Опыт 7.  

«Поляризация света. Поляроиды»

 В начале XIX века, когда Т. Юнг и О. Френель развивали волновую теорию света, природа световых волн была неизвестна. На первом этапе предполагалось, что свет представляет собой продольные волны, распространяющиеся в некоторой гипотетической среде – эфире. В то время казалось невероятным, что свет – это поперечные волны, так как по аналогии с механическими волнами пришлось бы предполагать, что эфир – это твердое тело (поперечные механические волны не могут распространяться в газообразной или жидкой среде). Блестящим подтверждением того что свет представляет поперечные волны является явление поляризации.

  Свет, испускаемый обычными источниками (например, солнечный свет, излучение ламп накаливания и т. п.) в каждый момент состоит из вклада огромного числа независимо излучающих атомов с различной ориентацией вектора Е в излучаемых этими атомами волнах. Поэтому в результирующей волне вектор Е беспорядочно изменяет свою ориентацию во времени, так что в среднем, все направления колебаний оказываются равноправными. Такой свет называют также естественным светом ( рис. 1).

                                                                                               Рис.1.  

   Возьмем прямоугольную пластину турмалина, вырезанную таким образом, чтобы одна из ее граней была параллельна вертикальной оси кристалла. Если направить на него луч  естественного света (1) от источника света S   ( рис.2),  то через турмалиновую пластинку (2) пройдут только те световые лучи, у которых вектор Е совпадает с направлением оптической оси (3) и попадут на экран (4). Такой свет называется линейно поляризованным, а турмалиновая пластинка (2) называется поляризатором.

Рис.2.

  Теперь на пути поляризованного света (3) поставим еще одну пластинку из турмалина (4) оптическая ось которого перпендикулярна вектору Е поляризованного света. В этом случае пластинка поляризованный свет не пропустит (рис.3).

Экран (5) не будет освещен. Вторая пластинка называется анализатором. Если оптическая ось анализатора будет параллельна оптической оси поляризатора то поляризованный свет через анализатор пройдет.                                                                                                      

Рис. 3.

  Опыт 1. Рассмотрим установку состоящую из двух поляроидов 1 и 2 ( рис.4).

Поляроид № 1 будет выполнять функцию поляризатора, а поляроид № 2 функцию анализатора. 

Вертикальные стрелки показывают направление оптических осей поляроидов. Из рисунка видно, что оптические оси поляризаторов расположены параллельно и  вертикально.

Свет проходит через оба поляризатора, и мы видим освещенный экран, расположенный за поляризатором.

Проблема. Почему.

Ответ. Свет проходя через поляризатор 1, расположенный за вторым поляризатором, поляризуется в вертикальной плоскости.                                                     

На пути поляризованного света, выходящего из поляризатора 1, находится  поляризатор 2, выполняющий функции анализатора. Так как оптическая ось анализатора тоже расположена вертикально, то свет через него проходит. И смотря в анализатор, мы видим экран немного сероватый ( рис.2)

.                                                                                                           

  Рис.4.

Проблема. Почему мы видим экран немного сероватый ?

Ответ. При прохождении света от экрана через поляризатор, он не пропустил лучи света колебания вектора Е,  которые  находятся не в вертикальной плоскости.  Поэтому интенсивность прошедшего через поляризатор света, уменьшилась. Анализатор пропустил весь свет, который вышел из анализатора, поэтому на интенсивность светового пучка он не повлиял.

Опыт 2. Расположим поляроиды друг за другом так, как показано на рис. 5.

Оптические оси поляроидов взаимно перпендикулярны.

Свет через оптическую систему не проходит.

Проблема. Почему ?

Ответ. Свет проходя через поляризатор 1,  расположенный за вторым поляризатором, поляризуется в вертикальной плоскости.                                                    

  На пути вертикально поляризованного света, выходящего из поляризатора 1, находится поляризатор 2, выполняющий функции анализатора.  

 Так как оптическая ось анализатора перпендикулярна оси поляризатора, то свет через него не проходит, так как он не пропускает световые волны, колебания вектора Е , которые поляризованы в вертикальной плоскости. Поэтому анализатор не пропускает поляризованный свет, вследствие чего, смотря в анализатор, мы не видим свет.

Рис. 5.

Поляризованный свет испускается лазерными источниками.  Свет может оказаться поляризованным при отражении или рассеянии. В частности, голубой свет идущий от неба  частично или полностью поляризован.