Фотоупругость

Природные анизотропные материалы, как правило, являются кристаллами. Оптическая анизотропия этих материалов обусловлена тем, что молекулы, образующие кристаллическую решетку, по-разному поляризуются в разных направлениях. Однако поляризационную анизотропию можно создать искусственно даже у изотропных, не кристаллических материалов. Например, механически сжимая или растягивая их. Возникновение оптической анизотропии под действием механических нагрузок называется фотоупругостью.

Для демонстрации этого эффекта к двухъярусной оправке с поляризаторами прикрепляют специальное устройство, позволяющее сжимать небольшой образец из оргстекла, имеющий форму параллелепипеда 8 х 8 х 16 мм (рис. 8.66а). Так как оси наибольшей и наименьшей скорости образца определяются направлением сжатия, перед началом демонстрации образец ориентируется так, чтобы его длинное ребро составляло 45⁰ с осью пропускания (нижнего) поляризатора. Анализатор устанавливается в скрещенное положение, так что изображение на экране полностью затемняется. Это свидетельствует о том, что образец изотропен.

а

б

Рис. 8.66. Демонстрация фотоупругости.

После этого начинаем сжимать образец, который сразу просветляется и неоднородно окрашивается, демонстрируя появление сильной неоднородной фазовой анизотропии[28](рис. 8.66б). При снятии нагрузки образец восстанавливает свою изотропию, но не до конца. В отдельных местах образца остаются просветления (остаточная анизотропия).

Можно показать остаточную анизотропию на более знакомых студентам объектах, например, на пластмассовой коробке от компакт-диска (рис. 8.67), на пленке от пачки сигарет (рис. 8.68) и т.п. Остаточная анизотропия имеется и у закаленных стекол различной геометрии. При помещении таких стекол между двумя поляризаторами возникают красивые симметричные картины, цвета которых меняются на дополнительные при вращении анализатора (рис. 8.69).

	Рис. 8.67. Крышка от компакт-диска. Рис. 8.68. Пленка от сигаретной пачки. Рис. 8.69. Закаленные стекла.

Уместно рассказать студентам, что проведенные эксперименты (механически напряженные образцы между двумя поляризаторами) имеют большое практическое значение в теории упругости, машиностроении, так как позволяют экспериментально изучать (качественно и количественно) механические свойства сложных конструкций.

Дата добавления: 2014-01-04