Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света .
В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.
Что такое поляризация света
Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?
Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?
Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н . Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.
Согласно теории Максвелла , световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.
Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.
Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E .
Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.
Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.
Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой вероятностью, то такой свет называется естественным.
Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Откуда берется поляризованный свет?
Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.
Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.
Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.
В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света - турмалин .
Еще один способ получения поляризованного света - отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный. При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.
Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера .
Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.
Линейно поляризованный свет - свет, который поляризован так, что вектор E колеблется только в одной определенной плоскости.
Практическое применение явления поляризации света
Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.
Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.
Поляризация - не самое сложное для понимания природное явление. Хотя если копнуть глубоко и начать основательно разбираться с физическими законами, которым она подчиняется, могут возникнуть сложности.
Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам . Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему "поляризация света".
1вин – это одна из популярных букмекерских контор, которая предлагает большой выбор ставок на спорт в режиме онлайн. На официальном сайте букмекера можно найти порядка 20 разделов различных видов спорта.
Перейти на зеркало
- Что такое зеркало 1win
На данный момент игроки совершают ставки, используя зеркала «1вин». Зеркало – это своего рода дубликат основного сайта, который имеет тот же интерфейс и функции за исключением доменного имени.
Имя домена подбирается, как правило, схожим с адресом основного сайта. Зеркало позволяет букмекеру снижать нагрузку на свой основной сервер путем распределения игроков, что помогает обеспечивать стабильный и непрерывный игровой процесс.
К тому же, в случае блокировки основного сайта «1вин» провайдером или контролирующими органами, клиенты могут обратиться к зеркальному сайту и спокойно продолжить заключать выгодные пари. Бывают случаи, что и основной сайт и зеркала перестают работать, но букмекер быстро решает эту проблему, создавая еще 1-3 новых страницы. Таким образом, зеркало – это полностью аналогичный основному сайт, который создается для решения сразу нескольких задач.
- Почему блокировали зеркало 1win
Согласно новому Федеральному Закону Российской Федерации, тотализатор относится к запрещенным видам деятельности, поэтому все букмекерские компании должны иметь лицензию на осуществление соответствующей деятельности. Если таковой лицензии у букмекера нет, то Роскомнадзор выдает постановление о блокировке сайтов.
Причина, по которой «1вин» не спешит приобретать лицензию РФ – это введение законодательством обязательного налога на доходы в виде 13% от всей прибыли, при чем, налог обязан уплачивать не только сам букмекер, но и его клиенты.
Разумеется, такие меры могут спровоцировать отток клиентов, ведь никто не хочет делиться своим честно заработанным выигрышем, по этой причине конторы и прибегают к созданию зеркальных сайтов. Но отсутствие лицензии РФ не означает, что букмекерская контора не имеет права осуществлять свою деятельность, у «1вин» есть зарубежная лицензия, которая обеспечивает безопасность для клиентов.
Для того чтобы зарегистрироваться на одном из зеркал, необходимо, в первую очередь найти в сети Интернет одно из актуальных на текущий момент времени зеркал. Регистрация доступна только для совершеннолетних лиц. Регистрация состоит из следующих этапов:
- необходимо найти и нажать в правом верхнем углу поле «Регистрация»
- выбрать подходящий вам способ регистрации (в 1 клик, используя социальные сети, используя электронную почту)
Для того чтобы зарегистрироваться в 1 клик достаточно выбрать страну проживания и подтвердить ознакомление со всеми условиями. Для регистрации в социальных сетях необходимо выбрать подходящую сеть (Вконтакте, Одноклассники, Google) и подтвердить ознакомление с соглашением. Для регистрации с использованием адреса электронной почты необходимо указать следующие данные:
- дата рождения
- страна
- номер мобильного телефона
- адрес электронной почты
- пароль
- повторить пароль
- подтвердить ознакомление с необходимыми условиями
После основной регистрации нужно пройти процедуру идентификации, после чего можно будет приступать к пополнению игрового счета.
Поляризация света. Основные теоретические сведения
Явление поляризации света - это явление возникновения определенной ориентации вектора световой волны в пространстве [основная литература 1, 2, 3].
Из теории Максвелла известно, что электромагнитная волна поперечна, т. е. , , где - направление распространения волны. Ориентацию вектора в плоскости можно определить путем следующих рассуждений и наблюдений.
Предположим вначале, что вектор (рис. 1) фиксирован, т. е. не меняет своего положения в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. В таком случае проекции вектора на различные плоскости, проходящие через x , будут различны.
Рис. 1. и - две произвольные плоскости, проходящие через направление распространения волны x
Например, на рис. 1 в пл. , а в пл. , где - угол между плоскостями и .
Различие проекций вектора на плоскости и должно привести к тому, что волна будет проявлять различные свойства по отношению к плоскостям и .
Опыт: в общем случае волны, распространяющиеся непосредственно от источника, таких свойств не проявляют. Полученный экспериментальный факт означает, что принятое выше предположение о фиксированном положении вектора в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, не соответствует действительности.
Такой вывод находится в соответствии с природой излучения. Световая волна от естественного источника состоит из множества цугов волн, испускаемых отдельными атомами. Плоскость колебаний (т. е. плоскость, проведенная через направление вектора волны и направление луча) для каждого цуга ориентирована случайным образом. Поэтому в естественном свете, в плоскости, перпендикулярной лучу, одновременно присутствуют колебания всевозможных направлений вектора (рис. 2). Вероятности реализации их одинаковы.
Рис. 2. Моментальное изображение вектора естественного света в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны
Поэтому величина вектора , усредненная по времени наблюдения, будет одинаковой в любой плоскости, проходящей через направление луча. Это должно привести к тому, что волна будет проявлять одинаковые свойства по отношению к любой из этих плоскостей. Именно это и наблюдается на опыте.
Для простоты анализа некоторых процессов проявления света, естественный свет можно рассматривать как некоторую результирующую от всех цугов поперечную волну, которую можно считать монохроматической, у которой направление вектора в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, быстро и беспорядочно сменяют друг друга [дополнительная литература 2, 3]
Марио Льоцци
Ранее говорилось об открытом Гюйгенсом явлении, объяснения которого, как он искренне сам заявил, он дать не смог. Луч света, прошедший сквозь кристалл исландского шпата, приобретает какое-то особое свойство, благодаря которому он, попадая на второй кристалл исландского шпата с главным сечением, параллельным первому, уже испытывает не двойное лучепреломление, а обычное. Если же этот второй кристалл шпата повернуть, то вновь возникнет двойное лучепреломление, но интенсивность обоих преломленных лучей будет зависеть от угла поворота.
В первые годы XIX столетия исследованием этого явления занялся французский военный инженер Этьенн Малюс (1775-1812), который в 1808 г. обнаружил, что свет, отраженный от воды под углом 52°45", обладает тем же свойством, что и свет, прошедший через кристалл исландского шпата, причем отражающая поверхность как бы является главным сечением кристалла.
Это явление наблюдалось и при отражении от любого другого вещества, но требуемый угол падения менялся в зависимости от показателя преломления вещества. В случае отражения от металлической поверхности картина получалась более сложной.
В следующей работе, написанной в том же году, Малюс, экспериментируя с полярископом, описываемым до сих пор в учебниках физики под названием "полярископа Био" и состоящим из двух зеркал, расположенных под углом, приходит к формулировке известного закона, носящего его имя.
Как раз в то время, когда Малюс проводил свои исследования, Парижская Академия наук объявила конкурс (1808 г.) на лучшую математическую теорию двойного лучепреломления, подтверждаемую опытом. Малюс принял участие в этом конкурсе и получил премию за свой имеющий историческое значение труд "Theorie de la double refraction de la lumiere dans les substances cristalisees" ("Теория двойного лучепреломления света в кристаллических веществах"), опубликованный в 1810 г. В нем Малюс описывает свое открытие и найденный им закон; для его объяснения он принимает точку зрения Ньютона "не в качестве неоспоримой истины", а лишь как гипотезу, позволяющую рассчитать явление. Объявив себя, таким образом, сторонником корпускулярной теории света, Малюс пытается найти объяснение в полярности световых корпускул, о которой бегло упоминает Ньютон в 26 вопросе. В естественном свете, как он теперь называется, корпускулы света ориентированы по всем направлениям, при прохождении же двоякопреломляющего кристалла или при отражении они ориентируются определенным образом. Свет, в котором корпускулы имеют определенную ориентацию, Малюс назвал поляризованным; это слово и его производные остались в физике и до наших дней.
Исследования поляризации света, начатые Малюсом, продолжили во Франции Био и Араго, а в Англии Брюстер, который в свое время был больше известен благодаря изобретенному им калейдоскопу (1817 г.), нежели важным открытиям в области кристаллооптики. В 1811 г. Малюс, Био и Брюстер независимо открыли, что отраженный луч также частично поляризован.
В 1815 г. Дэвид Брюстер (1781-1868) дополнил эти исследования открытием закона, носящего его имя: отраженный луч полностью поляризован (а соответствующий преломленный луч имеет максимальную поляризацию), когда отраженный и преломленный лучи перпендикулярны друг другу.
Доминик Франсуа Араго (1786-1853) установил поляризацию света лунного серпа, комет, радуги, еще раз подтвердив тем самым, что все это отраженный солнечный свет. Поляризованным является также свет, испускаемый под косыми углами раскаленными жидкими и твердыми телами, что доказывает, что этот свет исходит из внутренних слоев вещества и преломляется, выходя наружу. Но наиболее важным и наиболее известным открытием Араго является обнаруженная им в 1811 г. хроматическая поляризация. Помещая на пути поляризованного луча пластинку из горного хрусталя толщиной 6 мм и наблюдая прошедший сквозь нее луч через кристалл шпата, Араго получил два изображения, окрашенных в дополнительные цвета. Окраска обоих изображений при повороте пластинки не менялась, но менялась при повороте кристалла шпата, причем оба цвета все время оставались дополнительными. Так, если одно из изображений было сначала красным при определенном положении кристалла шпата, то при его повороте оно становилось последовательно оранжевым, желтым, зеленым и т. д. Био повторил этот опыт в 1812 г. и показал, что угол поворота кристалла шпата, необходимый для получения определенного цвета изображения, пропорционален толщине пластинки. Кроме того, в 1815 г. Био обнаружил явление круговой поляризации и наличие правовращающих и левовращающих веществ.
В том же году Био установил, что турмалин обладает двойным лучепреломлением и свойством поглощать обыкновенный луч и пропускать лишь необыкновенный. На этом явлении были основаны сконструированные Гершелем в 1820 г. известные "турмалиновые щипцы"- простейший поляризационный прибор, оставшийся неизменным до наших дней. Наибольшим неудобством этого прибора было окрашивание луча. Этого недостатка лишена призма, предложенная в 1820 г. английским физиком Уильямом Николем (1768-1851). Призма Николя также пропускает только необыкновенный луч. Комбинация двух таких "николей", как теперь называются эти двоякопреломляющие призмы, в один прибор, имеющий и сейчас широчайшее применение, была осуществлена самим Николем в 1839 г.
Таким образом,основные явления поляризации света, представляющие собой обширный и интересный раздел физики, включаемый теперь во все учебники, были открыты французскими физиками за семь лет, с 1808 по 1815 г. И поскольку открытие столь интересных явлений происходило под флагом корпускулярной теории, казалось, что она получает в этих явлениях еще одно подтверждение.
Многие люди считают световую поляризацию феноменальным явлением, которое имеет широкое распространение и применение в технике и практически никогда не встречается в повседневной жизни. На самом деле такое утверждение является не совсем корректным, что было доказано в статье нидерландского физика Г. Кеннена.
Общее понятие
С научной точки зрения, поляризация света - это ориентированность в пространстве световых колебаний, являющихся перпендикулярными относительно направления движения волны. Световой луч состоит из множества простейших элементов, которые называются квантами. Направление их колебаний может быть самым разнообразным. В том случае, когда кванты отличаются идентичной ориентацией, световой поток называется поляризованным. В зависимости от доли таких частиц в том или ином излучении меняется степень поляризации.
Фильтры
Существует ряд фильтров, которые способны пропускать лишь лучи с определённой ориентацией. Если смотреть через них на поляризованный световой поток и одновременно поворачивать, будет меняться яркость. В том случае, когда поляризация света будет совпадать с направлением пропускания, она станет максимальной, а при полном расхождении - минимальной. Приобрести такие фильтры можно в обычных магазинах, специализирующихся на продаже фототехники. При взгляде через них на чистое небо, при условии что Солнце находится сбоку, в определенный момент во время поворачивания станет видна полоса чёрного цвета. Она является доказательством того, что исходящие от этого участка неба световые волны являются поляризованными.
Фигура Гайдингера
В своё время, известный физик из СССР С. И. Вавилов провёл исследования, по результатам которых выдвинул интересную теорию. Согласно ей, поляризация света видна без каких-либо вспомогательных устройств примерно каждому четвёртому человеку на планете. При этом большинство из этих людей даже не подозревают о наличии такой особенности у собственного зрения. При взгляде на то же голубое небо в центре их поля зрения появляется едва заметная жёлтая полоска со слегка закруглёнными концами. Посередине и на краях также есть бледные пятнышки голубоватого цвета. При поворачивании плоскости поляризации полоса также поворачивается, ведь относительно направления световых колебаний она всегда является перпендикулярной. В науке это явление известно как фигура Гайдингера. Она названа в честь немецкого физика, который открыл ее в 1845 году. Если хоть раз её заметить, способность видеть это пятнышко можно развивать. Следует отметить, что при использовании синего либо зелёного светофильтра фигура Гайдингера видна довольно чётко.
Примеры поляризации света и способ её устранения
Поляризация света, источником которого является чистое небо, - это лишь самый простой и широко использующийся пример этого явления. Другими довольно распространёнными случаями можно назвать блики, что лежат на стеклянных витринах и поверхности воды. При необходимости устранить их можно при помощи специальных поляроидных фильтров, которыми чаще всего пользуются фотографы. Они становятся незаменимыми, если нужно запечатлеть на фото какие-либо защищённые стеклом картины либо музейные экспонаты. Принцип их действия основан на том факте, что любой отражённый свет в зависимости от угла своего падения имеет ту или иную степень поляризации. Таким образом, при взгляде на блик можно без труда подобрать такой угол расположения фильтра, при котором он будет подавлен, вплоть до полного исчезновения. Аналогичного принципа придерживаются производители качественных противосолнечных очков. Благодаря использованию в их стекле поляроидных фильтров можно убрать мешающие блики, исходящие от поверхности мокрого шоссе либо морской поверхности.
Закон Умова
Любой рассеянный свет с неба представляет собой солнечные лучи, которые претерпели многочисленные отражения от молекул воздуха, а также не раз переломились в ледяных кристаллах либо каплях воды. Вместе с этим, процесс поляризации характерен не только для направленного отражения (к примеру, от воды), но и для диффузного. В 1905 году было доказано, что чем темнее поверхность, от которой отражается световая волна, тем большей является степень поляризации. В историю это вошло, как закон Умова, названный в честь физика, которому удалось доказать эту зависимость. Если рассмотреть её на элементарном примере с асфальтным шоссе, то получается, что во влажном состоянии оно является более поляризованным, чем в сухом виде.
Применение в истории
Несмотря на то что впервые явление поляризации было открыто в 1871 году учёным удалось подробно его объяснить лишь в средине прошлого века. Как бы там ни было, есть исторические сведения, что оно использовалось викингами-моряками для навигации более одной тысячи лет тому назад. В большинстве случаев главным ориентиром для них служило солнце. Однако в облачную погоду они пользовались так называемым солнечным камнем. Есть все основания предполагать, что он представлял собой некий прозрачный минерал, что имел поляризационные свойства. Ориентиром при этом являлась появляющаяся на небе более тёмная полоса. Чтобы доказать предположение историков и действенность такого рода навигации, некоторое время назад норвежский лётчик совершил полёт на небольшом самолёте из родной страны в Гренландию, используя в виде ориентира лишь кристалл кордиерита - минерала с аналогичными солнечному камню характеристиками.
Поляризация и насекомые
Поляризация света видна многим насекомым. Особенно это касается пчёл и муравьёв, которые в облачную погоду благодаря такой своей особенности могут ориентироваться на местности и без труда возвращаться в места обитания. Такая способность достигается за счет строения зрительной системы. В то время как в глазе человека и любого другого млекопитающего животного светочувствительные молекулы располагаются беспорядочно, у насекомых они ориентированы в одном направлении и лежат в аккуратных рядах.
Поляризация некоторых оптических явлений и небесных объектов
Поляризационные эффекты характерны и для таких интересных природных явлений, как гало (светящиеся дуги, которые время от времени появляются вокруг солнца либо луны), радуга и отдельные виды полярного сияния. Это связано с тем, что во всех указанных случаях одновременно происходит отражение света и его преломление. Другими словами, если вращать фильтр и смотреть сквозь него на радугу, в определённый момент она станет практически невидимой. Что касается поляризации некоторых астрономических тел, то самым ярким её примером стала крабовидная туманность, которая наблюдается в созвездии Тельца. Дело в том, что испускаемые ею световые излучения возникают во время торможения магнитным полем стремительно летящих электронов.
Круговая поляризация
Некоторые из разновидностей жуков, спинки которых обладают металлическим блеском, способны отражать лучи и направлять их по кругу. Это явление так и называется - круговая поляризация света. Если рассмотреть через фильтр металлический отблеск от спинок этих насекомых, то можно увидеть, что он всегда закручен в левую сторону. До нашего времени учёным так и не удалось объяснить, в чём заключается биологический смысл данного явления.