Kuri banga yra išilginė arba skersinė? Skersinės šviesos bangos

Pamokos tikslas

Suformuoti tarp moksleivių sąvoką „natūralus ir poliarizuota šviesa"; pristatyti eksperimentinis įrodymas skersinės šviesos bangos; ištirti poliarizuotos šviesos savybes, parodyti mechaninių, elektromagnetinių ir šviesos bangų poliarizacijos analogiją; pateikti polaroidų naudojimo pavyzdžius.

Šviesos poliarizacijos pamoka yra paskutinė pamoka temoje „Bangų optika“. Šiuo atžvilgiu pamoka naudojant kompiuterinį modeliavimą gali būti struktūrizuota kaip bendra kartojimo pamoka arba dalis pamokos gali būti skirta problemoms temomis „Šviesos trukdžiai“, „Šviesos difrakcija“ spręsti. Siūlome pamokos, kurioje mokomės, modelį nauja medžiaga tema „Šviesos poliarizacija“, o vėliau išmokta medžiaga įtvirtinama kompiuterio modelis. Įjungta šią pamoką lengvai suderinkite tikrą demonstracinę versiją su kompiuterinis modeliavimas, nes polaroidus galima duoti vaikams ir parodyti, kai užgęsta šviesa pasukus vieną iš polaroidų.

Namų darbas: § 74, užduotis Nr.1104, 1105.

Naujos medžiagos paaiškinimas

Interferencijos ir difrakcijos reiškiniai nekelia abejonių, kad sklindanti šviesa turi bangų savybių. Bet kokios bangos – išilginės ar skersinės?

Ilgas laikasįkūrėjai bangų optika Jungas ir Fresnelis tikėjo šviesos bangos išilginis, tai yra panašus į garso bangas. Tuo metu šviesos bangos buvo laikomos elastinės bangos eteryje, kuris užpildo erdvę ir prasiskverbia į visus kūnus. Atrodė, kad tokios bangos negali būti skersinės, nes skersinės bangos gali egzistuoti tik kietame kūne. Bet kaip kūnai gali judėti kietame eteryje nepatirdami pasipriešinimo? Juk eteris neturėtų trukdyti kūnų judėjimui. Priešingu atveju inercijos dėsnis negaliotų.

Tačiau pamažu kaupėsi vis daugiau eksperimentinių faktų, kurių niekaip nepavyko interpretuoti, laikant šviesos bangas išilginėmis.

Eksperimentai su turmalinu

Leiskite mums išsamiai apsvarstyti tik vieną iš eksperimentų, labai paprastą ir veiksmingą. Tai eksperimentas su turmalino kristalais ( skaidrūs kristalaižalia spalva).

Parodykite mokiniams, kad šviesa išsijungia, kai pasukami du polaroidai. Turmalino kristalas turi simetrijos ašį ir priklauso vadinamiesiems vienaašiams kristalams. Paimkime stačiakampę turmalino plokštę, perpjautą taip, kad vienas jos paviršius būtų lygiagretus kristalo ašiai. Jei elektros lempos ar saulės šviesos spindulys paprastai nukreipiamas į tokią plokštę, tai plokštės sukimasis aplink spindulį nesukels per ją sklindančios šviesos intensyvumo pokyčių (žr. pav.). Galima pamanyti, kad šviesa tik iš dalies buvo sugerta turmalino ir įgavo žalsvą spalvą. Daugiau nieko neįvyko. Bet tai netiesa. Šviesos banga įgavo naujų savybių.

Šios naujos savybės aptinkamos, jei spindulys yra priverstas praeiti per antrąjį lygiai tą patį turmalino kristalą (žr. a pav.), lygiagrečiai pirmajai. Esant vienodai nukreiptoms kristalų ašims, vėlgi nieko įdomaus neįvyksta: šviesos spindulys tiesiog dar labiau susilpnėja dėl absorbcijos antrajame kristale. Bet jei antrasis kristalas bus pasuktas, o pirmasis nejudėtų (b pav.), tada jis bus aptiktas nuostabus reiškinys– užgesinti šviesą. Didėjant kampui tarp ašių, šviesos intensyvumas mažėja. O kai ašys viena kitai statmenos, šviesa visai nepraeina (c pav.). Jį visiškai sugeria antrasis kristalas. Kaip tai galima paaiškinti?

Skersinės šviesos bangos

Iš aukščiau aprašytų eksperimentų išplaukia du faktai: pirma, kad iš šviesos šaltinio sklindanti šviesos banga yra visiškai simetriška sklidimo krypčiai (pirmame eksperimente kristalą sukant aplink spindulį, jo intensyvumas nepasikeitė ) ir, antra, kad banga, kylanti iš pirmojo kristalo, neturi ašinė simetrija(priklausomai nuo antrojo kristalo sukimosi spindulio atžvilgiu, gaunamas vienoks ar kitoks skleidžiamos šviesos intensyvumas).

Išilginės bangos turi visišką simetriją sklidimo krypties atžvilgiu (šia kryptimi vyksta virpesiai, ir tai yra bangos simetrijos ašis). Todėl eksperimento su antrosios plokštės sukimu neįmanoma paaiškinti, laikant šviesos bangą išilgine.

Pilnas paaiškinimas patirties galima įgyti darant dvi prielaidas.

Pirmoji prielaida susijusi su pačia šviesa. Šviesa yra skersinė banga. Tačiau iš įprasto šaltinio krentančiame bangų pluošte vyksta virpesiai visomis įmanomomis kryptimis, statmenai bangų sklidimo krypčiai (žr. pav.).

Parodykite tai natūrali šviesa turi vibracijas visose plokštumose.

Remiantis šia prielaida, šviesos banga turi ašinę simetriją, o tuo pat metu yra skersinė. Pavyzdžiui, bangos vandens paviršiuje neturi tokios simetrijos, nes vandens dalelių virpesiai vyksta tik vertikalioje plokštumoje.

Šviesos banga, kuri svyruoja į visas puses, statmenai krypčiai pasiskirstymas vadinamas natūraliu. Šis pavadinimas yra pagrįstas, nes įprastomis sąlygomis šviesos šaltiniai sukuria būtent tokią bangą. Ši prielaida paaiškina pirmojo eksperimento rezultatą. Turmalino kristalo sukimasis nekeičia skleidžiamos šviesos intensyvumo, nes krintanti banga turi ašinę simetriją (nepaisant to, kad ji yra skersinė).

Antroji prielaida, kurią reikia padaryti, yra apie kristalą. Turmalino kristalas turi galimybę perduoti šviesos bangas su vibracijomis, esančiomis vienoje konkrečioje plokštumoje (paveikslėlyje P plokštuma).

Kompiuteriniame modelyje „Maluso įstatymas“

Parodykite, kad turmalino kristalas turi tik vieną šviesos vibracijos plokštumą. Sukant poliarizatorių ir analizatorių, galima parodyti, kad perduodamos šviesos intensyvumas kinta maksimali vertė iki nulio. Norint užgesinti šviesą, kampas tarp polaroidinių ašių turi būti 90°. Jei polaroidų ašys yra lygiagrečios, tai antrasis poliaroidas perduoda visą šviesą, kuri praėjo per pirmąjį.

Tokia šviesa vadinama poliarizuota arba, tiksliau, plokštuma poliarizuota, priešingai nei natūrali šviesa, kuri taip pat gali būti vadinama nepoliarizuotas. Ši prielaida visiškai paaiškina antrojo eksperimento rezultatus. Iš pirmojo kristalo atsiranda plokštumos poliarizuota banga. Su sukryžiuotais kristalais (kampas tarp ašių yra 90°) jis nepraeina per antrąjį kristalą. Jei kristalų ašys sudaro tam tikrą kampą, kuris skiriasi nuo 90°, tada atsiranda svyravimai, kurių amplitudė yra lygi bangos, einančios per pirmąjį kristalą, amplitudės projekcijai į kristalo ašies kryptį. antrasis kristalas.

Taigi, turmalino kristalas natūralią šviesą paverčia plokštumoje poliarizuota šviesa.

Mechaninis eksperimentų su turmalinu modelis

Sukonstruoti paprastą vizualinį mechaninį nagrinėjamo reiškinio modelį nesunku. Guminėje virvelėje galite sukurti skersinę bangą, kad vibracijos greitai pakeistų kryptį erdvėje. Tai natūralios šviesos bangos analogas. Dabar perkiškime laidą per siaurą medinę dėžę (žr. pav.). Iš vibracijų visomis įmanomomis kryptimis dėžutė „parenka“ vibracijas vienoje konkrečioje plokštumoje. Todėl iš dėžutės išeina poliarizuota banga.

Jei jos kelyje yra dar viena lygiai tokia pati dėžė, bet pasukta 90°, palyginti su pirmąja, tai vibracijos per ją nepraeina. Banga visiškai užgeso.

Jei biure turite mechaninį poliarizacijos modelį, galite jį pademonstruoti. Jei tokio modelio nėra, tai šį modelį galima iliustruoti video filmo „Poliarizacija“ fragmentais.

Polaroidai

Ne tik turmalino kristalai gali poliarizuoti šviesą. Pavyzdžiui, vadinamieji polaroidai turi tą pačią savybę. Polaroidas yra plona (0,1 mm) herapatito kristalų plėvelė, uždedama ant celiulioido arba stiklo plokštės. Su polaroidu galite atlikti tuos pačius eksperimentus kaip ir su turmalino kristalu. Polaroidų pranašumas yra tas, kad jie gali sukurti didelius paviršius, poliarizuojančius šviesą. Polaroidų trūkumai apima violetinis atspalvis, kurią jie suteikia baltai šviesai.

Tiesioginiai eksperimentai įrodė, kad šviesos banga yra skersinė. Poliarizuotoje šviesos bangoje vibracijos vyksta griežtai apibrėžta kryptimi.

Apibendrinant, galime pasvarstyti apie poliarizacijos panaudojimą technikoje ir šią medžiagą iliustruoti vaizdo filmo „Poliarizacija“ fragmentais.

Pamokos tikslas: susidaryti idėją apie šviesos bangas kaip skersines; Šviesos bangų virpesiai griežtai apibrėžta kryptimi poliarizuoja šviesą.

Per užsiėmimus

1. Namų darbų tikrinimas naudojant individualias apklausas

A) Kodėl dėl įstatymų geometrinė optika Ar yra taikymo ribos?

B) Kas yra optinių prietaisų skiriamoji geba?

K) Kas yra difrakcinė gardelė?

D) Gauti bangų maksimumų susidarymo formulę.

E) Užduotis 1096. Spektro centre bet kokiam bangos ilgiui tenkinama maksimalaus apšvietimo sąlyga.

E) Uždavinys 1097. Grotelės su didelis skaičius smūgiai per 1 mm.

2.Naujos medžiagos mokymasis

Pastebėję trukdžius ir difrakciją, bangų optikos įkūrėjai (Jungas ir Fresnelis) manė, kad šviesos bangos yra išilginės (kaip garso bangos). Buvo tikima, kad eteris užpildo visą erdvę, prasiskverbia į visus kūnus, o eteryje sklinda elastingos išilginės šviesos bangos. Kadangi skersinės bangos gali sklisti tik į kietosios medžiagos. Tačiau daugelis mokslininkų tyrimų nebuvo paaiškinti, jei laikytume šviesos bangas išilginėmis.

Eksperimentai su turmalinu.

Apsvarstykite eksperimentą su turmalino kristalais, kuris įrodė, kad šviesos banga yra Skersinis.

Vienas iš turmalino plokštelės paviršių (žalias kristalas) yra lygiagreti kristalo ašiai. Kai apšviečiama lėkštė, nieko nevyksta, tik šviesa šiek tiek susigeria ir pasidaro žalsva.

Nuostabios savybės atsiskleis, jei šviesa praeis pro kitą panašų kristalą lygiagrečiai pirmajam.

Kai kristalų ašys nukreiptos vienodai, šviesos spindulys dėl sugerties tiesiog tampa silpnesnis. Jei antroji plokštelė pasukama, paliekant pirmąją nejudančią, tada Šviesos išjungimas. Iš pradžių šviesa tampa silpnesnė, o kai kristalų ašys yra statmenos viena kitai, šviesą visiškai sugeria antroji turmalino plokštelė. Šviesos bangų skersiškumas.

Padarius dvi prielaidas, buvo galima paaiškinti patirtį su turmalino plokštelėmis.

Pirmas spėjimas:šviesos banga – skersinė; Šviesa iš šaltinio turi vibracijas įvairiomis kryptimis, statmenomis bangų sklidimo krypčiai.

Iš šios prielaidos išplaukia: šviesos banga yra skersinė, nors turi ašinę simetriją (išilginių bangų savybę).

Vadinama šviesos banga, kurios virpesiai visomis kryptimis statmeni sklidimo krypčiai Natūralus.

Antras spėjimas: Turmalino kristalas perduoda šviesos virpesius, esančius vienoje konkrečioje plokštumoje.

Tai poliarizuota arba plokštuminė poliarizuota šviesa. Natūrali šviesa gali būti vadinama nepoliarizuota. Tai reiškia, kad turmalinas natūralią šviesą paverčia plokštumoje poliarizuota šviesa.

Mechaninis eksperimentų su turmalinu modelis.

Paprastas mechaninis modelis padeda suprasti turmalino plokštės vaidmenį poliarizuojant šviesą.

Gumos virvelėje sukuriama skersinė banga, kaip natūralios šviesos bangos analogas. Jei tokią bangą perleisite per siaurą dėžę, tai iš visų svyravimų išsiskirs svyravimas vienoje plokštumoje. Perėjus pro dėžutę, gaunama poliarizuota banga. Kita jo kelyje esanti dėžė, pasukta 90⁰, palyginti su pirmąja, nepraleidžia vibracijos. Bangos užgęsta.

Polaroidai.

Herapatito kristalų plėvelės (0,1 mm storio), kurios dedamos ant stiklo ar celiulioido, kad susidarytų polaroidai, pasižymi panašiomis savybėmis kaip turmalinas. Polaroidai gali būti naudojami dideliems paviršiams, poliarizuojantiems šviesą, gaminti. Polaroidų trūkumas: purpurinis atspalvis, kurį jie suteikia baltai šviesai.

Elektromagnetinė šviesos teorija.

Elektromagnetinė šviesos teorija prasidėjo nuo D. Maxwello darbų, kurie teoriškai įrodė, kad jie egzistuoja, kad elektromagnetinių ir šviesos bangų greitis yra vienodas.

Maxwello darbas įrodė šviesos bangų skersinį pobūdį.

G. Hertzas eksperimentiškai atrado elektromagnetines bangas, išmatavo jų greitį – tai pirmasis eksperimentinis patvirtinimas elektromagnetinė šviesos teorija.

1 skaidrė


ŠVIESOS BANGŲ SKERSPA. ŠVIESOS POLARIZACIJA Poliarizuotoje šviesoje mus supantis pasaulis atrodo visiškai kitaip. Piešimo liniuotė iš skaidraus plastiko pasirodo nupiešta fantastiškomis spalvotomis juostelėmis. Celofano gabalėliai tarp sukryžiuotų polaroidų virsta ryškiaspalviais vitražais. Fizikos mokytojas, savivaldybės švietimo įstaigos 5 vidurinė mokykla, Baltiyskas, Kaliningrado sritis Sineva K. M.

2 skaidrė


Interferencijos ir difrakcijos reiškiniai nekelia abejonių, kad sklindanti šviesa turi bangų savybių. Bet kokios bangos – išilginės ar skersinės? Ilgą laiką bangų optikos įkūrėjai Youngas ir Fresnelis šviesos bangas laikė išilginėmis, t.y., panašiomis į garso bangas. Tuo metu šviesos bangos buvo laikomos elastingomis bangomis eteryje, užpildančiomis erdvę ir prasiskverbiančiomis į visus kūnus. Atrodė, kad tokios bangos negali būti skersinės, nes skersinės bangos gali egzistuoti tik kietame kūne. Bet kaip kūnai gali judėti kietame eteryje nepatirdami pasipriešinimo? Juk eteris neturėtų trukdyti kūnų judėjimui. Priešingu atveju inercijos dėsnis negaliotų. Tačiau pamažu kaupėsi vis daugiau eksperimentinių faktų, kurių niekaip nepavyko interpretuoti, laikant šviesos bangas išilginėmis.

3 skaidrė


Eksperimentai su turmalinu Išsamiai panagrinėkime tik vieną iš eksperimentų, labai paprastą ir nepaprastai veiksmingą. Tai eksperimentas su turmalino kristalais (skaidriais žaliais kristalais). Turmalino kristalas turi simetrijos ašį ir priklauso vadinamiesiems vienaašiams kristalams. Paimkime stačiakampę turmalino plokštę, perpjautą taip, kad vienas jos paviršius būtų lygiagretus kristalo ašiai. Jei į tokią plokštę įprastai nukreipiamas elektros lempos ar saulės šviesos spindulys, tai sukant plokštę aplink spindulį šviesos, einančios per ją, intensyvumas nepasikeis. Galima pamanyti, kad šviesa tik iš dalies buvo sugerta turmalino ir įgavo žalsvą spalvą. Daugiau nieko neįvyko. Bet tai netiesa. Šviesos banga įgavo naujų savybių.

4 skaidrė


Šios naujos savybės atsiskleidžia, jei spindulys yra priverstas pereiti per antrą lygiai tokį patį turmalino kristalą (35 pav., a), lygiagrečiai pirmajam. Esant vienodai nukreiptoms kristalų ašims, vėlgi nieko įdomaus neįvyksta: šviesos spindulys tiesiog dar labiau susilpnėja dėl absorbcijos antrajame kristale. Bet jei antrasis kristalas bus pasuktas, palikdamas pirmąjį nejudantį, tada atsiskleis nuostabus reiškinys – šviesos užgesimas. Didėjant kampui tarp ašių, šviesos intensyvumas mažėja. O kai ašys viena kitai statmenos, šviesa visai nepraeina. Jį visiškai sugeria antrasis kristalas. Kaip tai galima paaiškinti?

5 skaidrė


Šviesos bangų skersiškumas Iš aukščiau aprašytų eksperimentų išplaukia du faktai: pirma, kad iš šviesos šaltinio sklindanti šviesos banga yra visiškai simetriška sklidimo krypčiai (kai kristalas buvo sukamas aplink spindulį pirmame eksperimente, intensyvumas nepasikeitė) ir, antra, kad banga , kylanti iš pirmojo kristalo, neturi ašinės simetrijos (priklausomai nuo antrojo kristalo sukimosi pluošto atžvilgiu, gaunamas vienoks ar kitoks skleidžiamos šviesos intensyvumas). Išilginės bangos turi visišką simetriją sklidimo krypties atžvilgiu (šia kryptimi vyksta virpesiai, ir tai yra bangos simetrijos ašis). Todėl eksperimento su antrosios plokštės sukimu paaiškinti neįmanoma, laikant šviesos bangą išilgine.

6 skaidrė


Išsamų eksperimento paaiškinimą galima gauti darant dvi prielaidas. Pirmoji prielaida susijusi su pačia šviesa. Šviesa yra skersinė banga. Tačiau bangų pluošte, krentančiame iš įprasto šaltinio, yra svyravimų visomis įmanomomis kryptimis, statmenomis bangų sklidimo krypčiai.

7 skaidrė


Remiantis šia prielaida, šviesos banga turi ašinę simetriją, o tuo pat metu yra skersinė. Pavyzdžiui, bangos vandens paviršiuje neturi tokios simetrijos, nes vandens dalelių virpesiai vyksta tik vertikalioje plokštumoje. Šviesos banga, kuri svyruoja visomis kryptimis statmenai sklidimo krypčiai, vadinama natūraliąja. Šis pavadinimas yra pagrįstas, nes įprastomis sąlygomis šviesos šaltiniai sukuria būtent tokią bangą. Ši prielaida paaiškina pirmojo eksperimento rezultatą. Turmalino kristalo sukimasis nekeičia skleidžiamos šviesos intensyvumo, nes krintanti banga turi ašinę simetriją (nepaisant to, kad ji yra skersinė).

8 skaidrė


9 skaidrė


Antroji prielaida, kurią reikia padaryti, yra apie kristalą. Turmalino kristalas turi galimybę perduoti šviesos bangas su vibracijomis, gulinčiomis vienoje konkrečioje plokštumoje (plokštuma P 37 pav.). Tokia šviesa vadinama poliarizuota arba, tiksliau, plokštuma poliarizuota, priešingai nei natūrali šviesa, kurią galima vadinti ir nepoliarizuota. Ši prielaida visiškai paaiškina antrojo eksperimento rezultatus. Iš pirmojo kristalo atsiranda plokštumos poliarizuota banga. Su sukryžiuotais kristalais (kampas tarp ašių yra 90°) jis nepraeina per antrąjį kristalą. Jei kristalų ašys sudaro kitokį nei 90° kampą. tada praeina virpesiai, kurių amplitudė lygi bangos, einančios per pirmąjį kristalą, amplitudės projekcijai į antrojo kristalo ašies kryptį.

10 skaidrė


Tiesioginiai eksperimentai įrodė, kad šviesos banga yra skersinė. Poliarizuotoje šviesos bangoje vibracijos vyksta griežtai apibrėžta kryptimi.

11 skaidrė


LCD veikimas pagrįstas poliarizacijos reiškiniu šviesos srautas. Yra žinoma, kad vadinamieji polaroidiniai kristalai gali perduoti tik tą šviesos komponentą – vektorių. elektromagnetinė indukcija kuri yra plokštumoje, lygiagrečioje poliaroido optinei plokštumai. Likusią šviesos srauto dalį Polaroid bus nepermatomas. Tokiu būdu Polaroid "sijoja" šviesą. Šis efektas vadinamas šviesos poliarizacija. Kada jie buvo studijuoti? skystos medžiagos, kurių ilgosios molekulės jautrios elektrostatiniams ir elektromagnetinis laukas ir gali poliarizuoti šviesą, tapo įmanoma valdyti poliarizaciją. Šie amorfinės medžiagos dėl jų panašumo į kristalinės medžiagos Dėl savo elektrooptinių savybių, taip pat gebėjimo įgauti indo formą, jie buvo vadinami skystaisiais kristalais.

12 skaidrė


Poliarizuojantis filtras veikia panašiai kaip grotelės su ilgomis, labai siauromis skylėmis. Jis perduoda tik tas bangas, kurios svyruoja šios grotelės kryptimi. Visos kitos bangos, svyruojančios kitomis kryptimis, yra blokuojamos. Visos bangos, einančios per groteles, svyruoja ta pačia kryptimi – šviesa „poliarizuojasi“. Šviesos poliarizacija gali būti skirtinga – tai priklauso nuo saulės šviesos kampo. Šis kampas keičiasi priklausomai nuo jūsų buvimo vietos pasaulyje ir paros laiko. Kai saulė yra tiesiai virš galvos, poveikis yra mažiau ryškus nei tada, kai saulė yra netoli horizonto. Labai įspūdingų rezultatų galima pasiekti saulei beveik nusileidus žemiau horizonto.

13 skaidrė


Tai įdomu. Paieška tinkamų gyventi planetų Vaivorykštės gali padėti netoliese esančioms žvaigždėms, rašo ABC, remdamasi žurnalu Astrobiology. Spektrinis skilimasšviesa gali būti patikimas buvimo rodiklis skystas vanduo, būtinas antžeminei gyvybei formuotis. Astrobiologas Jeremy Bailey iš Australijos Macquarie universiteto paaiškina, kad tyrinėdami planetas mokslininkai daugiausia dėmesio skirs šviesos poliarizacijai. fizinis reiškinys, panašus į jo skilimą, kai atsiranda vaivorykštė kaip tokia. Poliarizacijos kampo nustatymas leidžia labai tiksliai nustatyti šviesą laužančio skysčio sudėtį. Taip buvo nustatyta Veneros debesų sudėtis, kur šviesa prasiskverbė pro koncentruotos sieros rūgšties lašus. Poliarimetrinius tyrimus mokslininkai laiko kaip papildomas metodas spektroskopijai - pagrindinis ekstrasaulinių planetų tyrimo metodas, leidžiantis gauti duomenis apie jų sudėtį, tačiau neleidžiantis nustatyti, ar ant jų yra vandens. dangaus kūnas skystoje arba dujinėje būsenoje.

Peržiūrėkite visas skaidres

O difrakcijos nekelia abejonių, kad sklindanti šviesa turi bangų savybių. Bet kokie nuliai – išilginiai ar skersiniai?

Ilgą laiką bangų optikos įkūrėjai Youngas ir Fresnelis šviesos bangas laikė išilginėmis, t.y., panašiomis į garso bangas. Tuo metu šviesos bangos buvo laikomos elastingomis bangomis eteryje, užpildančiomis erdvę ir prasiskverbiančiomis į visus kūnus. Tokios bangos, atrodė, negali būti skersinės, nes skersinės bangos, remiantis to meto pažiūromis, gali egzistuoti tik kietame kūne. Bet kaip kūnai gali judėti kietame eteryje nepatirdami pasipriešinimo? Juk eteris neturėtų trukdyti kūnų judėjimui. Priešingu atveju inercijos dėsnis negaliotų.

Tačiau pamažu kaupėsi vis daugiau eksperimentinių faktų, kurių niekaip nepavyko interpretuoti, laikant šviesos bangas išilginėmis.

Eksperimentai su turmalinu. Leiskite mums išsamiai apsvarstyti vieną iš šių eksperimentų, labai paprastą ir veiksmingą. Tai eksperimentas su turmalino kristalais (skaidriais žaliais kristalais).

Turmalino kristalas priklauso vadinamiesiems vienaašiams kristalams. Paimkime stačiakampę turmalino plokštę, perpjautą taip, kad vienas jos paviršius būtų lygiagretus kristalo ašiai. Jei elektros lempos arba saulės šviesos spindulys yra nukreiptas įprastai į tokią plokštę, tai plokštelės sukimasis aplink spindulį nesukels per ją einančio intensyvumo pokyčių (8.60 pav.). Galima pamanyti, kad šviesa tik iš dalies buvo sugerta turmalino ir įgavo žalsvą spalvą. Atrodo, kad daugiau nieko neįvyko. Bet tai netiesa. Šviesos banga parodė naujas savybes.

Šios naujos savybės atsiranda, jei šviesos spindulys yra priverstas pereiti per antrą lygiai tokį patį turmalino kristalą (8.61 pav., a), lygiagrečiai pirmajam. Esant vienodai nukreiptoms kristalų ašims, vėlgi nieko įdomaus neįvyksta: šviesos spindulys tiesiog dar labiau susilpnėja dėl absorbcijos antrajame kristale. Bet jei antrasis kristalas bus pasuktas, palikdamas pirmąjį nejudantį (8.61 pav., b), tada atsiskleis nuostabus reiškinys – šviesos užgesimas. Didėjant kampui tarp ašių, šviesos intensyvumas mažėja. O kai ašys viena kitai statmenos, šviesa visai nepraeina (8.61 pav., c). Jį visiškai sugeria antrasis kristalas. Kaip tai galima paaiškinti?

Šviesos bangų skersiškumas. Iš aukščiau aprašytų eksperimentų daromos dvi išvados: pirma, iš sklindanti šviesos banga sklidimo krypties atžvilgiu yra visiškai simetriška (pirmame eksperimente sukantis kristalą aplink spindulį, jo intensyvumas nepasikeitė); antra, banga, kylanti iš pirmojo kristalo, neturi ašinės simetrijos (priklausomai nuo antrojo kristalo sukimosi pluošto atžvilgiu, keičiasi perduodamos šviesos intensyvumas).

Išilginės bangos turi visišką simetriją sklidimo krypties atžvilgiu (šia kryptimi vyksta virpesiai, ir tai yra bangos simetrijos ašis). Todėl neįmanoma paaiškinti eksperimento su antrosios plokštės įstrigimu, laikant šviesos bangą išilgine.

Išsamų eksperimento paaiškinimą galima gauti darant dvi prielaidas.

Pirmoji prielaida susijusi su pačia šviesa. Šviesa yra skersinė banga. Šviesos bangų pluošte, krintančiame iš įprasto šaltinio, svyravimai vyksta visomis įmanomomis kryptimis, statmenai bangų sklidimo krypčiai (8.62 pav.).

Remiantis šia prielaida, šviesos banga turi ašinę simetriją, o tuo pat metu yra skersinė. Pavyzdžiui, bangos vandens paviršiuje neturi tokios simetrijos, nes vandens dalelių virpesiai vyksta tik vertikalioje plokštumoje.

Šviesos srautas, kuriame virpesiai vyksta visomis bangos sklidimo krypčiai statmenomis kryptimis, vadinamas natūrali šviesa. Šis pavadinimas yra pagrįstas, nes įprastomis sąlygomis šviesos šaltiniai skleidžia tokį srautą. Ši prielaida paaiškina pirmojo eksperimento rezultatą. Turmalino kristalo sukimasis nekeičia skleidžiamos šviesos intensyvumo, nes krintanti banga turi ašinę simetriją (nepaisant to, kad ji yra skersinė).

Antroji prielaida taikoma ne šviesos bangai, o kristalui. Turmalino kristalas turi galimybę perduoti šviesos bangas su vibracijomis, vykstančiomis vienoje konkrečioje plokštumoje (plokštuma P 8.63 pav.). Tokia šviesa vadinama poliarizuota arba, tiksliau, plokštuma poliarizuota, priešingai nei natūrali šviesa, kurią galima vadinti ir nepoliarizuota.

Ši prielaida visiškai paaiškina antrojo eksperimento rezultatus. Iš pirmojo kristalo atsiranda plokštumos poliarizuota banga. Su sukryžiuotais kristalais (kampas tarp jų ašių yra 90°) jis nepraeina per antrąjį kristalą. Jei kristalų ašys sudaro tam tikrą kampą, kuris skiriasi nuo 90°, tada atsiranda svyravimai, kurių amplitudė yra lygi bangos, einančios per pirmąjį kristalą, amplitudės projekcijai į kristalo ašies kryptį. antrasis kristalas.

Taigi, turmalino kristalas natūralią šviesą paverčia plokštumoje poliarizuota šviesa.

Mechaninis eksperimentų su turmalinu modelis. Sukonstruoti paprastą vizualinį mechaninį nagrinėjamo reiškinio modelį nesunku. Galima gauti skersinę bangą guminiame virvele, kad vibracijos greitai pakeistų kryptį erdvėje. Tai natūralios šviesos bangos analogas. Dabar laidą perveskime per siaurą medinę dėžę (8.64 pav.). Iš vibracijų visomis įmanomomis kryptimis dėžutė „parenka“ vibracijas vienoje konkrečioje plokštumoje. Todėl iš dėžutės išeina poliarizuota banga. Jei jos kelyje yra dar viena lygiai tokia pati dėžė, bet pasukta 90°, palyginti su pirmąja, tai vibracijos per ją nepraeina. Banga visiškai užgeso.

Polaroidai. Ne tik turmalino kristalai gali poliarizuoti šviesą. Pavyzdžiui, vadinamieji polaroidai turi tą pačią savybę. Polaroidas yra plona (0,1 mm) herapatito kristalų plėvelė, uždedama ant celiulioido arba stiklo plokštės. Su polaroidu galima atlikti tuos pačius eksperimentus kaip ir su turmalino kristalu. Polaroidų pranašumas yra tas, kad galima gauti didelius paviršius, poliarizuojančius šviesą. Polaroidų trūkumas yra purpurinis atspalvis, kurį jie suteikia baltai šviesai.

Tiesioginiai eksperimentai įrodė, kad šviesos banga yra skersinė. Poliarizuotoje šviesos bangoje vibracijos vyksta griežtai apibrėžta skersine kryptimi.

Kuo skiriasi natūrali šviesa nuo poliarizuotos šviesos?

Atsakykime į klausimus: 1. Į kokius du tipus skirstomos visos bangos? 2. Kokios bangos vadinamos išilginėmis? 3. Kokios bangos vadinamos skersinėmis? 4. Kas svyruoja skersinėje mechaninėje bangoje? 5. Kokiam bangų tipui jis priklauso? garso banga? 6. Kokio tipo banga yra elektromagnetinė banga? Kodėl?

1865 m. Maxwellas padarė išvadą, kad šviesa yra elektromagnetinė banga. Vienas iš argumentų šiam teiginiui – greičio sutapimas elektromagnetines bangas, teoriškai apskaičiavo Maxwellas, o šviesos greitis buvo nustatytas eksperimentiniu būdu (Roemerio ir Foucault eksperimentuose).

Natūrali šviesa Šviesa yra skersinė banga. Iš įprasto šaltinio krentančiame bangų pluošte vyksta svyravimai visomis įmanomomis kryptimis, statmenai bangų sklidimo krypčiai. Šviesos banga, kuri svyruoja visomis kryptimis statmenai sklidimo krypčiai, vadinama natūraliąja.

Poliarizuota šviesa Turmalino kristalas turi galimybę perduoti šviesos bangas su vibracijomis, esančiomis vienoje konkrečioje plokštumoje. Tokia šviesa vadinama poliarizuota arba, tiksliau, plokštuma poliarizuota, priešingai nei natūrali šviesa, kurią galima vadinti ir nepoliarizuota.

Polaroidas yra plona (0,1 mm) herapatito kristalų plėvelė, uždedama ant celiulioido arba stiklo plokštės. Skaidrios plėvelės (polimerinės, monokristalinės ir kt.), kurios nepoliarizuotą šviesą paverčia tiesiškai poliarizuota šviesa, nes Jie perduoda šviesą tik iš vienos poliarizacijos krypties. Polaroidus išrado amerikiečių mokslininkas E. Landas 1932 m.

Jei natūrali šviesa patenka į dviejų dielektrikų (pavyzdžiui, oro ir stiklo) sąsają, dalis jos atsispindi, o dalis lūžta ir sklinda antroje terpėje. Atsispindėjusių ir lūžusių spindulių kelyje sumontavę analizatorių (pavyzdžiui, turmaliną), galite įsitikinti, kad atsispindėję ir lūžę spinduliai yra dalinai poliarizuoti: sukant analizatorių aplink spindulius, šviesos intensyvumas periodiškai sustiprėja ir susilpnėja. (visiškas gesinimas nepastebimas!). Tolesni tyrimai parodė, kad atspindėtame spindulyje vyrauja virpesiai, statmenos plokštumos kritimai (paveiksle jie pažymėti taškais), lūžę - vibracijos, lygiagrečios plokštumos kritimai (pavaizduoti rodyklėmis).

Eksperimentinis įvairių šaltinių skleidžiamos šviesos poliarizavimo bandymas Skystųjų kristalų monitorius sukuria poliarizuotą šviesą. Kai poliarizatorius pasukamas, jis susilpnėja, kai pasukamas 90, jis visiškai užgęsta. Skaičiuotuvo ekrano spinduliuotė taip pat yra poliarizuota. Ekrano šviesa poliarizuota Mobilusis telefonas. Nuo stiklo atsispindinti šviesa yra poliarizuota. Pažvelkite į stiklą per polaroidą. Sukdami Polaroid dingsta akinimas.

Poliarizuota šviesa gamtoje Atsispindėjusi šviesa yra poliarizuota, akinimas, pavyzdžiui, gulintis ant vandens paviršiaus, Išsklaidyta dangaus šviesa yra ne kas kita saulės šviesa, kuris patyrė daugybę atspindžių nuo oro molekulių, lūžusių vandens lašeliuose ar ledo kristaluose. Todėl tam tikra kryptimi nuo Saulės jis yra poliarizuotas. Daugelis vabzdžių, skirtingai nei žmonės, mato šviesos poliarizaciją. Bitės ir skruzdėlės, ne blogiau nei vikingai, naudojasi šia galimybe naršyti tais atvejais, kai Saulę dengia debesys. Kai kurių astronominių objektų šviesa yra poliarizuota. Dauguma garsus pavyzdys– Krabo ūkas Tauro žvaigždyne. Kai kurios vabalų rūšys, turinčios metalinį blizgesį, paverčia šviesą, atsispindinčią nuo jų nugaros, į apskrito poliarizuotą šviesą. Taip vadinama poliarizuota šviesa, kurios poliarizacijos plokštuma erdvėje susukta spiraliniu būdu, į kairę arba į dešinę.

Poliarizuoti ir nuo akinimo akiniai nuo saulės Saugus vairavimas naktį, dieną, prieblandoje, rūke ir žiemą. Poliarizuoti lęšiai pašalina akinimą nuo priekinio stiklo, nuo šlapio kelio, nuo sniego, apsaugo nuo atvažiuojančių automobilių žibintų, mažina nuovargį ir pagerina matomumą bet kokiu oru. Jie yra būtini poliariniams tyrinėtojams, kurie nuolat turi žiūrėti į akinamą atspindį saulės spinduliai iš ledinio sniego lauko.

Įtampos aptikimas skaidrūs kūnai(trūkumo aptikimas): jei įtempimai atsiranda skaidrioje medžiagoje (sukeliantys vidinius įtempius arba išorinė apkrova), tada medžiaga pradeda netolygiai sukti poliarizacijos kampą. Šis efektas yra ryškesnis polimeruose nei stikle. PATIRTIS: Užfiksuokite skaidrų plastikinė dėžė iš kompaktinio disko tarp dviejų polaroidų. Šviesa patiria nevienodą poliarizaciją, kuri pasireiškia skirtingo intensyvumo šviesa, praeinančia per poliarizatorius, nuspalvindama matymo lauką. skirtingos spalvos praleidžiamoje šviesoje. Lenkiant ar suspaudžiant dėžutę keičiasi sklindančios šviesos intensyvumas, taip pat keičiasi ir per polaroidus perduodamos šviesos spalva. Taip skaidriuose mėginiuose aptinkamas stresas.

Stereo vaizdo gavimas, stereo monitorius Norint gauti garsumo efektą (stereo efektą), reikia kiekvienai akiai parodyti savo vaizdą, tarsi skirtingos akys žiūrėtų į objektą skirtingais kampais; visa kita mūsų smegenys užbaigs ir apskaičiuos pačios. Stereofoniniame monitoriuje lygios ir nelyginės pikselių eilės ekrane turi turėti skirtingas šviesos poliarizacijos kryptis. Akinių lęšiai yra poliarizatoriai, vienas kito atžvilgiu pasukti 90 laipsnių kampu – per vieną akinių lęšį matomos tik lygios linijos, o per kitą – nelyginės. Kiekviena akis matys tik jai skirtą paveikslėlį, todėl vaizdas tampa trimatis.

LCD ekranų veikimo principas LCD ekranų veikimas pagrįstas šviesos srauto poliarizacijos reiškiniu. Skystieji kristalai yra organinės medžiagos, galintis suktis elektriniame lauke veikiamas įtampos. Skystieji kristalai turi anizotropinių savybių. Visų pirma, priklausomai nuo orientacijos, jie skirtingai atspindi ir perduoda šviesą bei sukasi jos poliarizacijos plokštumą. Plonasluoksnė tranzistoriaus plokštė atrodo kaip daugiasluoksnis sumuštinis. Sluoksnis skystieji kristalai yra tarp dviejų poliarizacinių plokščių. Dėl įtampos kristalai veikia kaip užraktas, blokuoja arba leidžia šviesą. Šviesos, praeinančios per poliarizatorių, intensyvumas priklauso nuo įtampos.

Išvados: Turmalino kristalas (Polaroid) natūralią šviesą paverčia plokštumoje poliarizuota šviesa. Poliarizacija yra viena iš bangų savybės Sveta. Įvairių šaltiniųŠviesos gali skleisti tiek poliarizuotą, tiek nepoliarizuotą šviesą. Šviesos intensyvumui valdyti galima naudoti polaroidus; Šviesos poliarizacijos reiškinys atsiranda gamtoje ir yra plačiai naudojamas moderni technologija. Šviesa yra skersinė banga.