Onda transversal- una onda que se propaga en dirección perpendicular al plano en el que oscilan las partículas del medio (en el caso de una onda elástica) o en el que se encuentran los vectores del campo eléctrico y magnético (en el caso de una onda electromagnética).
Las ondas transversales incluyen, por ejemplo, ondas en cuerdas o membranas elásticas, cuando los desplazamientos de partículas en ellas ocurren estrictamente perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas, así como ondas electromagnéticas planas homogéneas en un dieléctrico o imán isotrópico; en este caso vibraciones transversales Formar los vectores de los campos eléctricos y magnéticos.
La onda transversal está polarizada, es decir. su vector de amplitud está orientado de cierta manera en el plano transversal. En particular, se distinguen polarizaciones lineales, circulares y elípticas en función de la forma de la curva que describe el extremo del vector de amplitud. El concepto de onda transversal, como onda longitudinal, es hasta cierto punto arbitrario y está asociado con el método de su descripción. Lo "transversal" y "longitudinal" de la onda están determinados por las cantidades que realmente se observan. Por tanto, una onda electromagnética plana puede describirse mediante un vector longitudinal de Hertz. En algunos casos, dividir las ondas en longitudinales y transversales pierde por completo su significado. Entonces, en onda armónica en una superficie aguas profundas las partículas del medio actúan movimientos circulares en un plano vertical que pasa por el vector de onda, es decir Las vibraciones de las partículas tienen componentes tanto longitudinales como transversales.
En 1809, el ingeniero francés E. Malus descubrió la ley que lleva su nombre. En los experimentos de Malus, la luz pasó sucesivamente a través de dos placas de turmalina idénticas (transparentes sustancia cristalina color verdoso). Las placas podrían girar entre sí en un ángulo φ
La intensidad de la luz transmitida resultó ser directamente proporcional a cos2 φ:
El fenómeno de Brewster se utiliza para crear polarizadores de luz y el fenómeno de reflexión interna total se utiliza para localizar espacialmente una onda de luz dentro de una fibra óptica. El índice de refracción del material de fibra óptica supera el índice de refracción. ambiente(aire), por lo tanto el haz de luz dentro de la fibra experimenta una completa reflexión interna y no puede ir más allá de la fibra. Usando una fibra óptica, puedes enviar un haz de luz de un punto en el espacio a otro a lo largo de una trayectoria curva arbitraria.
Actualmente, se han creado tecnologías para la producción de fibras de cuarzo con un diámetro de , que prácticamente no tienen defectos internos ni externos y su resistencia no es menor que la del acero. Al mismo tiempo, fue posible reducir las pérdidas. radiación electromagnética en la fibra a un valor inferior a , y también reduce significativamente la dispersión. Esto lo permitió en 1988. poner en funcionamiento una línea de comunicación de fibra óptica que se conecta a lo largo de la parte inferior océano Atlántico América y Europa. Las líneas de fibra óptica modernas son capaces de proporcionar velocidades de transmisión de información superiores a .
A alta intensidad de ondas electromagnéticas características ópticas Los medios, incluido el índice de refracción, dejan de ser constantes y pasan a ser funciones de la radiación electromagnética. El principio de superposición de los campos electromagnéticos deja de ser válido y el medio se llama no lineal. EN física clásica el modelo se utiliza para describir efectos ópticos no lineales oscilador anarmónico. En este modelo energía potencial electrón atómico escrito como una serie en potencias de desplazamiento x del electrón con respecto a su posición de equilibrio
Ministerio de Educación de la región de Nizhny Novgorod
GBOU SPO "Escuela Agrícola Lukoyanovsky"
Desarrollo metodológico para disciplina académica"Física"
Transversalidad de las ondas luminosas.
Polarización de la luz
Desarrollado por: Smirnov A.V. profesor de física
1 categoría de calificación
Lukoyanov, 2012
Considerado en la reunión.
comisión metodológica
ciclo de matemáticas y ciencias naturales
Protocolo No. _____
"__" ________ 2012
Presidente
__________/ N.N. Alexandrova
Aprobado por el consejo metodológico de GBOU SPO "Lukoyanovsky Agriculture College"
Protocolo No. ______
"__" ________ 2012
Presidente
____________________________
Lección sobre el tema “Transversalidad de las ondas de luz. Polarización de la luz."
Objetivos:
Educativo:
crear las condiciones para estudiar el concepto de “Polarización de la luz”, su aplicación práctica, lograr asimilación consciente conocimientos adquiridos, enseñar a utilizar los conocimientos adquiridos en la práctica.
continuar cultivando la precisión, el ahorro y la responsabilidad;
despertar el interés por las actividades de aprendizaje;
despertar el interés por el material que se está estudiando.
desarrollar habilidades de pensamiento y educativas;
Continuar trabajando en el desarrollo de habilidades para reconocer el problema, sacar conclusiones y generalizar.
Tipo de lección: combinada.
Equipo:
Equipo de laboratorio para cada mesa: 2 polaroids, un trozo de celofán; pila de placas de vidrio.
equipo de demostración: kit de polarización de luz, computadora portátil, monitor de computadora portátil, proyector, pizarra interactiva, fuente de corriente, lámpara de bajo voltaje sobre soporte.
durante las clases
I) Momento organizacional(2 minutos.)
Verificar asistencia, preparación de la clase y estudiantes para la lección.
II) Verificación tarea, actualizando lo previamente estudiado
(10 minutos.)
Tareas de test en la pizarra, autoevaluación basada en respuestas en la pizarra, análisis mediante cuestionamiento selectivo, cierre de brechas.
Explica con punto fisico vista de por qué la hierba es verde.
Explica desde un punto de vista físico en qué se diferencian las superficies blancas de las negras.
¿Qué color de luz se refracta más en un prisma triangular de vidrio?
¿Qué fenómeno explica el color del arco iris de las pompas de jabón?
Las fuentes que tienen la misma fase y frecuencia se llaman coherentes.
¿Puede haber dos estrellas en el cielo? fuentes coherentes¿Sveta? ¿Por qué?
¿Cómo se llaman las vibraciones que se propagan en el espacio a lo largo del tiempo?
¿Qué onda se llama longitudinal?
¿Qué onda se llama transversal?
¿Cómo están ordenados los vectores? mi Y EN en una onda electromagnética?
¿La onda electromagnética es longitudinal o transversal?
III) Aprender material nuevo(15 minutos.)
experimento problema
Los estudiantes reciben equipo y la tarea del experimento se muestra en la pizarra:
1) Mirar la lámpara conectada a la fuente a través de una Polaroid;
2) gira la Polaroid alrededor de su eje y observa la iluminación de la pantalla. Obtener una conclusión;
3) coloque otra polaroid entre la polaroid y la pantalla y gire primero una y luego la otra polaroid alrededor del eje.
4) Observe cómo cambia la iluminación de la pantalla. Obtener una conclusión.
Conversación heurística
Primera suposición: Luz - onda transversal. Pero en un haz de ondas incidente desde una fuente convencional, hay oscilaciones en todo tipo de planos perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas;
Adivinar: Polaroid tiene la capacidad de transmitir ondas de luz con vibraciones que se encuentran en un plano específico.
palabra del maestro
Información teórica
El cristal de turmalina se polariza luz natural, es decir. selecciona (pasa) vibraciones solo en un plano específico. Usando la segunda polaroid (analizador), puede determinar el plano de polarización de la primera polaroid.
experimento problema
La tarea del experimento se muestra en la pizarra:
1. Tome una Polaroid en sus manos y, girándola alrededor de su eje, mire a través de ella:
pantalla de portátil;
imagen en tablero interactivo;
lampara incandescente.
Conversación heurística
Se pide a los estudiantes que expliquen los resultados de los experimentos.
La luz de la pantalla del portátil está polarizada;
La imagen en la pizarra interactiva está polarizada; los ejes de polarización de la luz de diferentes longitudes de onda no coinciden.
La luz incandescente no está polarizada.
palabra del maestro
Información teórica
Explicación del monitor LCD.
Experimento problemático:
La comunicación por televisión y radio se realiza en ondas electromagnéticas Oh.
Recordemos una de las propiedades de las ondas electromagnéticas e intentemos explicarla desde la perspectiva del conocimiento adquirido en la lección de hoy.
Demostración de experiencia sobre la polarización de ondas electromagnéticas (película educativa).
palabra del maestro
Explicación del experimento: si la dirección de las varillas de la red metálica coincide con la dirección del vector de tensión campo eléctrico, entonces se excitan corrientes en las varillas, la rejilla actúa como conductora y refleja la onda electromagnética. Si se gira la rejilla 90°, la señal pasa, ya que en este caso las varillas son perpendiculares al vector del campo eléctrico, y no puede provocar la aparición de corrientes en las varillas.
Experimento problemático:
Coloquemos un trozo de celofán arrugado entre las Polaroid cruzadas en un ángulo de 90°, giremos las Polaroid una a una alrededor del eje y observemos el efecto;
Coloquemos una diapositiva especial del kit de polarización de luz entre polaroids cruzadas en un ángulo de 90° para observar la polarización cromática, giremos las polaroids alrededor del eje y observemos el efecto en la pantalla.
Observemos una pila de placas de vidrio a través de una Polaroid, girándolas eje vertical en cierto ángulo y girando la polaroid.
palabra del maestro
C 
ellophan: El celofán tiene una fuerte anisotropía. Este material de embalaje está fabricado de viscosa, un producto de madera. Durante la producción, la película de celofán se estira enormemente, alineando largas moléculas orgánicas en cadenas. Gafas polaroid: Gafas con una o dos capas de polaroid. Como filtros oscurecedores de densidad variable se utilizan gafas con dos capas de Polaroid: del lateral de las gafas sobresale una palanca con la que se pueden girar simultáneamente dos Polaroid con respecto a las otras dos, que están estacionarias. Con Polaroids paralelas, la transmisión de gafas = 40%, con gafas cruzadas se vuelve mínima (= 0,01%).
Las gafas con una sola capa de polaroid se utilizan para separar imágenes o para reducir el brillo de la luz reflejada. En el primer caso, los planos de polarización de ambos filtros se colocan mutuamente perpendiculares de modo que la luz de un solo plano de polarización llegue a cada ojo. Estas gafas se utilizaron en un sistema de cine estéreo en el que dos fotogramas de un par estéreo se enviaban a la pantalla con luz polarizada: el plano de polarización de cada fotograma correspondía al plano de polarización de la Polaroid a través del cual tenía que pasar la luz hasta el correspondiente ojo. En el segundo caso, los filtros polaroid tienen las mismas direcciones de planos de polarización y no transmiten luz polarizada en un plano perpendicular. La luz reflejada en ángulo desde un medio dieléctrico está altamente polarizada. Las gafas permiten atenuar en gran medida esta luz reflejada, lo que permite, por ejemplo, mirar profundamente en el agua.
Sistemas de polarización. Con la polarización lineal, dos imágenes se superponen en la misma pantalla a través de filtros polarizadores ortogonales (colocados a 90 grados entre sí) en proyectores. En este caso, es necesario utilizar una pantalla especial plateada, que evita la despolarización y compensa la pérdida de luminosidad (ya que sólo el 0,71 de la luz emitida por cada proyector incide sobre la pantalla).
El espectador se pone gafas, que también tienen filtros polarizadores ortogonales incorporados; así, cada filtro transmite sólo aquella parte de las ondas de luz cuya polarización coincide con la polarización del filtro, y se bloquea ortogonalmente luz polarizada.
Las gafas polarizadas linealmente requieren que el espectador mantenga la cabeza nivelada sin inclinarla, de lo contrario se pierde el efecto.
Un ejemplo de una tecnología que utiliza polarización lineal es IMAX 3D.
Cuando se utiliza polarización circular, también se superponen dos imágenes mediante filtros con polarización opuesta. Las gafas destinadas al espectador tienen filtros "analizadores" incorporados (con polarización opuesta). A diferencia de la polarización lineal, si el espectador inclina la cabeza, se conserva la separación de las imágenes izquierda y derecha y, en consecuencia, se conserva la ilusión de una imagen estéreo.
PAG 
Filtros fotográficos de polarización. La acción de estos filtros se basa en el efecto de polarización de las ondas electromagnéticas, así como en los efectos de la rotación del plano de polarización por determinadas sustancias.
El material fotosensible en fotografía no retiene información sobre el plano de polarización de las ondas de radiación electromagnética que inciden sobre él.
Filtro de polarización lineal. Contiene un polarizador que gira en el marco. Su aplicación se basa en que parte de la luz del mundo que nos rodea está polarizada. Todos los rayos que inciden de forma no perpendicular y se reflejan en superficies dieléctricas están parcialmente polarizados. La luz procedente del cielo y de las nubes está parcialmente polarizada. Por lo tanto, al utilizar un polarizador al disparar, el fotógrafo obtiene oportunidad adicional cambios en el brillo y el contraste varias partes Imágenes. Por ejemplo, fotografiar un paisaje en un día soleado utilizando un filtro de este tipo puede dar como resultado un cielo azul oscuro y profundo. Al fotografiar objetos detrás de un cristal, un polarizador le permite eliminar el reflejo del fotógrafo en el cristal.
Para disparar en condiciones de poca luz, se produce Low Light Polarizer, que polariza parcialmente la luz y, por lo tanto, tiene un bajo aumento. Añadiendo dos de estos filtros perpendiculares a sus planos de polarización en lugar de cancelarlos por completo flujo luminoso Se obtienen 2/3 del caudal.
Filtro polarizador circular. Además del polarizador, contiene la llamada “placa de cuarto de onda”, a cuya salida la luz polarizada linealmente se polariza circularmente. Desde el punto de vista del efecto obtenido en la imagen, un polarizador circular no se diferencia de uno lineal. La aparición de estos filtros estuvo condicionada por el desarrollo de los elementos de automatización de las cámaras TTL, que, a diferencia del material fotográfico, dependían de si la luz que incide sobre ellos a través de la lente estaba polarizada. En particular, la luz polarizada linealmente perturba parcialmente el enfoque de fase automático en las cámaras SLR y dificulta la medición de la exposición.
Filtros ND compuestos. Si junta dos polarizadores, cuando los planos de polarización coinciden, dicho filtro tiene la máxima transmisión de luz (y es equivalente a un filtro gris neutro 2x). Con direcciones de polarización perpendiculares y polarizadores ideales, el filtro absorbe completamente el color que incide sobre él. Al elegir el ángulo de rotación, puede cambiar la transmisión de luz de dicho filtro dentro de un rango muy amplio.
Filtros polarizadores de colores compuestos. Consisten en dos filtros polarizadores que se pueden girar, y entre ellos hay una placa que hace girar el plano de polarización de la luz. Debido a que el ángulo de rotación depende de la longitud de onda, en cada posición de los polarizadores, parte del espectro pasa a través de dicho sistema y parte se retrasa. La rotación de los polarizadores entre sí produce un cambio. características espectrales filtrar. Por ejemplo, se producen filtros rojo-verde.
Filtros controlados electrónicamente. Si se utiliza un elemento de cristal líquido como segundo polarizador en el diseño de filtros compuestos, esto le permitirá controlar las propiedades del filtro directamente durante el proceso de disparo.
IV) Consolidación(10 minutos.)
Conversación frontal.
Preguntas para una conversación frontal.
¿Cuál es la diferencia entre luz ordinaria y luz polarizada?
¿Qué son las Polaroid?
¿Cómo transforman la luz los cristales de turmalina y las polaroides?
¿Qué propiedad de la luz indica el fenómeno de polarización?
¿Dónde se puede observar el fenómeno de la polarización en la vida cotidiana y en la tecnología?
¿Dónde y cómo se utiliza el fenómeno de la polarización?
Sugiera su aplicación del fenómeno de polarización.
V) Resumiendo(5 minutos.)
Definamos lo principal que aprendimos hoy en clase:
concepto de polarización de la luz;
Polaroid y sus funciones;
manifestación, aplicación de polarización de la luz.
VI) Tarea(3 minutos)
Respondamos las preguntas: 1. ¿En qué dos tipos se dividen todas las ondas? 2. ¿Qué ondas se llaman longitudinales? 3. ¿Qué ondas se llaman transversales? 4. Lo que oscila transversalmente onda mecanica? 5. ¿Qué tipo de ondas es una onda sonora? 6. ¿Qué tipo de onda es una onda electromagnética? ¿Por qué?
En 1865, Maxwell llegó a la conclusión de que la luz es una onda electromagnética. Uno de los argumentos a favor de esta afirmación es la coincidencia de la velocidad de las ondas electromagnéticas, calculada teóricamente por Maxwell, con la velocidad de la luz determinada experimentalmente (en los experimentos de Roemer y Foucault).
Luz natural La luz es una onda transversal. En un haz de ondas que incide desde una fuente convencional, se producen oscilaciones en todas las direcciones posibles, perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas. Una onda de luz que oscila en todas direcciones, perpendicular a la dirección la distribución se llama natural.
Luz polarizada El cristal de turmalina tiene la capacidad de transmitir ondas de luz con vibraciones que se encuentran en un plano específico. Esta luz se denomina polarizada o, más precisamente, polarizada plana, a diferencia de la luz natural, que también puede denominarse no polarizada.
Polaroid es una película delgada (0,1 mm) de cristales de herapatita aplicada sobre celuloide o placa de vidrio. Películas transparentes (polímeras, monocristalinas, etc.) que convierten la luz no polarizada en luz linealmente polarizada, porque Transmiten luz desde una sola dirección de polarización. Las Polaroid fueron inventadas por el científico estadounidense E. Land en 1932.
Si la luz natural incide en la interfaz entre dos dieléctricos (por ejemplo, aire y vidrio), parte de ella se refleja y otra parte se refracta y se propaga en el segundo medio. Al instalar un analizador (por ejemplo, turmalina) en la trayectoria de los rayos reflejados y refractados, puede asegurarse de que los rayos reflejados y refractados estén parcialmente polarizados: cuando el analizador se gira alrededor de los rayos, la intensidad de la luz aumenta y se debilita periódicamente. (¡No se observa un enfriamiento completo!). Otros estudios demostraron que el haz reflejado está dominado por oscilaciones, planos perpendiculares caídas (en la figura están indicadas por puntos), en refracción - vibraciones, planos paralelos caídas (representadas por flechas).
Probando experimentalmente la polarización de la luz emitida por varias fuentes. Un monitor de cristal líquido produce luz polarizada. Cuando se gira el polarizador, se debilita; cuando se gira 90, se apaga por completo. La emisión de la pantalla de la calculadora también está polarizada. La luz de la pantalla del teléfono móvil está polarizada. La luz reflejada por el vidrio está polarizada. Mira el cristal a través de una Polaroid. Girando la polaroid hacemos que desaparezcan los reflejos.
Luz polarizada en la naturaleza La luz reflejada está polarizada, el deslumbramiento, por ejemplo, cuando se encuentra en la superficie del agua, la luz dispersa del cielo no es más que luz de sol, que ha sufrido múltiples reflejos de las moléculas de aire, refractados en gotas de agua o cristales de hielo. Por tanto, en una determinada dirección del Sol está polarizado. Muchos insectos, a diferencia de los humanos, ven la polarización de la luz. Las abejas y las hormigas, no peores que los vikingos, utilizan esta capacidad para orientarse en los casos en que el Sol está cubierto de nubes. La luz de algunos objetos astronómicos está polarizada. Mayoría ejemplo famoso– La Nebulosa del Cangrejo en la constelación de Tauro. Algunas especies de escarabajos, que tienen un brillo metálico, convierten la luz reflejada por su espalda en luz polarizada circularmente. Así se llama la luz polarizada, cuyo plano de polarización está girado en el espacio en forma helicoidal, hacia la izquierda o hacia la derecha.
Gafas de sol polarizadas y antirreflejos Conducción segura de noche, de día, al atardecer, con niebla e invierno. Las lentes polarizadas eliminan el resplandor del parabrisas, de una carretera mojada, de la nieve, protegen de los faros de los automóviles que vienen en sentido contrario, alivian la fatiga y mejoran la visibilidad en cualquier clima. Son indispensables para los exploradores polares que constantemente tienen que mirar un reflejo deslumbrante. rayos de sol de un campo de nieve helada.
Detección de tensiones en cuerpos transparentes(detección de defectos): Si aparecen tensiones en un material transparente (provocadas por tensiones internas o carga externa), entonces el material comienza a rotar de manera no uniforme el ángulo de polarización. Este efecto es más pronunciado en polímeros que en vidrio. EXPERIENCIA: Sujetar el transparente caja de plástico de un CD entre dos Polaroids. La luz experimenta una polarización no uniforme, que se manifiesta en diferentes intensidades de luz que pasan a través de polarizadores, coloreando el campo de visión en Colores diferentes en luz transmitida. Cuando la caja se dobla o comprime, la intensidad de la luz transmitida cambia y el color de la luz transmitida a través de las Polaroid también cambia. Así se detecta la tensión en muestras transparentes.
Obtención de una imagen estéreo, monitor estéreo Para obtener un efecto de volumen (efecto estéreo), es necesario mostrar a cada ojo su propia imagen, como si diferentes ojos estuvieran mirando el objeto desde diferentes ángulos; todo lo demás nuestro cerebro lo completará y calculará por sí solo. En un monitor estéreo, las filas pares e impares de píxeles de la pantalla deben tener diferentes direcciones de polarización de la luz. Las lentes de las gafas son polarizadores, giradas 90 grados entre sí; solo las líneas pares son visibles a través de una lente de las gafas y las impares a través de la otra. Cada ojo verá sólo la imagen que está destinada a él, por lo que la imagen se vuelve tridimensional.
El principio de funcionamiento de las pantallas LCD El funcionamiento de las pantallas LCD se basa en el fenómeno de polarización del flujo luminoso. Los cristales líquidos son materia orgánica, capaz de girar en un campo eléctrico bajo la influencia del voltaje. Los cristales líquidos tienen propiedades de anisotropía. En particular, dependiendo de la orientación, reflejan y transmiten la luz de forma diferente y rotan su plano de polarización. Un panel de transistores de película delgada parece un sándwich multicapa. Capa cristales líquidos Ubicado entre dos paneles polarizadores. El voltaje hace que los cristales actúen como un obturador, bloqueando o permitiendo el paso de la luz. La intensidad de la luz que pasa a través del polarizador depende del voltaje.
Conclusiones: El cristal de turmalina (Polaroid) convierte la luz natural en luz polarizada plana. La polarización es una de las propiedades ondulatorias de la luz. Varias fuentes Las luces pueden emitir luz tanto polarizada como no polarizada. Se pueden utilizar polaroids para controlar la intensidad de la luz; El fenómeno de la polarización de la luz ocurre en la naturaleza y es ampliamente utilizado en tecnología moderna. La luz es una onda transversal.
