Поляризация или - разделен лъч - Физика в училище
Поляризация или "разделен лъч"
Някое палаво момче, въоръжено с парче от огледало, пусна слънчево „зайче“ право в очите ви. Ти затвори очи като ударен. Но си тръгнал с кола извън града след дъжда. В полегатите лъчи на залязващото слънце асфалтът блести, заслепява, принуден си да забавиш. Уморително е за очите да се любуват на морето в слънчево време. Изглежда, че хиляди момчета с огледала седят във водата. Отблясъци, отблясъци, отблясъци. В такива случаи изваждаме от джоба си очила със зеленикави стъкла, слагаме ги и. Да направим следното. В рамката вмъкваме два полароида, две прости устройства, които разделят светлината. И светът пред нас ще стане едновременно и същият, и различен. Да, слънчевият лъч не е едно цяло, той може да бъде разделен. Ако на нейния път се постави тристенна призма, тогава ще видим спектър на дъгата. Призмата разлага бялата светлина на нейните цветни елементи - червено, оранжево, жълто, зелено и т.н. Същото се случва и в природата. Помните ли дъгата? Там ролята на тристенни призми играят най-малките капчици вода. Но с лъча можете да направите друга чудесна операция - да го поляризирате. За да обясним същността на поляризацията, ще дадем един стар, но много показателен пример. Представете си, че лъч светлина е въже, завързано за стена. Хванете свободния му край и рязко завъртете ръката си надолу. По въжето ще тече вълна във вертикална посока. Сега дръпнете въжето отдясно наляво. Тя ще се извие като пълзяща змия. Отново по въжето ще тече вълна, подобна на първата, но сякаш положена настрани, в хоризонтална равнина.
Електромагнитните вибрации, които дават на окото усещане за светлина, са като вълни, които текат по нашето въже. Само трептения в лъча не възникват в един -хоризонтална или вертикална - посоки, но и във всички междинни. А сега да прекараме греда - въже между два забити в земята колове. Коловете свободно преминават през вертикалната вълна. Но тук дръпнахме въжето от дясно на ляво. Хоризонталната вълна премина по въжето към коловете, удари ги и. излезна. Зад коловете въжето остава спокойно, сякаш не сме го дърпали. Два колове са пример за поляризатор: те пропускат само вертикални вълни и забавят, гасят всички останали. И така, лъч светлина се нарича поляризиран, ако вълновите трептения в него се извършват в една равнина. Но как може да се постигне това? Взима се еластичен филм от специална пластмаса, който се опъва в определена посока. Така полимерните влакна в него получават ориентация. След това филмът се подлага на действието на воден разтвор на йод - йодиране. Йодът взаимодейства с пластмасата на филма, комбинира се с него. На повърхността на филма се получава ново вещество с нови свойства - молекулите му са ориентирани. Новото вещество има забележително свойство: то пропуска само такава светлина, такава посока на вибрации, която е успоредна на посоката на изтегляне на влакното. Всички останали вибрации се гасят. Залепвайки филм между две стъкла, ще получим устройство за поляризация - полароид. Полароид разделя лъча на две. Ако „кръстосваме“ два такива поляроида, тоест направим влакната на техните филми взаимно перпендикулярни, светлината изобщо няма да премине през такива поляроиди. В края на краищата, в светлината, преминала през първия поляроид, възникват трептения в равнина, перпендикулярна на посоката на влакната във филма на втория поляроид. И точно такива вибрации са „забранени“ за преминаване през него. Този ефект на затъмняване може да се използва за безопасност на превозните средства през нощта.Ако инсталирате поляроиди в една посока на фаровете на автомобилите и поляроиди в перпендикулярна посока вместо прозорците на шофьорските кабини, шофьорите няма да виждат фаровете на насрещните автомобили. Колко катастрофи могат да бъдат избегнати! На какво друго е способна светлината, поляризирана от разтегната пластмаса? Оказва се, че светлината се поляризира не само когато преминава през полароид, но и когато се отразява от огледална повърхност. В този случай посоката на поляризацията е перпендикулярна на посоката на падане на светлинната вълна. Нека погледнем чашата на съседната маса. Светлината, падаща от прозореца и отразена от стъклото, заслепява очите ни. След това сложихме полароидни очила. Отблясъците изчезват. Защо? Оказва се, че полароидите в очилата са завъртяни така, че поляризираната светлина на "зайчето" да не може да премине през тях. Отразеният от стъклото лъч е поляризиран в една равнина, а влакната в полароидния филм са удължени в перпендикулярна посока. С полароидни очила можем безболезнено да гледаме измития от дъжда асфалт, искрящите витрини на магазините, окъпаното от слънцето море. Няма да видим светкавици. Те ще излязат. И като поставим полароид пред обектива на фото или филмова камера, ние спокойно снимаме тези искрящи обекти. Филмът ще произведе ясен и точен образ, сякаш изобщо няма светлинна намеса. Така с помощта на поляризирана светлина човек се научи да се справя с красиви, но пречещи на наблюдението слънчеви отблясъци и "зайчета". Това е само малка и може би по-малко важна област, в която работи полароидът. Полароидите попадат в ръцете на металургични инженери. Защо им трябват тези очила? Те им помагат да изучават вътрешните посоки в метала. Металурзите правят модел на структурата си от стъкло и го натоварват тежко. В стъклото, точно както в метала, възникват напрежения. налягане на едно мястоизключително висока и там сякаш се получава компресия на материала. На други места е обратното. Полароидите им помагат да видят сложна картина от посоки. Знаем, че светлинните вълни се разпространяват по различен начин в нехомогенен прозрачен материал? И вероятно знаете, че в този случай светлинните вълни взаимодействат една с друга. Те си взаимодействат по следния начин: едната вълна се засилва - нейният гребен става по-висок; другият гребен слиза - вълната отслабва, угасва. И тъй като всяка вълна има свой собствен цвят, гледайки стъкления модел между полароидите, инженерите виждат ярка цветна картина на вътрешни напрежения. За това се използва устройство - полярископ. И инженерите приемат различен дизайн с по-малко лъскава подпрограма. Но това е само хубавото: има по-малко стрес. И никога не е имало шанс контролерът на Polaroid да е грешен. Фрези, легла, греди, проверени с полярископ, винаги са здрави, издръжливи. Лекарите са използвали поляроиди по свой начин. Човек, който е имал тежко очно заболяване, веднага е вреден за ярка светлина. Лекарите получиха очила от оптиката, в които вече няма два, а четири полароида. Те са свързани по двойки, а по двойки също са кръстосани - тоест влакната в техните филми са взаимно перпендикулярни. Това означава, че светлината изобщо не преминава през тях. Не забравяйте, че не видяхме фаровете на насрещната кола? „Сухата“ наука предоставя на изкуството прекрасни нови средства за предаване на емоции. Да си спомним леката музика, триизмерното кино и цветната телевизия, луминисцентната живопис. Ако променим ъгъла между посоките на филмовите влакна, тогава колкото по-малък е ъгълът, толкова повече светлина ще премине през двата поляроида. Тези защитни очила ви позволяват плавно да регулирате осветеността на очите си. И ако едното око на пациента може да издържи на по-ярка светлина, моля, може да се обърнесъответния полароид под по-голям ъгъл. Бих искал да ви поканя да направите обиколка на една въображаема изложба за момента, изложба на още една "научна" форма на изкуство. Пейзажи, портрети, многофигурни пана. Рисувани са не с обикновени бои, а с цветовете на "жив" слънчев лъч. Портрети на белозъби усмивки и искрящи очи. Пейзажите живеят: зорите идват и гаснат върху тях, събират се облаци и вали. Такова рисуване ви позволява да създадете привидно чисто научен ефект на поляризация. Факт е, че листа от слюда, гипсови плочи, парчета целофан, залепени между кръстосаните полароиди на филма, са боядисани в ярки интерферентни цветове. Това са необичайни цветове, които не сме свикнали да виждаме в природата и рисуването, цветовете на сапунени мехури и маслени петна върху вода. Знаете, че обикновеният светлинен лъч се състои от голям брой цветни лъчи, които се виждат в дъгата. Ако от него се отнеме малко цветен лъч, тогава белият цвят ще се оцвети. Такова унищожаване на един от няколко цвята - части от бялата светлина възниква поради взаимодействието - интерференция - светлинни вибрации. Спомнете си нашия опит с въжето. Ако след един тласък, който е накарал въжето да трепти, веднага му дадем друг, то ще има две взаимодействащи трептящи движения. И ако благодарение на един тласък всички точки на въжето се повдигнат, а благодарение на друго - паднат с еднаква сила, тогава с добавянето - взаимодействие - на противоположни сили, въжето ще спре да трепти. Подобно взаимодействие на светлинни вълни в нехомогенен прозрачен материал води до оцветяване на бяла светлина. Някои вълни се засилват, „цъфтят“, други отслабват, угасват. Цветът и яркостта на мозайките от слюда и полароид ще варират в зависимост от дебелината на материалите, които ще бъдат залепени, и ъгълакоито ги считаме. Картина, съставена от такива елементи, също ще бъде оцветена по различен начин всеки път, в зависимост от ъгъла, от който я гледаме. Боядисаните полароидни елементи могат да се използват и в архитектурата за облицоване на куполи и стени. Тези цветове ще бъдат особено добри в южните райони, където слънчевото безоблачно небе само поляризира лъчите. Куполите и стените ще изглеждат или сини, или ярко червени, или бледо сини. Можете да изброявате и изброявате приложенията на поляризираната светлина. Но ми се струва, че горните примери от различни области на приложение на полароидите говорят за основното, какъв невероятен, чувствителен и красив - поляризиран "вид" светлина.