Поляризация света

Еще одно явление подтверждает волновую теорию – это поляризация света. О возможности поляризации света стало известно только в ΧΙΧ веке. Понять поляризацию света можно на простом явлении – поляризации волны, бегущей по веревке. Веревку можно заставить колебаться в вертикальной или горизонтальной плоскости. И в том и в другом случае волна является плоско-поляризованной (или линейно-поляризованной), то есть все колебания происходят в одной плоскости. Поляризация – это процесс ориентации колебаний в поперечной волне в определенных направлениях.

Поляризация света возникает, например, при его прохождении через некоторые кристаллы; при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред; при двойном лучепреломлении в некоторых кристаллах.

Если на пути, например, веревки, по которой бежит волна, поставить какое-нибудь препятствие с вертикальной щелью, то вертикально поляризованная волна пройдет через него (рис.11.27а), а горизонтально поляризованная волна препятствие не преодолеет (рис.11.27б).

Рис.11.27. К объяснению явления поляризации света.

Если бы щель в препятствии была горизонтальной, то оно оказалось бы непреодолимым для вертикально поляризованных волн, а горизонтальные волны проходили сквозь препятствие свободно. Если на пути таких волн поставить оба препятствия, то через них не сможет пройти ни одна из поляризованных волн. Поляризация может существовать только у поперечных волн. Для продольных волн понятие поляризации не имеет смысла, поскольку колебание является выделенным вдоль направления движения волны.

Поляризацию волн научились осуществлять с помощью некоторых кристаллов. В них волны в одних направлениях поглощаются веществом кристалла, а в других проходят свободно.

Так, например, турмалин позволяет определить поляризацию света. Если использовать две пластинки турмалина, как видно на рис.11.28, то первая из них действует подобно «щели», которая пропускает только луч с подходящей поляризацией. Вторая при некотором положении не будет пропускать свет. Это свидетельствует о том, что плоскость поляризации волны перпендикулярна плоскости пропускания света турмалином.

Рис. 11.28. Определение поляризации света

Свет также поляризуется при отражении от стекла или зеркала.

Свет не обязательно поляризован. Он может быть и неполяризованным. Это означает, что колебания источника происходят одновременно во многих плоскостях (рис.11.29а). Такой свет называют естественным. Обычный солнечный свет имеет естественную поляризацию. Эксперименты показали, что вектора Е и Н, а также скорость распространения электромагнитных волн взаимно перпендикулярны друг другу (рис.11.29б).

Рис. 11.29 а) естественный свет, б) поперечные волны света.

Современники Ньютона заметили интересное явление, связанное с поляризацией света. При преломлении света в некоторых кристаллах, например в исландском шпате, возникают два преломленных луча (рис.11.30). Такие кристаллы получили название двояко-преломляющих, а само явление назвали двойным лучепреломлением.

Рис.11.30. Двулучепреломление.

Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча.

Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным, второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света, и называется необыкновенным. Нарушение закона преломления света необыкновенным лучом связанно с тем, что скорость распространения света (а значит и показатель преломления) волн с такой поляризацией, как у необыкновенного луча, зависит от направления. Для обыкновенной волны скорость распространения одинакова во всех направлениях. Некоторые другие кристаллы, например турмалин, в зависимости от их ориентации не пропускают тот или иной из преломленных лучей. В настоящее время известно, что лучи в двояко-преломляющем кристалле плоско поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Контрольные вопросы к лекции №11:

1. Назовите основные законы распространения света.

2. Как впервые была измерена скорость света? Какие еще эксперименты Вы знаете?

3. Перечислите законы отражения света в зеркале.

4. Назовите основные характеристики вогнутого зеркала.

5. Напишите формулу сферического зеркала.

6. Приведите примеры построения изображения в вогнутом зеркале, когда предмет располагается ближе и дальше фокусного расстояния.

7. Какие законы преломления света Вы знаете? Как определяют показатель преломления света?

8. Особенности полного отражения света.

9. Световоды. Приведите примеры их применение в технике и медицине.

10. Призма. Получите формулу для преломляющего угла призмы.

11. Линзы. Назовите виды линз. Основные характеристики линзы.

12. Перечислите правила построения изображения в линзах.

13. Выведите формулу линзы.

14. Напишите формулу линзы, учитывающую радиусы кривизны линзы.

15. Как устроен телескоп? В чем различие между телескопами Кеплера и Галилея?

16. Как происходит увеличение в микроскопе?

17. Как строится изображение в человеческом глазе? Что такое близорукость и дальнозоркость?

18. Какие виды аберрации Вы знаете? Что такое астигматизм?

19. Сформулируйте принцип Гюйгенса.

20. Что такое интерференция? Напишите условия минимумов и максимумов.

21. Что такое интерферометр Майкельсона?

22. Что такое дифракция? Приведите примеры.

23. Что вы знаете о спектроскопе.

24. Что Вы знаете о поляризации света? Приведите примеры поляризации волн.

25. Что такое двойное лучепреломление? Почему возникает это явление?

26. Как определить поляризацию отраженного света?

[1] Греческий ученый врач, математик и астроном, жил во второй половине V века до нашей эры.

[2] Гален знаменитый врач древности, жил в 131 – 201 годах, приобрел известность работами по анатомии и физиологии.

[3] Авиценна, таджикский, ученый, философ, врач, жил в 980 – 1037 годы. Написал 450 трудов в разных областях знания.

[4] Аристотель, древнегреческий ученый и философ, жил в 384 – 322 годах до н. э.

[5] Евклид, древнегреческий ученый, математик, жил около 300 годах до н.э.

[6] Датский астроном О.Ремер (1644-1710) с 1662 года учился в Копенгагенском университете. Сначала обучался медицине, а затем стал изучать физику и астрономию.

[7] Известный французский физик А.Физо (1819-1896) начал обучение на медицинском факультете Парижского университете, в 1878 году был Президентом французской академии наук.

[8] Американский физик А.А.Майкельсон (1852-1931), уроженец Германии, но с детства жил в США. Он разработал интерферометр, позволяющий с высокой точностью по интерференционным полосам измерять размеры и расстояния. Был президентом национальной академии наук США.

[9] Голландский математик, физик и астроном (1580-1626) на основе математического анализа наблюдений в 1621 году установил этот закон.

[10] Римский трагик Сенека (Seneca) (4 года до н.э – 65 год н.э.), как пишут, прочитал "все книги в Риме", всматриваясь в стеклянный шар воды. Тысячу лет спустя, монахи начали использовать фрагменты стеклянных сфер, которые держали над текстом.

Никто не знает человека, который изобрел первую пару очков. В 1266 году Роджер Бэкон увеличил буквы в книге, прикладывая к ним увеличительное стекло. Но кто первый догадался носить линзы возле глаз? На портрете 1352 года изображен кардинал Югон в очках, которые состояли из двух обрамленных линз и двух дужек, скрепленных вместе и помещенных возле глаз.

[11] Обычно в литературе считают создателем первого телескопа в 1609 году Г. Галелея. Его телескоп имел длину 1245 мм, диаметр 53 мм и тридцатикратное увеличение.

[12] Х.Гюйгенс (1629-1695) нидерландский физик и математик, создатель волновой теории света.

Дата добавления: 2014-01-07