Поперечность световых волн. Поляризация света. Электромагнитная теория света. Физика. 11 класс.

Комментарии преподавателя

Когда мы ранее рассматривали электромагнитные волны, то выяснили, что они являются поперечными. Это означает, что колебание векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля происходит в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Также эти векторы перпендикулярны друг другу (см. Рис. 1).

Рис. 1. Перпендикулярность волн

Но мы ничего не говорили об ориентации этих векторов в плоскости колебания. Рассмотрим колебание вектора напряженности электрического поля.

В естественном свете колебания происходят по всем возможным направлениям (см. Рис. 2).

Рис. 2. Колебания в естественном свете

Линейно- ( плоско-) поляризованный свет – если колебания происходят в одном направлении (см. Рис. 3).

Рис. 3. Линейно-поляризованный свет

Поляризованный свет получают при помощи поляризаторов. Например, это может быть поляроид, который представляет собой особую тонкую кристаллическую пенку, которая нанесена на какую-либо поверхность. Если посмотреть через поляризатор на естественный свет и покрутить его вокруг своей оси, то ничего не произойдет. Свет лишь станет менее интенсивным и приобретет характерную окраску (см. Рис. 4).

Рис. 4. Поляризованный свет

Однако если пропустить свет через две такие пластинки, мы обнаруживаем у него новые свойства. При вращении одной пластинки относительно другой интенсивность прошедшего света будет меняться от полного пропускания в случае, когда плоскости поляризации обоих пластинок совпадают, до полного гашения, в случае, когда эти плоскости перпендикулярны (см. Рис. 5).

Рис. 5. Смена интенсивности

Аналогичный опыт можно проделать и с механическими волнами. Можно возбудить колебания шнура, которые быстро будут менять свое направление. Если мы пропустим этот шнур через щель, то она выделит колебания в одной плоскости. Таким образом, получится поляризованная волна (см. Рис. 6).

Рис. 6. Поляризованная волна

Если мы пропустим шнур через две таких щели, то:

1. Если эти щели будут параллельны друг другу, колебания будут проходить полностью (см. Рис. 7).

Рис. 7. Полное прохождение колебания

2. Если щели будут перпендикулярны друг другу, то после второй щели колебания полностью погасятся (см. Рис. 8).

Рис. 8. Погашение колебаний

Помимо поляроидов, существуют естественные поляризаторы. Например, пластинки из турмалина или исландского шпата, которые вырезаны определенным способом. Эти вещества представляют собой кристаллы с определенной симметрией, которые называются одноосными. При прохождении естественного света через такую пластину на выходе получается плоскополяризованный свет (см. Рис. 9).

Рис. 9. Турмалин

Рис. 10. Исландский шпат

Также свет отраженный или преломленный большинством неметаллических поверхностей является частично поляризованным.

Частично поляризованный свет – смесь естественного и поляризованного света.

Помимо линейной поляризации, существуют другие виды поляризации:

1. Круговая (см. Рис. 11).

2. Эллиптическая.

Рис. 11. Круговая поляризация

При круговой и эллиптической поляризации вектор напряженности электрического поля в плоскости колебаний описывает круг или эллипс.

Явление поляризации электромагнитных волн находит огромное применение. Например, в трехмерном кинематографе оно используется для разделения изображения для левого и правого глаза. В обычной видео- и фотоаппаратуре поляризационные фильтры используются для улучшения качества изображения. Также на качественные солнечные очки наносится поляризационная пленка, для того чтобы избавиться от бликов, которые получаются при отражении света.

Именно опыты с поляризатором доказали поперечность электромагнитных волн и еще раз подтвердили теорию Максвелла. Поляризовать продольные волны невозможно, так как колебание продольных волн происходит вдоль направления распространения волны.

Явление поляризации света в очередной раз доказывает волновую природу света.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл  в любое удобное для вас время.
Использованные источники:

• http://www.umnik-umnica.com/ru/school/physics/11-klass/
• http://www.youtube.com/watch?v=TMESJym8iVs
• http://www.youtube.com/watch?v=54IAbYWDcqc

Файлы