Hangi dalga ışık boyuna veya eninedir? Enine ışık dalgaları

Dersin amacı

Okul çocukları arasında “doğal ve polarize ışık"; tanıştırmak deneysel kanıt enine ışık dalgaları; polarize ışığın özelliklerini incelemek, mekanik, elektromanyetik ve ışık dalgalarının polarizasyonu arasındaki analojiyi göstermek; polaroid kullanımına ilişkin örnekleri rapor edin.

Işığın polarizasyonu dersi “Dalga Optiği” konusundaki son derstir. Bu bağlamda bilgisayar modellemeyi kullanan bir ders genel bir tekrar dersi olarak yapılandırılabilir veya dersin bir kısmı “Işığın Girişimi”, “Işığın Kırınımı” konularındaki problemlerin çözümüne ayrılabilir. Çalıştığımız bir dersin modelini sunuyoruz yeni malzeme“Işığın Polarizasyonu” konusu üzerine çalışılır ve ardından öğrenilen materyal pekiştirilir. bilgisayar modeli. Açık bu ders gerçek bir demoyu kolayca birleştirin bilgisayar modelleme, çünkü polaroidler çocuklara verilebilir ve polaroidlerden biri açıldığında ışık söndüğünde gösterilebilir.

Ödev: § 74, görev No. 1104, 1105.

Yeni malzemenin açıklaması

Girişim ve kırınım olgusu, yayılan ışığın dalga özelliklerine sahip olduğu konusunda şüpheye yer bırakmıyor. Peki ne tür dalgalar - boyuna mı yoksa enine mi?

Uzun zaman kurucular dalga optiği Jung ve Fresnel inanıyordu ışık dalgaları boyuna, yani ses dalgalarına benzer. O zamanlar ışık dalgaları kabul ediliyordu. elastik dalgalar uzayı dolduran ve tüm bedenlere nüfuz eden eterde. Görünüşe göre bu tür dalgalar enine olamaz, çünkü enine dalgalar yalnızca katı bir gövdede var olabilir. Fakat cisimler katı eter içinde dirençle karşılaşmadan nasıl hareket edebilir? Sonuçta eter cisimlerin hareketine müdahale etmemelidir. Aksi takdirde eylemsizlik kanunu geçerli olmayacaktır.

Ancak giderek daha fazla deneysel gerçek birikmeye başladı ve bunlar, ışık dalgalarının boylamsal olduğu düşünüldüğünde hiçbir şekilde yorumlanamadı.

Turmalin ile deneyler

Çok basit ve etkili olan deneylerden yalnızca birini ayrıntılı olarak ele alalım. Bu turmalin kristalleriyle yapılan bir deneydir ( temizle kristaller yeşil renk).

Öğrencilere iki polaroid döndürüldüğünde ışığın kapandığını gösterin. Bir turmalin kristali bir simetri eksenine sahiptir ve tek eksenli kristaller olarak adlandırılan kristallere aittir. Yüzlerinden biri kristalin eksenine paralel olacak şekilde kesilmiş dikdörtgen bir turmalin plakası alalım. Bir elektrik lambasından veya güneşten gelen ışık hüzmesi böyle bir plakaya normal olarak yönlendirilirse, plakanın ışın etrafında dönmesi, içinden geçen ışığın şiddetinde herhangi bir değişikliğe neden olmayacaktır (şekle bakınız). Işığın turmalin tarafından kısmen emildiği ve yeşilimsi bir renk aldığı düşünülebilir. Başka hiçbir şey olmadı. Ama bu doğru değil. Işık dalgası yeni özellikler kazandı.

Bu yeni özellikler, ışının tam olarak aynı turmalin kristalinden bir saniye boyunca geçmeye zorlanması durumunda keşfedilir (bkz. Şekil a), ilkine paralel. Kristallerin eksenleri aynı yönde olduğunda yine ilginç bir şey olmaz: ikinci kristaldeki soğurma nedeniyle ışık demeti daha da zayıflar. Ancak ikinci kristal birinciyi hareketsiz bırakarak döndürülürse (Şekil b), o zaman keşfedilecektir. inanılmaz fenomen– ışığı söndürmek. Eksenler arasındaki açı arttıkça ışık şiddeti azalır. Eksenler birbirine dik olduğunda ışık hiçbir şekilde geçmez (Şekil c). Tamamen ikinci kristal tarafından emilir. Bu nasıl açıklanabilir?

Enine ışık dalgaları

Yukarıda anlatılan deneylerden iki gerçek ortaya çıkıyor: birincisi, ışık kaynağından gelen ışık dalgası yayılma yönüne göre tamamen simetriktir (ilk deneyde kristal ışının etrafında döndürüldüğünde yoğunluk değişmemiştir). ) ve ikincisi, ilk kristalden çıkan dalganın sahip olmadığı eksenel simetri(ikinci kristalin ışına göre dönüşüne bağlı olarak, iletilen ışığın bir veya başka bir yoğunluğu elde edilir).

Boyuna dalgalar yayılma yönüne göre tam simetriye sahiptir (salınımlar bu yön boyunca meydana gelir ve dalganın simetri eksenidir). Dolayısıyla ışık dalgasının boylamsal olduğu dikkate alındığında deneyi ikinci plakanın dönmesiyle açıklamak mümkün değildir.

Tam açıklama iki varsayım yapılarak deneyim kazanılabilir.

İlk varsayım ışığın kendisiyle ilgilidir. Işık enine bir dalgadır. Ancak geleneksel bir kaynaktan gelen bir dalga ışınında, dalgaların yayılma yönüne dik olan tüm olası yönlerde salınımlar vardır (şekle bakın).

Bunu göster doğal ışık tüm düzlemlerde titreşimler içerir.

Bu varsayıma göre ışık dalgası eksenel simetriye sahip olmakla birlikte aynı zamanda eninedir. Örneğin su yüzeyindeki dalgalar böyle bir simetriye sahip değildir, çünkü su parçacıklarının titreşimleri yalnızca dikey düzlemde meydana gelir.

Her yöne salınan bir ışık dalgası, yöne dik dağılıma doğal denir. Bu isim haklı çünkü normal koşullar altında ışık kaynakları tam da böyle bir dalga yaratıyor. Bu varsayım ilk deneyin sonucunu açıklamaktadır. Turmalin kristalinin dönmesi, iletilen ışığın yoğunluğunu değiştirmez, çünkü gelen dalga eksenel simetriye sahiptir (enine olmasına rağmen).

Yapılması gereken ikinci varsayım kristalle ilgilidir. Bir turmalin kristali, belirli bir düzlemde (şekilde P düzlemi) yer alan titreşimlerle ışık dalgalarını iletme yeteneğine sahiptir.

Bilgisayar modeli "Malus Yasası" üzerinde

Bir turmalin kristalinin yalnızca bir ışık titreşimi düzlemi sergilediğini gösterin. Polarizörü ve ardından analizörü döndürerek iletilen ışığın yoğunluğunun değişen değerlere göre değiştiği gösterilebilir. maksimum değer sıfıra. Işığı söndürmek için polaroid eksenleri arasındaki açının 90° olması gerekir. Polaroidlerin eksenleri paralelse, ikinci polaroid birinciden geçen ışığın tamamını iletir.

Bu tür ışığa polarize denir veya daha kesin olarak düzlem polarize olarak da adlandırılabilecek doğal ışığın aksine polarize olmayan. Bu varsayım ikinci deneyin sonuçlarını tam olarak açıklamaktadır. İlk kristalden düzlem polarize bir dalga ortaya çıkar. Çapraz kristallerde (eksenler arasındaki açı 90°'dir) ikinci kristalden geçmez. Kristallerin eksenleri kendi aralarında 90°'den farklı bir açı yaparsa, genliği birinci kristalden geçen dalganın genliğinin kristalin ekseni yönüne izdüşümüne eşit olan salınımlar meydana gelir. ikinci kristal.

Yani bir turmalin kristali doğal ışığı düzlem polarize ışığa dönüştürür.

Turmalin ile yapılan deneylerin mekanik modeli

Söz konusu olgunun basit bir görsel mekanik modelini oluşturmak zor değildir. Titreşimlerin uzayda hızla yönünü değiştirmesi için kauçuk bir kordonda enine bir dalga oluşturabilirsiniz. Bu, doğal bir ışık dalgasının bir analogudur. Şimdi ipi dar bir tahta kutudan geçirelim (şekle bakın). Kutu, olası tüm yönlerdeki titreşimlerden belirli bir düzlemdeki titreşimleri "seçer". Dolayısıyla kutudan polarize bir dalga çıkıyor.

Yolu üzerinde tamamen aynı olan ancak birincisine göre 90° döndürülmüş başka bir kutu varsa, o zaman titreşimler onun içinden geçmez. Dalga tamamen söndü.

Eğer ofisinizde kutuplaşmanın mekanik bir modeli varsa bunu gösterebilirsiniz. Eğer böyle bir model yoksa, bu model “Polarizasyon” adlı video filminden parçalarla örneklendirilebilir.

Polaroidler

Sadece turmalin kristalleri ışığı polarize etme yeteneğine sahip değildir. Örneğin Polaroidler de aynı özelliğe sahiptir. Polaroid, selüloit veya cam plakaya uygulanan herapatit kristallerinden oluşan ince (0,1 mm) bir filmdir. Turmalin kristaliyle yaptığınız deneylerin aynısını Polaroid ile de yapabilirsiniz. Polaroidlerin avantajı ışığı polarize eden geniş yüzeyler oluşturabilmeleridir. Polaroidlerin dezavantajları şunlardır: mor gölge beyaz ışığa veriyorlar.

Doğrudan deneyler ışık dalgasının enine olduğunu kanıtladı. Polarize bir ışık dalgasında titreşimler kesin olarak tanımlanmış bir yönde meydana gelir.

Sonuç olarak, kutuplaşmanın teknolojideki kullanımını ele alabilir ve bu materyali “Polarizasyon” video filminden parçalarla örnekleyebiliriz.

Dersin amacı: Işık dalgalarının enine olduğu fikrini oluşturmak; Işık dalgalarının kesin olarak tanımlanmış bir yöndeki salınımları ışığı polarize eder.

Ders ilerlemesi

1. Bireysel sorgulamayı kullanarak ödevleri kontrol etme

A) Neden kanunlar için geometrik optik Uygulanabilirliğin sınırları var mı?

B) Optik aletler için çözünürlük nedir?

S) Kırınım ızgarası nedir?

D) Maksimum dalganın oluşumu için bir formül elde edin.

E) Problem 1096. Spektrumun merkezinde herhangi bir dalga boyu için maksimum aydınlatma koşulu sağlanmaktadır.

E) Problem 1097. Bir kafes çok sayıda 1 mm başına vuruş.

2.Yeni materyal öğrenme

Dalga optiğinin kurucuları (Jung ve Fresnel), girişim ve kırınımı gözlemledikten sonra, ışık dalgalarının uzunlamasına (ses dalgaları gibi) olduğuna inandılar. Eterin tüm alanı doldurduğuna, tüm cisimlere nüfuz ettiğine ve elastik uzunlamasına ışık dalgalarının eter içinde yayıldığına inanılıyordu. Çünkü enine dalgalar yalnızca katılar. Ancak ışık dalgalarının boylamsal olduğunu düşünürsek bilim adamlarının pek çok çalışması açıklanmadı.

Turmalin ile deneyler.

Işık dalgasının dalgalı olduğunu kanıtlayan turmalin kristalleriyle yapılan deneyi düşünün. Enine.

Turmalin plakasının (yeşil kristal) yüzlerinden biri kristalin eksenine paraleldir. Plaka aydınlatıldığında hiçbir şey olmuyor, yalnızca ışık bir miktar emiliyor ve yeşilimsi bir renk alıyor.

Işık, birinciye paralel başka bir benzer kristalden geçerse şaşırtıcı özellikler ortaya çıkacaktır.

Kristallerin eksenleri eşit olarak yönlendirildiğinde, ışık huzmesi emilim nedeniyle zayıflar. İkinci plaka birinciyi hareketsiz bırakarak döndürülürse, o zaman Işığı kapatıyorum.İlk başta ışık zayıflıyor ve kristallerin eksenleri birbirine dik olduğunda ışık ikinci turmalin plaka tarafından tamamen emiliyor. Işık dalgalarının enineliği.

İki varsayım yapılarak turmalin levhalarla ilgili deneyim açıklanabildi.

İlk tahmin:ışık dalgası – enine; Kaynaktan gelen ışık, dalgaların yayılma yönüne dik olarak çeşitli yönlerde titreşimler içerir.

Bu varsayımdan şu sonuç çıkar: ışık dalgası eksenel simetriye (boyuna dalgaların özelliği) sahip olmasına rağmen eninedir.

Yayılma yönüne dik olarak her yönde titreşen ışık dalgasına denir. Doğal.

İkinci tahmin: Bir turmalin kristali, belirli bir düzlemde bulunan ışık titreşimlerini iletir.

Bu polarize veya düzlemsel polarize ışıktır. Doğal ışık polarize olmayan olarak adlandırılabilir. Bu, turmalinin doğal ışığı düzlem polarize ışığa dönüştürdüğü anlamına gelir.

Turmalin ile yapılan deneylerin mekanik modeli.

Basit bir mekanik model, turmalin plakanın ışığın polarizasyonundaki rolünün anlaşılmasına yardımcı olur.

Doğal ışık dalgasının bir benzeri olarak kauçuk kordonda enine bir dalga oluşturulur. Böyle bir dalgayı dar bir kutudan geçirirseniz, tüm salınımlar arasında bir düzlemdeki salınım göze çarpacaktır. Kutudan geçtikten sonra polarize bir dalga elde edilir. Yoluna yerleştirilen ve birincisine göre 90⁰ döndürülmüş başka bir kutu, titreşimlerin geçmesine izin vermiyor. Dalgalar söndürüldü.

Polaroidler.

Polaroidler oluşturmak için cam veya selüloit üzerine uygulanan herapatit kristallerinin (0,1 mm kalınlığında) filmleri turmaline benzer özelliklere sahiptir. Polaroidler, ışığı polarize eden geniş yüzeyler oluşturmak için kullanılabilir. Polaroidlerin dezavantajı beyaz ışığa verdikleri mor renktir.

Işığın elektromanyetik teorisi.

Işığın elektromanyetik teorisi, elektromanyetik dalgaların ve ışık dalgalarının hızlarının aynı olduğunu teorik olarak kanıtlayan D. Maxwell'in çalışmasıyla başladı.

Maxwell'in çalışması ışık dalgalarının enine doğasının kanıtını sağladı.

G. Hertz elektromanyetik dalgaları deneysel olarak keşfetti, hızlarını ölçtü - bu ilk deneysel doğrulama Işığın elektromanyetik teorisi.

Slayt 1


IŞIK DALGALARININ ÇAPRAZLIĞI. IŞIĞIN POLARİZASYONU Polarize ışıkta etrafımızdaki dünya tamamen farklı görünür. Şeffaf plastikten yapılmış bir çizim cetvelinin fantastik renkli çizgilerle boyandığı ortaya çıkıyor. Çapraz polaroidlerin arasındaki selofan parçaları parlak renkli vitraylara dönüşüyor. Fizik öğretmeni, Belediye Eğitim Kurumu Ortaokulu No. 5, Baltiysk, Kaliningrad Bölgesi Sineva K. M.

Slayt 2


Girişim ve kırınım olgusu, yayılan ışığın dalga özelliklerine sahip olduğu konusunda şüpheye yer bırakmıyor. Peki ne tür dalgalar - boyuna mı yoksa enine mi?

Dalga optiğinin kurucuları Young ve Fresnel, uzun bir süre boyunca ışık dalgalarının ses dalgalarına benzer şekilde uzunlamasına olduğunu düşündüler. O zamanlar ışık dalgalarının, uzayı dolduran ve tüm cisimlere nüfuz eden, eterdeki elastik dalgalar olduğu düşünülüyordu. Görünüşe göre bu tür dalgalar enine olamaz, çünkü enine dalgalar yalnızca katı bir gövdede var olabilir. Fakat cisimler katı eter içinde dirençle karşılaşmadan nasıl hareket edebilir? Sonuçta eter cisimlerin hareketine müdahale etmemelidir. Aksi takdirde eylemsizlik kanunu geçerli olmayacaktır.


Turmalin ile yapılan deneyler Deneylerden yalnızca birini, çok basit ve son derece etkili olduğunu ayrıntılı olarak ele alalım. Bu turmalin kristalleri (şeffaf yeşil kristaller) ile yapılan bir deneydir.

Bir turmalin kristali bir simetri eksenine sahiptir ve tek eksenli kristaller olarak adlandırılan kristallere aittir. Yüzlerinden biri kristalin eksenine paralel olacak şekilde kesilmiş dikdörtgen bir turmalin plakası alalım. Bir elektrik lambasından veya güneşten gelen ışık böyle bir plaka üzerine normal olarak yönlendirilirse, plakanın ışının etrafında döndürülmesi, içinden geçen ışığın şiddetinde herhangi bir değişikliğe neden olmayacaktır. Işığın turmalin tarafından kısmen emildiği ve yeşilimsi bir renk aldığı düşünülebilir. Başka hiçbir şey olmadı. Ama bu doğru değil. Işık dalgası yeni özellikler kazandı.


Slayt 4

Bu yeni özellikler, ışının birinciye paralel olarak tamamen aynı turmalin kristalinden (Şekil 35, a) ikinci bir şekilde geçmeye zorlanması durumunda ortaya çıkar. Kristallerin eksenleri aynı yönde olduğunda yine ilginç bir şey olmaz: ikinci kristaldeki soğurma nedeniyle ışık demeti daha da zayıflar. Ancak ikinci kristal birinciyi hareketsiz bırakarak döndürülürse, şaşırtıcı bir olay ortaya çıkacaktır: ışığın sönmesi. Eksenler arasındaki açı arttıkça ışık şiddeti azalır. Eksenler birbirine dik olduğunda ışık hiçbir şekilde geçmez. Tamamen ikinci kristal tarafından emilir. Bu nasıl açıklanabilir?


Slayt 5

Işık dalgalarının enineliği Yukarıda açıklanan deneylerden iki gerçek ortaya çıkıyor: birincisi, ışık kaynağından gelen ışık dalgası yayılma yönüne göre tamamen simetriktir (birinci deneyde kristal ışının etrafında döndürüldüğünde, ışık dalgası yoğunluk değişmedi) ve ikincisi, birinci kristalden çıkan dalganın eksenel simetriye sahip olmadığı (ikinci kristalin ışına göre dönüşüne bağlı olarak, iletilen ışığın bir veya başka bir yoğunluğu elde edilir).


Boyuna dalgalar yayılma yönüne göre tam bir simetriye sahiptir (salınımlar bu yön boyunca meydana gelir ve dalganın simetri eksenidir). Dolayısıyla ışık dalgasının boylamsal olduğu dikkate alındığında deneyi ikinci plakanın dönmesiyle açıklamak mümkün değildir.

Slayt 6


Bu varsayıma göre ışık dalgası eksenel simetriye sahip olmakla birlikte aynı zamanda eninedir. Örneğin su yüzeyindeki dalgalar böyle bir simetriye sahip değildir, çünkü su parçacıklarının titreşimleri yalnızca dikey düzlemde meydana gelir.

Yayılma yönüne dik olarak her yönde salınan ışık dalgasına doğal denir. Bu isim haklı çünkü normal koşullar altında ışık kaynakları tam da böyle bir dalga yaratıyor. Bu varsayım ilk deneyin sonucunu açıklamaktadır. Turmalin kristalinin dönmesi, iletilen ışığın yoğunluğunu değiştirmez, çünkü gelen dalga eksenel simetriye sahiptir (enine olmasına rağmen).


Slayt 8


Slayt 9

Yapılması gereken ikinci varsayım kristalle ilgilidir. Bir turmalin kristali, belirli bir düzlemde (Şekil 37'deki P düzlemi) yer alan titreşimlerle ışık dalgalarını iletme yeteneğine sahiptir. Bu tür ışığa, polarize olmayan olarak da adlandırılabilen doğal ışığın aksine, polarize veya daha doğrusu düzlem polarize denir. Bu varsayım ikinci deneyin sonuçlarını tam olarak açıklamaktadır. İlk kristalden düzlem polarize bir dalga ortaya çıkar. Çapraz kristallerde (eksenler arasındaki açı 90°'dir) ikinci kristalden geçmez. Kristallerin eksenleri kendi aralarında 90° dışında bir açı yapıyorsa. daha sonra genliği, birinci kristalden geçen dalganın genliğinin ikinci kristalin ekseni yönüne izdüşümüne eşit olan salınımlar geçer.


Slayt 10

Doğrudan deneyler ışık dalgasının enine olduğunu kanıtladı. Polarize bir ışık dalgasında titreşimler kesin olarak tanımlanmış bir yönde meydana gelir.


Slayt 11 LCD'nin çalışması polarizasyon olgusuna dayanmaktadırışık akısı . Polaroid kristalleri olarak adlandırılan kristallerin yalnızca ışığın bileşeni olan vektörü iletebildiği bilinmektedir. elektromanyetik indüksiyon polaroidin optik düzlemine paralel bir düzlemde yer alan. Işık çıkışının geri kalanı için Polaroid opak olacaktır. Polaroid bu şekilde ışığı "eler". Bu etkiye ışığın polarizasyonu denir. Ne zaman incelendiler? sıvı maddeler Uzun molekülleri elektrostatik duyarlı olan ve elektromanyetik alan ve ışığı polarize edebildikleri için polarizasyonu kontrol etmek mümkün hale geldi. Bunlar amorf maddeler benzerlikleri nedeniyle kristal maddeler

Elektro-optik özelliklerinin yanı sıra bir kabın şeklini alabilme yetenekleri nedeniyle bunlara sıvı kristaller adı verildi.


Polarizasyon filtresi aşağı yukarı uzun, çok dar delikleri olan bir ızgara gibi davranır. Yalnızca bu ızgaranın yönü boyunca salınan dalgaları iletir. Diğer yönlerde salınan diğer tüm dalgalar engellenir. Izgaradan geçen tüm dalgalar aynı yönde salınır; ışık "polarizedir". Işığın polarizasyonu farklı olabilir; bu, güneşin parladığı açıya bağlıdır. Bu açı dünyadaki konumunuza ve günün saatine göre değişir. Güneş doğrudan tepede olduğunda etki, güneşin ufka yakın olduğu duruma göre daha az belirgindir. Güneş neredeyse ufkun altına indiğinde çok etkileyici sonuçlar elde edilebilir.

Slayt 13


Bu ilginç. Aramak yaşanabilir gezegenler ABC, Astrobiology dergisine atıfta bulunarak gökkuşağının yakındaki yıldızlara yardımcı olabileceğini yazıyor. Spektral ayrışmaışık varlığın güvenilir bir göstergesi olabilir sıvı su karasal yaşamın oluşumu için gereklidir. Avustralya Macquarie Üniversitesi'nden astrobiyolog Jeremy Bailey, bilim adamlarının gezegenleri incelerken ışığın kutuplaşmasına odaklanacağını açıklıyor: fiziksel olay gökkuşağının ortaya çıkışı sırasındaki ayrışmasına benzer. Polarizasyon açısının belirlenmesi, ışığı kıran sıvının bileşiminin yüksek doğrulukla belirlenmesini mümkün kılar. Işığın konsantre sülfürik asit damlalarından geçtiği Venüs'teki bulutların bileşimi bu şekilde belirlendi. Polarimetrik çalışmalar araştırmacılar tarafından şu şekilde değerlendirilmektedir: ek yöntem spektroskopiye - güneş dışı gezegenleri incelemenin ana yöntemi; bu, bileşimleri hakkında veri elde edilmesini sağlar, ancak özellikle üzerinde su olup olmadığını belirlemeyi mümkün kılmaz. gök cismi sıvı veya gaz halinde.

Tüm slaytları görüntüle

Ve kırınımlar, yayılan ışığın dalga özelliklerine sahip olduğu konusunda şüpheye yer bırakmıyor. Peki ne tür sıfırlar - boyuna mı yoksa enine mi?

Dalga optiğinin kurucuları Young ve Fresnel, uzun bir süre boyunca ışık dalgalarının ses dalgalarına benzer şekilde uzunlamasına olduğunu düşündüler. O zamanlar ışık dalgalarının, uzayı dolduran ve tüm cisimlere nüfuz eden, eterdeki elastik dalgalar olduğu düşünülüyordu. Görünüşe göre bu tür dalgalar enine olamaz, çünkü o zamanın görüşlerine göre enine dalgalar yalnızca katı bir gövdede var olabilir. Fakat cisimler katı eter içinde dirençle karşılaşmadan nasıl hareket edebilir? Sonuçta eter cisimlerin hareketine müdahale etmemelidir. Aksi takdirde eylemsizlik kanunu geçerli olmayacaktır.

Ancak, ışık dalgalarının uzunlamasına olduğu düşünüldüğünde hiçbir şekilde yorumlanamayan deneysel gerçekler giderek daha fazla birikmeye başladı.

Turmalin ile deneyler. Bu deneylerden birini çok basit ve etkili olarak ayrıntılı olarak ele alalım. Bu turmalin kristalleri (şeffaf yeşil kristaller) ile yapılan bir deneydir.

Turmalin kristali, tek eksenli kristaller olarak adlandırılan kristallere aittir. Yüzlerinden biri kristalin eksenine paralel olacak şekilde kesilmiş dikdörtgen bir turmalin plakası alalım. Bir elektrik lambasından veya güneşten gelen ışık huzmesi böyle bir plakaya normal olarak yönlendirilirse, plakanın ışın etrafında dönmesi, içinden geçen yoğunlukta herhangi bir değişikliğe neden olmayacaktır (Şekil 8.60). Işığın turmalin tarafından kısmen emildiği ve yeşilimsi bir renk aldığı düşünülebilir. Başka hiçbir şey olmamış gibi görünüyor. Ama bu doğru değil. Işık dalgası yeni özellikler gösterdi.

Bu yeni özellikler, bir ışık huzmesinin birinciye paralel olarak tamamen aynı turmalin kristalinden (Şekil 8.61, a) bir saniye boyunca geçmeye zorlanması durumunda ortaya çıkar. Kristallerin eksenleri aynı yönde olduğunda yine ilginç bir şey olmaz: ikinci kristaldeki soğurma nedeniyle ışık demeti daha da zayıflar. Ancak ikinci kristal birinciyi hareketsiz bırakarak döndürülürse (Şekil 8.61, b), o zaman şaşırtıcı bir fenomen ortaya çıkacaktır - ışığın yok olması. Eksenler arasındaki açı arttıkça ışık şiddeti azalır. Eksenler birbirine dik olduğunda ışık hiç geçmez (Şekil 8.61, c). Tamamen ikinci kristal tarafından emilir. Bu nasıl açıklanabilir?

Işık dalgalarının enineliği. Yukarıda açıklanan deneylerden iki sonuç çıkar: birincisi, gelen ışık dalgası yayılma yönüne göre tamamen simetriktir (ilk deneyde kristal ışının etrafında döndürüldüğünde yoğunluk değişmedi); ikincisi, birinci kristalden çıkan dalga eksenel simetriye sahip değildir (ikinci kristalin ışına göre dönüşüne bağlı olarak iletilen ışığın yoğunluğu değişir).

Boyuna dalgalar yayılma yönüne göre tam bir simetriye sahiptir (salınımlar bu yön boyunca meydana gelir ve dalganın simetri eksenidir). Bu nedenle ışık dalgasının boylamsal olduğu dikkate alındığında deneyi ikinci plakanın hapsedilmesiyle açıklamak mümkün değildir.

Deneyin tam bir açıklaması iki varsayım yapılarak elde edilebilir.

İlk varsayım ışığın kendisiyle ilgilidir. Işık enine bir dalgadır. Geleneksel bir kaynaktan düşen ışık dalgaları ışınında, dalgaların yayılma yönüne dik olarak mümkün olan tüm yönlerde salınımlar meydana gelir (Şekil 8.62).

Bu varsayıma göre ışık dalgası eksenel simetriye sahip olmakla birlikte aynı zamanda eninedir. Örneğin su yüzeyindeki dalgalar böyle bir simetriye sahip değildir, çünkü su parçacıklarının titreşimleri yalnızca dikey düzlemde meydana gelir.

Dalga yayılma yönüne dik olarak her yönde titreşimlerin meydana geldiği ışık akısı denir. doğal ışık. Bu isim haklı çünkü normal koşullar altında ışık kaynakları böyle bir akı yayıyor. Bu varsayım ilk deneyin sonucunu açıklamaktadır. Turmalin kristalinin dönmesi, iletilen ışığın yoğunluğunu değiştirmez çünkü gelen dalga eksenel simetriye sahiptir (enine olmasına rağmen).

İkinci varsayım ışık dalgasına değil kristale uygulanır. Bir turmalin kristali, belirli bir düzlemde (Şekil 8.63'teki P düzlemi) meydana gelen titreşimlerle ışık dalgalarını iletme yeteneğine sahiptir. Bu tür ışığa, polarize olmayan olarak da adlandırılabilen doğal ışığın aksine, polarize veya daha doğrusu düzlem polarize denir.

Bu varsayım ikinci deneyin sonuçlarını tam olarak açıklamaktadır. İlk kristalden düzlem polarize bir dalga ortaya çıkar. Çapraz kristallerde (eksenleri arasındaki açı 90°'dir) ikinci kristalden geçmez. Kristallerin eksenleri kendi aralarında 90°'den farklı bir açı yaparsa, genliği birinci kristalden geçen dalganın genliğinin kristalin ekseni yönüne izdüşümüne eşit olan salınımlar meydana gelir. ikinci kristal.

Yani bir turmalin kristali doğal ışığı düzlem polarize ışığa dönüştürür.

Turmalin ile yapılan deneylerin mekanik modeli. Söz konusu olgunun basit bir görsel mekanik modelini oluşturmak zor değildir. Titreşimlerin uzayda hızla yön değiştirmesini sağlayacak şekilde bir lastik kordonda enine bir dalga elde etmek mümkündür. Bu, doğal bir ışık dalgasının bir analogudur. Şimdi ipi dar bir tahta kutudan geçirelim (Şekil 8.64). Kutu, olası tüm yönlerdeki titreşimlerden belirli bir düzlemdeki titreşimleri "seçer". Dolayısıyla kutudan polarize bir dalga çıkıyor. Yolu üzerinde tamamen aynı olan ancak birincisine göre 90° döndürülmüş başka bir kutu varsa, o zaman titreşimler onun içinden geçmez. Dalga tamamen söndü.

Polaroidler. Sadece turmalin kristalleri ışığı polarize etme yeteneğine sahip değildir. Örneğin Polaroidler de aynı özelliğe sahiptir. Polaroid, selüloit veya cam plakaya uygulanan herapatit kristallerinden oluşan ince (0,1 mm) bir filmdir. Turmalin kristali ile yapılan deneylerin aynısı Polaroid ile de yapılabilir. Polaroidlerin avantajı ışığı polarize eden geniş yüzeyler elde edilebilmesidir. Polaroidlerin dezavantajı beyaz ışığa verdikleri mor renktir.

Doğrudan deneyler ışık dalgasının enine olduğunu kanıtladı. Polarize bir ışık dalgasında titreşimler kesin olarak tanımlanmış bir enine yönde meydana gelir.

Doğal ışık ile polarize ışık arasındaki fark nedir?

Soruları cevaplayalım: 1. Tüm dalgalar hangi iki türe ayrılır? 2. Hangi dalgalara boyuna denir? 3. Hangi dalgalara enine denir? 4. Enine mekanik dalgada salınan şey nedir? 5. Hangi dalga türüne aittir? ses dalgası? 6. Elektromanyetik dalga ne tür bir dalgadır? Neden?

1865 yılında Maxwell ışığın elektromanyetik bir dalga olduğu sonucuna vardı. Bu ifadeyi destekleyen argümanlardan biri hızların tesadüfidir. elektromanyetik dalgalar Maxwell tarafından teorik olarak hesaplanan ve ışık hızının deneysel olarak belirlendiği (Roemer ve Foucault'nun deneylerinde).

Doğal ışık Işık enine bir dalgadır. Geleneksel bir kaynaktan gelen bir dalga ışınında, dalgaların yayılma yönüne dik olan tüm olası yönlerde salınımlar vardır. Yayılma yönüne dik olarak her yönde salınan ışık dalgasına doğal denir.

Polarize ışık Turmalin kristali, belirli bir düzlemde bulunan titreşimlerle ışık dalgalarını iletme yeteneğine sahiptir. Bu tür ışığa, polarize olmayan olarak da adlandırılabilen doğal ışığın aksine, polarize veya daha doğrusu düzlem polarize denir.

Polaroid, selüloit veya cam plaka üzerinde biriktirilen herapatit kristallerinden oluşan ince (0,1 mm) bir filmdir. Polarize olmayan ışığı doğrusal polarize ışığa dönüştüren şeffaf filmler (polimer, monokristal vb.) Işığı yalnızca bir polarizasyon yönünden iletirler. Polaroidler 1932'de Amerikalı bilim adamı E. Land tarafından icat edildi.

İki dielektrik (örneğin hava ve cam) arasındaki arayüze doğal ışık düşerse, bir kısmı yansıtılır, bir kısmı da ikinci ortamda kırılır ve yayılır. Yansıyan ve kırılan ışınların yoluna bir analizör (örneğin turmalin) kurarak, yansıyan ve kırılan ışınların kısmen polarize olmasını sağlayabilirsiniz: analizör ışınların etrafında döndürüldüğünde, ışık yoğunluğu periyodik olarak yoğunlaşır ve zayıflar. (tamamen söndürme gözlenmez!). Daha ileri çalışmalar, yansıyan ışının salınımların hakimiyetinde olduğunu gösterdi. dik düzlemler düşmeler (noktalarla gösterilen şekilde), kırılma - titreşimlerde, paralel düzlemler düşmeler (oklarla gösterilmiştir).

Çeşitli kaynaklardan yayılan ışığın polarizasyonunu deneysel olarak test etmek Bir sıvı kristal monitör, polarize ışık üretir. Polarizör çevrildiğinde zayıflar, 90 çevrildiğinde ise tamamen söner. Hesap makinesi ekranından gelen emisyon da polarizedir. Ekran ışığı polarize cep telefonu. Camdan yansıyan ışık polarizedir. Polaroid ile cama bakın. Polaroid'i döndürerek parlamayı ortadan kaldırıyoruz.

Doğadaki polarize ışık Yansıyan ışık polarizedir, örneğin su yüzeyinde yatan parlama, Gökyüzünün dağınık ışığı başka bir şey değildir. güneş ışığı hava moleküllerinden çok sayıda yansımaya uğrayan, su damlacıkları veya buz kristallerinde kırılan. Bu nedenle Güneş'ten belli bir yönde polarize olur. İnsanların aksine pek çok böcek ışığın kutuplaşmasını görür. Vikinglerden daha kötü olmayan arılar ve karıncalar, Güneş'in bulutlarla kaplı olduğu durumlarda bu yeteneği gezinmek için kullanırlar. Bazı astronomik nesnelerin ışığı polarizedir. En ünlü örnek– Boğa takımyıldızındaki Yengeç Bulutsusu. Metalik bir parlaklığa sahip olan bazı böcek türleri, sırtlarından yansıyan ışığı dairesel polarize ışığa dönüştürür. Bu, polarizasyon düzlemi uzayda sarmal bir şekilde sola veya sağa doğru bükülmüş olan polarize ışığın adıdır.

Polarize ve parlama önleyici güneş gözlüğü Gece, gündüz, alacakaranlık, sis ve kış aylarında güvenli sürüş. Polarize lensler ön camdan, ıslak yollardan, kardan gelen parlamayı giderir, karşıdan gelen arabaların farlarından korur, yorgunluğu giderir ve her türlü hava koşulunda görünürlüğü artırır. Sürekli olarak göz kamaştırıcı bir yansımaya bakmak zorunda kalan kutup kaşifleri için vazgeçilmezdirler. güneş ışınları buzlu bir kar alanından.

Gerilimlerin tespiti şeffaf gövdeler(kusur tespiti): Şeffaf bir malzemede gerilimler ortaya çıkarsa (nedeniyle iç gerilimler veya harici yük), daha sonra malzeme polarizasyon açısını eşit olmayan bir şekilde döndürmeye başlar. Bu etki polimerlerde cama göre daha belirgindir. DENEYİM: Şeffafı kelepçeleyin plastik kutu iki Polaroid arasındaki bir CD'den. Işık, polarizörlerden geçen ışığın farklı yoğunluklarında kendini gösteren ve görüş alanını renklendiren düzgün olmayan bir polarizasyona maruz kalır. farklı renkler iletilen ışıkta. Kutu büküldüğünde veya sıkıştırıldığında iletilen ışığın yoğunluğu değişir ve Polaroidlerden iletilen ışığın rengi de değişir. Şeffaf numunelerde stres bu şekilde tespit edilir.

Stereo görüntü elde etme, stereo monitör Bir ses efekti (stereo efekt) elde etmek için, sanki farklı gözler nesneye farklı açılardan bakıyormuş gibi, her göze kendi resmini göstermek gerekir; geri kalan her şeyi beynimiz kendi başına tamamlayacak ve hesaplayacaktır. Bir stereo monitörde, ekrandaki çift ve tek piksel sıralarının farklı ışık polarizasyon yönlerine sahip olması gerekir. Gözlüklerin lensleri, birbirlerine göre 90 derece döndürülmüş polarizörlerdir - gözlüklerin bir lensinden yalnızca çift çizgiler, diğerinden ise tek çizgiler görülebilir. Her göz yalnızca kendisi için tasarlanan resmi görecek, böylece görüntü üç boyutlu hale gelecektir.

LCD ekranların çalışma prensibi LCD ekranların çalışması ışık akısının polarizasyonu olgusuna dayanmaktadır. Sıvı kristaller organik madde voltajın etkisi altında bir elektrik alanında dönebilen. Sıvı kristaller anizotropi özelliklerine sahiptir. Özellikle yönelime bağlı olarak ışığı farklı şekilde yansıtır, iletir ve polarizasyon düzlemini döndürürler. İnce film transistör paneli çok katmanlı bir sandviçe benziyor. Katman sıvı kristaller iki polarizasyon paneli arasında bulunur. Gerilim, kristallerin bir deklanşör gibi hareket etmesine, ışığın geçmesine izin vermesine veya engellemesine neden olur. Polarizörden geçen ışığın yoğunluğu voltaja bağlıdır.

Sonuçlar: Turmalin kristali (Polaroid), doğal ışığı düzlem polarize ışığa dönüştürür. Polarizasyon bunlardan biridir. dalga özellikleri Sveta. Çeşitli kaynaklar Işıklar hem polarize hem de polarize olmayan ışık yayabilir. Polaroidler ışık yoğunluğunu kontrol etmek için kullanılabilir; Işığın polarizasyonu olgusu doğada meydana gelir ve yaygın olarak kullanılır. modern teknoloji. Işık enine bir dalgadır.