от жълтите. Това обаче не обяснява някоизащо виждат „четка“ под формата на синя лента с жълти петна отстрани. Може би това се дължи на различията в индивидуалната структура на ретината. остава неразбираемо защо, когато окото се умори, то изглежда непрекъснато жълто, а след това синьо петно.