lumina polarizata adesea folosit pentru a amortiza lumina reflectată specular de suprafețele dielectrice netede. Ochelarii de soare Polaroid, de exemplu, se bazează pe acest principiu. Când lumina naturală nepolarizată cade pe suprafața unui corp de apă, o parte din ea este reflectată și polarizată în mod specular. Această lumină reflectată face dificilă vederea obiectelor subacvatice. Când priviți apa printr-un polarizator orientat corespunzător, cea mai mare parte a luminii reflectate specular va fi absorbită și vizibilitatea obiectelor subacvatice va fi mult îmbunătățită. Când este privit prin astfel de ochelari, „zgomotul” - lumina reflectată de la suprafață - este redus de 5-20 de ori, iar „semnalul” - lumina de la obiectele subacvatice - este redus de numai 2-4 ori. Astfel, raportul semnal-zgomot crește semnificativ.
microscopia polarizanta. Microscopia polarizante este utilizată pe scară largă într-un număr de studii. Microscopul polarizant este echipat cu două prisme polarizante sau două polaroide. Unul dintre ele - polarizatorul - este situat în fața condensatorului, iar al doilea - analizorul - în spatele lentilei. În ultimii ani, în microscoapele polarizante au fost introduse compensatoare speciale de polarizare, care măresc semnificativ sensibilitatea și contrastul. Folosind microscoape cu compensatoare, au fost detectate și fotografiate astfel de obiecte mici și cu contrast scăzut, cum ar fi structuri birefringente intracelulare și detalii ale structurii nucleelor celulare care nu pot fi detectate în niciun alt mod.
Îmbunătățiți contrastul. Filtrele polarizante sunt adesea folosite pentru a îmbunătăți contrastul elementelor transparente și cu contrast scăzut. Deci, de exemplu, sunt folosite atunci când fotografiați un cer înnorat pentru a spori contrastul dintre nori și un cer senin. Lumina împrăștiată de nori este aproape complet nepolarizată, în timp ce lumina dintr-un cer albastru senin este polarizată semnificativ. Utilizarea filtrelor polarizante este cel mai eficient mijloc de a spori contrastul.
Studii cristalografice și analize fotoelastice.În cristalografie, studiile de polarizare sunt efectuate în mod deosebit de frecvent. Multe cristale și materiale polimerice orientate prezintă birefringență și dicroism semnificative. Prin studierea acestor caracteristici și determinarea direcției axelor corespunzătoare, este posibilă identificarea materialelor, precum și obținerea de date privind structura chimică a noilor substanțe.
De o importanță deosebită în tehnologie este analiza fotoelastică. Aceasta este o metodă care permite evaluarea tensiunilor mecanice prin defazare. Pentru analiza fotoelastică, piesa studiată este realizată dintr-un material transparent cu un coeficient de fotoelasticitate ridicat. Partea principală a instalației pentru fotoanaliza este un polariscop, format dintr-un sistem de iluminare, un polarizator, un analizor și un ocular. Dacă o bandă de sticlă plată este supusă întinderii, sticla va fi oarecum deformată și în ea vor apărea solicitări mecanice. Ca urmare, va deveni birefringent și va schimba faza undei luminoase. Măsurând defazajul, se poate determina mărimea tensiunii.
Metoda analizei fotoelastice poate fi folosit și în oftalmologie, deoarece în membranele ochiului s-au găsit fenomene fotoelastice.
V. MURAKHVERI
Fenomenul de polarizare a luminii, studiat atat la cursurile de fizica de la scoli cat si la institut, ramane in memoria multora dintre noi ca un fenomen optic curios care isi gaseste aplicatie in tehnologie, dar nu se intalneste in viata de zi cu zi. Fizicianul olandez G. Kennen, în articolul său publicat în revista Natuur en Techniek, arată că acest lucru este departe de a fi cazul - lumina polarizată ne înconjoară literalmente.
Ochiul uman este foarte sensibil la culoare (adică, lungimea de undă) și luminozitatea luminii, dar a treia caracteristică a luminii, polarizarea, îi este practic inaccesibilă. Suferim de orbire de polarizare. În acest sens, unii reprezentanți ai lumii animale sunt mult mai perfecți decât noi. De exemplu, albinele disting polarizarea luminii aproape la fel de bine ca culoarea sau luminozitatea. Și din moment ce lumina polarizată se găsește adesea în natură, le este dat să vadă ceva în lumea din jurul lor, care este complet inaccesibil ochiului uman. Este posibil să explicăm unei persoane ce este polarizarea, cu ajutorul unor filtre speciale de lumină, el poate vedea cum se schimbă lumina dacă polarizarea este „scăzută” din ea, dar se pare că nu ne putem imagina o imagine a lumii prin „ochii lui”. o albină” (mai ales că viziunea insectelor este diferită de cea umană și în multe alte privințe).
Orez. unu. Schema structurii receptorilor vizuali ai oamenilor (stânga) și artropodelor (dreapta). La om, moleculele de rodopsina sunt aranjate aleatoriu cu pliurile membranei intracelulare, la artropode - pe excrescentele celulei, in randuri ordonate.
Polarizarea este orientarea oscilațiilor unei unde luminoase în spațiu. Aceste vibrații sunt perpendiculare pe direcția fasciculului de lumină. O particulă de lumină elementară (cuantum de lumină) este o undă care poate fi comparată pentru claritate cu o undă care va rula de-a lungul unei frânghii dacă, după ce ați fixat un capăt al acesteia, scuturați celălalt cu mâna. Direcția vibrației frânghiei poate fi diferită, în funcție de direcția de scuturare a frânghiei. În același mod, direcția oscilațiilor undelor cuantice poate fi diferită. Un fascicul de lumină este format din multe cuante. Dacă vibrațiile lor sunt diferite, o astfel de lumină nu este polarizată, dar dacă toate cuantele au exact aceeași orientare, lumina se numește complet polarizată. Gradul de polarizare poate fi diferit în funcție de ce fracție de cuante din el are aceeași orientare a oscilațiilor.
Există filtre care trec doar acea parte a luminii, ale cărei valuri sunt orientate într-un anumit fel. Dacă priviți lumina polarizată printr-un astfel de filtru și întoarceți filtrul în același timp, luminozitatea luminii transmise se va schimba. Acesta va fi maxim atunci când direcția de transmitere a filtrului coincide cu polarizarea luminii și minim atunci când aceste direcții sunt complet (cu 90°) divergente. Un filtru poate detecta polarizări mai mari de aproximativ 10%, iar echipamentele speciale detectează polarizări de ordinul a 0,1%.
Filtrele polarizante sau Polaroid-urile sunt vândute la magazinele de articole foto. Dacă te uiți la un cer albastru senin printr-un astfel de filtru (când este înnorat, efectul este mult mai puțin pronunțat) la aproximativ 90 de grade din direcția către Soare, adică astfel încât Soarele să fie în lateral, și în același timp Întoarceți în timp filtrul, atunci este clar că la o anumită poziție a filtrului pe cer apare o linie întunecată. Aceasta indică polarizarea luminii care emană din această zonă a cerului. Filtrul polaroid ne dezvăluie un fenomen pe care albinele îl văd cu „ochiul simplu”. Dar nu ar trebui să creadă că albinele văd aceeași dungă întunecată pe cer. Poziția noastră poate fi comparată cu cea a unui daltonist complet, o persoană incapabilă de a vedea culorile. Oricine distinge doar negru, alb și diverse nuanțe de gri, ar putea, privind lumea din jurul său alternativ prin filtre de lumină de diverse culori, să observe că imaginea lumii se schimbă oarecum. De exemplu, printr-un filtru roșu, un mac roșu ar arăta diferit pe un fundal de iarbă verde; printr-un filtru galben, norii albi pe un cer albastru ar ieși mai puternic în evidență. Dar filtrele nu ar ajuta o persoană daltonică să înțeleagă cum arată lumea pentru o persoană cu viziune a culorilor. La fel ca filtrele daltoniste, un filtru de polarizare ne poate spune doar că lumina are o anumită proprietate care nu este percepută de ochi.
Polarizarea luminii care vine de pe cerul albastru poate fi observată de unii cu ochiul liber. Potrivit celebrului fizician sovietic Academician S.I. Vavilov, 25 ... 30% dintre oameni au această abilitate, deși mulți dintre ei nu sunt conștienți de ea. Când observă o suprafață care emite lumină polarizată (de exemplu, același cer albastru), astfel de oameni pot observa o bandă galbenă slabă cu capete rotunjite în mijlocul câmpului vizual.
Orez. 2.
Petele albăstrui din centrul său și de-a lungul marginilor sunt și mai puțin vizibile. Dacă planul de polarizare al luminii se rotește, atunci se rotește și banda galbenă. Este întotdeauna perpendicular pe direcția vibrațiilor luminii. Aceasta este așa-numita figură Heidinger, a fost descoperită de fizicianul german Heidinger în 1845. Capacitatea de a vedea această cifră poate fi dezvoltată dacă reușiți să o observați măcar o dată. Interesant este că în 1855, nefiind familiarizat cu articolul lui Haidinger, publicat cu nouă ani mai devreme într-un jurnal german de fizică, Lev Tolstoi a scris (Tineretul, capitolul XXXII): „... Las involuntar cartea și mă uit la ușa deschisă. a balconului, în crengile încrețite agățate de mesteacăn înalți, pe care deja se așterne umbra serii, și în cerul senin, pe care, în timp ce privești cu atenție, o pată gălbuie și prăfuită apare și dispare din nou... ” a fost observaţia marelui scriitor.
Orez. 3.
În lumină nepolarizată ( 1 ) oscilațiile componentelor electrice și magnetice apar într-o varietate de planuri, care pot fi reduse la două, evidențiate în această figură. Dar nu există oscilații de-a lungul căii de propagare a fasciculului (lumina, spre deosebire de sunet, nu este oscilații longitudinale). În lumină polarizată ( 2 ) se evidențiază un plan de vibrație. În lumina polarizată într-un cerc (circular), acest plan este răsucit în spațiu de un șurub ( 3 ). O diagramă simplificată explică de ce lumina reflectată este polarizată ( 4 ). După cum sa menționat deja, toate planurile de oscilație existente în fascicul pot fi reduse la două, acestea fiind indicate prin săgeți. Una dintre săgeți se uită la noi și ne este vizibilă în mod convențional sub formă de punct. După reflectarea luminii, una dintre direcțiile de oscilație existente în ea coincide cu noua direcție de propagare a fasciculului, iar oscilațiile electromagnetice nu pot fi direcționate de-a lungul căii de propagare a acestora.
Figura Haidinger poate fi văzută mult mai clar atunci când este privită printr-un filtru verde sau albastru.
Polarizarea luminii dintr-un cer senin este doar un exemplu de fenomene de polarizare din natură. Un alt caz comun este polarizarea luminii reflectate, strălucirea, de exemplu, pe suprafața apei sau a vitrinelor din sticlă. De fapt, filtrele fotografice polaroid sunt proiectate astfel încât fotograful să poată, dacă este necesar, să elimine aceste străluciri interferente (de exemplu, când fotografiați fundul unui rezervor de mică adâncime sau fotografiați picturi și exponate de muzeu protejate de sticlă). Acțiunea polaroidelor în aceste cazuri se bazează pe faptul că lumina reflectată este polarizată într-un grad sau altul (gradul de polarizare depinde de unghiul de incidență al luminii și la un anumit unghi, care este diferit pentru diferite substanțe, așa-numitul unghi Brewster, lumina reflectată este complet polarizată). Dacă ne uităm acum la strălucirea printr-un filtru polaroid, nu este greu să găsim o astfel de întorsătură a filtrului la care strălucirea este complet sau în mare măsură suprimată.
Folosirea filtrelor polaroid în ochelari de soare sau parbrize vă permite să eliminați strălucirea orbitoare de la suprafața mării sau de pe o autostradă umedă.
De ce lumina reflectată și lumina împrăștiată din cer sunt polarizate? Un răspuns complet și riguros din punct de vedere matematic la această întrebare depășește scopul unei mici publicații de popularitate (cititorii îl pot găsi în literatura de specialitate enumerată la sfârșitul articolului). Polarizarea în aceste cazuri se datorează faptului că vibrațiile chiar și într-un fascicul nepolarizat sunt deja „polarizate” într-un anumit sens: lumina, spre deosebire de sunet, nu este vibrații longitudinale, ci transversale. Nu există oscilații în fascicul de-a lungul căii de propagare a acestuia (vezi diagrama). Oscilațiile componentelor magnetice și electrice ale undelor electromagnetice într-un fascicul nepolarizat sunt direcționate în toate direcțiile de la axa sa, dar nu de-a lungul acestei axe. Toate direcțiile acestor oscilații pot fi reduse la două, reciproc perpendiculare. Când fasciculul este reflectat din plan, acesta își schimbă direcția și una dintre cele două direcții de oscilație devine „interzisă”, deoarece coincide cu noua direcție de propagare a fasciculului. Fasciculul devine polarizat. Într-o substanță transparentă, o parte din lumină merge mai adânc, fiind refractată, iar lumina refractată este și ea polarizată, deși într-o măsură mai mică decât cea reflectată.
Lumina împrăștiată a cerului nu este altceva decât lumina soarelui, care a suferit multiple reflexii de la moleculele de aer, refractate în picături de apă sau cristale de gheață. Prin urmare, într-o anumită direcție de la Soare, este polarizat. Polarizarea are loc nu numai cu reflexia direcțională (de exemplu, de la suprafața apei), ci și cu reflexia difuză. Așadar, cu ajutorul unui filtru polaroid, este ușor de verificat dacă lumina reflectată de pavajul autostrăzii este polarizată. În acest caz, operează o dependență uimitoare: cu cât suprafața este mai întunecată, cu atât lumina reflectată de ea este mai polarizată. Această dependență se numește legea lui Umov, după fizicianul rus care a descoperit-o în 1905. O autostradă asfaltată, conform legii lui Umov, este mai polarizată decât una din beton, iar una umedă este mai polarizată decât una uscată. O suprafață umedă nu este doar mai strălucitoare, dar este și mai întunecată decât una uscată.
Rețineți că lumina reflectată de suprafața metalelor (inclusiv din oglinzi - la urma urmei, fiecare oglindă este acoperită cu un strat subțire de metal) nu este polarizată. Acest lucru se datorează conductivității ridicate a metalelor, datorită faptului că au o mulțime de electroni liberi. Reflexia undelor electromagnetice de pe astfel de suprafețe are loc diferit față de suprafețele dielectrice, neconductoare.
Polarizarea luminii cerului a fost descoperită în 1871 (după alte surse, chiar și în 1809), dar o explicație teoretică detaliată a acestui fenomen a fost dată abia la mijlocul secolului nostru. Cu toate acestea, după cum au descoperit istoricii care studiază vechile saga scandinave ale călătoriilor vikingilor, marinarii curajoși cu aproape o mie de ani în urmă au folosit polarizarea cerului pentru a naviga. De obicei navigau, ghidați de Soare, dar atunci când soarele era ascuns în spatele norilor continui, ceea ce nu este neobișnuit la latitudinile nordice, vikingii priveau cerul printr-o „piatră a soarelui” specială, care făcea posibil să se vadă o fâșie întunecată. pe cer la 90 ° față de direcția Soarelui dacă norii nu sunt prea denși. Din această bandă poți judeca unde este Soarele. „Piatra Soarelui” este aparent unul dintre mineralele transparente cu proprietăți de polarizare (cel mai probabil spatar islandez, comun în nordul Europei), iar apariția unei benzi mai întunecate pe cer se explică prin faptul că, deși Soarele nu este vizibil în spate norii, lumina cerului pătrunzând prin nori, rămâne oarecum polarizat. Cu câțiva ani în urmă, testând această presupunere a istoricilor, un pilot a zburat cu un avion mic din Norvegia până în Groenlanda, folosind doar un cristal din mineralul cordierit, care polarizează lumina, ca dispozitiv de navigație.
S-a spus deja că multe insecte, spre deosebire de oameni, văd polarizarea luminii. Albinele și furnicile, nu mai rele decât vikingii, folosesc această abilitate pentru a se orienta în cazurile în care Soarele este acoperit de nori. Ce dă ochiului insectelor această capacitate? Cert este că în ochiul mamiferelor (inclusiv al oamenilor) moleculele pigmentului sensibil la lumină rodopsina sunt aranjate aleatoriu, iar în ochiul unei insecte aceleași molecule sunt stivuite în rânduri ordonate, orientate într-o singură direcție, ceea ce le permite. să reacţioneze mai puternic la lumina ale cărei vibraţii corespund planului de aşezare al moleculelor. Figura Haidinger poate fi văzută deoarece o parte a retinei noastre este acoperită cu fibre subțiri, paralele, care polarizează parțial lumina.
Efecte curioase de polarizare sunt observate și în fenomenele optice cerești rare, cum ar fi curcubeele și halourile. Faptul că lumina curcubeului este foarte polarizată a fost descoperit în 1811. Prin rotirea filtrului polaroid, puteți face curcubeul aproape invizibil. Lumina haloului este, de asemenea, polarizată - cercuri sau arcuri luminoase care apar uneori în jurul Soarelui și Lunii. În formarea atât a curcubeului, cât și a unui halou, împreună cu refracția, este implicată reflexia luminii și ambele procese, după cum știm deja, duc la polarizare. Polarizat și unele tipuri de aurore.
În sfârșit, trebuie menționat că lumina unor obiecte astronomice este și ea polarizată. Cel mai faimos exemplu este Nebuloasa Crabului din constelația Taur. Lumina emisă de acesta este așa-numita radiație sincrotron, care apare atunci când electronii care zboară rapid sunt decelerati de un câmp magnetic. Radiația sincrotron este întotdeauna polarizată.
Revenind pe Pământ, observăm că unele specii de gândaci, care au o strălucire metalică, transformă lumina reflectată din spate într-un cerc polarizat. Acesta este numele luminii polarizate, al cărei plan de polarizare este răsucit în spațiu într-o direcție elicoidală, la stânga sau la dreapta. Reflexia metalică a spatelui unui astfel de gândac, atunci când este privită printr-un filtru special care dezvăluie polarizare circulară, se dovedește a fi stângacă. Toți acești gândaci aparțin familiei scarabeilor.Care este sensul biologic al fenomenului descris este încă necunoscut.
Literatură:
- Bragg W. Lumea luminii. Lumea sunetului. Moscova: Nauka, 1967.
- Vavilov S.I. Ochi și Soare. Moscova: Nauka, 1981.
- Vener R. Navigație cu lumină polarizată la insecte. Jurnal. Scientific American, iulie 1976
- Zhevandrov I.D. Anizotropie și optică. Moscova: Nauka, 1974.
- Kennen G.P. Lumină invizibilă. polarizare în natură. Jurnal. Natuur en tekhniek. nr. 5. 1983.
- Minnart M. Lumină și culoare în natură. Moscova: Fizmatgiz, 1958.
- Frisch K. Din viața albinelor. M.: Mir, 1980.
Știință și viață. 1984. Nr. 4.
a) Filtre polarizante.
Lumina reflectată din apă, de la alți dielectrici, conține strălucire strălucitoare, orbind ochii, înrăutățind imaginea. Stralucirea, datorita legii lui Brewster, are o componenta polarizata, in care vectorii de lumina sunt paraleli cu suprafata reflectanta. Dacă un filtru de lumină polarizantă este plasat pe calea luminii strălucitoare, al cărei plan de transmisie este perpendicular pe suprafața reflectantă, atunci strălucirea se va stinge complet sau parțial. Filtrele polarizante sunt folosite în fotografie, pe periscoapele submarine, în binocluri, microscoape etc.
b) Polarimetre, zaharimetre.
Acestea sunt dispozitive care folosesc proprietatea luminii polarizate plan pentru a roti planul de oscilație în substanțe care sunt numite optic active, cum ar fi soluțiile. Unghiul de rotație este proporțional cu calea optică și cu concentrația substanței:
În cel mai simplu caz, un polarimetru este un polarizator și un analizor plasate în serie într-un fascicul de lumină. Dacă planurile lor de transmisie sunt reciproc perpendiculare, atunci lumina nu trece prin ele. Prin plasarea unei substanțe optic activă între ele, se observă iluminarea. Prin rotirea analizorului prin unghiul de rotație al planului de oscilație φ, se obține din nou o întrerupere completă. Polarimetrele sunt folosite pentru a măsura concentrația soluțiilor, pentru a studia structura moleculară a substanțelor.
în). Indicatori cu cristale lichide.
Cristalele lichide sunt substanțe ale căror molecule sunt fie sub formă de filamente, fie sub formă de discuri plate. Chiar și într-un câmp electric slab, moleculele sunt orientate, iar lichidul capătă proprietățile unui cristal. Într-un afișaj cu cristale lichide, lichidul este situat între polaroid și oglindă. Dacă lumina polarizată trece în regiunea electrozilor, atunci pe calea optică în două grosimi ale stratului lichid, planul de oscilație se rotește cu 90 ° și lumina nu iese prin polaroid și se observă o imagine neagră a electrozilor. Rotația se datorează faptului că fasciculele obișnuite și extraordinare de lumină se propagă în cristal cu viteze diferite, apare o diferență de fază, iar vectorul luminos rezultat se rotește treptat. In afara electrozilor iese lumina si se observa un fundal gri.
Există multe utilizări pentru lumina polarizată. Investigarea tensiunilor interne în lentilele telescopului, în modelele din sticlă ale pieselor. Aplicarea celulei Kerr ca fotoportă rapidă pentru laserele pulsate. Măsurarea intensității luminii în fotometre.
întrebări de testare
1. Care este scopul instalării polarizatoarelor pe periscoapele submarine?
2. Ce acțiuni efectuează un fotograf cu filtru polarizant când îl instalează pe obiectiv înainte de a face o fotografie?
3. De ce lumina naturală este polarizată când este reflectată de dielectrici, dar nu este polarizată când este reflectată de metale?
4. Înfățișați cursul fasciculelor de lumină naturală care cad pe afișajul cu cristale lichide al unui telefon mobil în câmpul electric și în afara câmpului.
5. Lumina reflectată de indicatorul digital al ceasului de mână este naturală sau polarizată?
6. Cum să aranjați avioanele de transmisie polaroid pe farurile și parbrizul mașinii, astfel încât mașinile care vin din sens opus să nu se orbească unele pe altele?
7. Intensitatea luminii care trece prin analizor se modifică cu un factor de doi atunci când este rotită la fiecare 90 de grade. Ce este această lumină? Care este gradul de polarizare a luminii?
8. Pe calea luminii naturale, există mai multe plăci de sticlă paralele la unghiul Brewster (piciorul lui Stoletov). Cum se modifică gradul de polarizare și intensitatea fasciculului de lumină transmis odată cu creșterea numărului de plăci?
9. Pe calea luminii naturale, există mai multe plăci de sticlă paralele la unghiul Brewster (piciorul lui Stoletov). Cum se modifică gradul de polarizare și intensitatea fasciculului de lumină reflectată odată cu creșterea numărului de plăci?
10. Un fascicul de lumină polarizat plan la unghiul Brewster este incident pe suprafața unui dielectric. Planul de oscilații al vectorului luminos se rotește.Cum depinde intensitatea de unghiul dintre planul de incidență și planul de oscilații al vectorului luminos?
11. Dacă priviți un punct luminos printr-un cristal birefringent de spate islandeză, puteți vedea două puncte. Cum se schimbă aranjamentul lor reciproc dacă cristalul este rotit
12. Dacă un fascicul îngust de lumină trece printr-un cristal birefringent, atunci din el ies două fascicule de lumină. Cum să demonstrăm că acestea sunt fascicule polarizate reciproc perpendiculare?
13. Dacă un fascicul îngust de lumină trece printr-un cristal de turmalină birefringent, atunci din el ies două fascicule de lumină. Cum să afli care dintre ele este obișnuită și care este un fascicul de lumină extraordinar?
14. Strălucirea luminii dintr-o băltoacă orbește ochiul. Cum ar trebui să fie situat planul de transmisie a luminii al ochelarilor polarizați față de verticală?
15. Explicați cum să obțineți o imagine tridimensională pe un ecran plat într-un cinematograf stereo.
16. Explicați de ce se folosesc filtre polarizante la microscoape?
17. Cum se demonstrează că fasciculul laser este lumină polarizată plană. De ce un laser produce lumină polarizată plană?
18. Cum ar trebui să fie poziționată axa optică a unui cristal birefringent astfel încât fasciculele obișnuite și extraordinare de lumină să se propagă după trecerea împreună?
19. Fascicule de lumină obișnuite și extraordinare se propagă într-un cristal împreună cu viteze diferite V despre V e
Aplicații practice ale polarizării luminii. Aplicațiile polarizării luminii pentru nevoile practicii sunt foarte diverse. Unele dintre ele au fost dezvoltate cu mult timp în urmă și în detaliu și sunt utilizate pe scară largă. Alții doar își croiesc drum. În termeni metodologici, toate se caracterizează prin următoarea caracteristică - fie vă permit să rezolvați probleme care sunt complet inaccesibile altor metode, fie să le rezolvați într-un mod complet original, concis și eficient.
Departe de a pretinde a fi o descriere completă a tuturor aplicațiilor practice ale polarizării luminii, ne vom limita la exemple din diverse domenii de activitate, ilustrând amploarea aplicării și utilitatea acestor metode.
Una dintre sarcinile de zi cu zi importante ale ingineriei iluminatului este schimbarea și ajustarea lină a intensității fluxurilor de lumină. Rezolvarea acestei probleme folosind o pereche de polarizatoare (de exemplu, polaroid) are o serie de avantaje față de alte metode de ajustare. Intensitatea se poate schimba ușor de la maxim (cu polaroiduri paralele) la aproape întuneric (cu polaroiduri încrucișate). În acest caz, intensitatea se modifică uniform pe întreaga secțiune transversală a fasciculului, iar secțiunea transversală în sine rămâne constantă. Polaroidele pot fi realizate la dimensiuni mari, astfel încât astfel de perechi sunt folosite nu numai în echipamentele de laborator, fotometre, sextante sau ochelari de soare, ci și în hublourile navelor cu aburi, geamurile vagoanelor de cale ferată etc.
Polaroidurile pot fi utilizate și în sistemele de blocare a luminii, adică sisteme care permit luminii să treacă acolo unde este nevoie și blochează acolo unde nu este. Un exemplu este blocarea luminii a farurilor auto. Dacă polaroid-urile sunt plasate pe farurile și vizorul mașinilor, orientate la 45 ° spre dreapta față de verticală, atunci polaroid-urile de pe faruri și vizorul acestei mașini vor fi paralele. În consecință, șoferul va avea o vedere bună asupra drumului și a mașinilor care se apropie, iluminate de propriile faruri. Dar farurile polaroid ale vehiculelor care se apropie vor fi încrucișate cu polaroidul vizorului vehiculului. Prin urmare, lumina orbitoare a farurilor unui vehicul care se apropie se va stinge. Fără îndoială, acest lucru ar face munca de noapte a șoferilor mult mai ușoară și mai sigură.
Un alt exemplu de blocare a luminii de polarizare este echipamentul de iluminat al locului de muncă al operatorului, care trebuie să vadă simultan, de exemplu, un ecran de osciloscop și unele tabele, grafice sau hărți. Lumina lămpilor care iluminează mesele, căzând pe ecranul osciloscopului, degradează contrastul imaginii de pe ecran. Acest lucru poate fi evitat prin echiparea iluminatorului și a ecranului cu polaroid-uri cu orientare reciproc perpendiculară.
Polaroidele pot fi utile celor care lucrează pe apă (marinarii, pescari etc.) pentru a amortiza reflexiile speculare din apă, care, după cum știm, sunt parțial polarizate. Polarizatoarele sunt utilizate pe scară largă în fotografie pentru a elimina strălucirea obiectelor fotografiate (tablouri, articole din sticlă și porțelan etc.). În acest caz, puteți plasa polarizatoare între sursă și suprafața reflectorizante, acest lucru ajută la stingerea completă a strălucirii. Această metodă este utilă pentru iluminarea studiourilor foto, galeriilor de artă, fotografiarea operațiilor chirurgicale și în multe alte cazuri.
Stingerea luminii reflectate la o incidență normală sau apropiată de cea normală poate fi efectuată folosind polarizatoare circulare. Anterior, știința a demonstrat că în acest caz, lumina circulară dreapta se transformă în lumină circulară stânga (și invers). Prin urmare, același polarizator care creează o lumină incidentă polarizată circular va anula lumina reflectată.
În spectroscopie, astrofizică și ingineria luminii, filtrele polarizante sunt utilizate pe scară largă, care fac posibilă izolarea benzilor înguste din spectrul studiat, precum și modificarea saturației sau a nuanței unei culori după cum este necesar. Acțiunea lor se bazează pe faptul că parametrii principali ai polarizatorilor și plăcilor de fază (de exemplu, dicroismul polaroid) depind de lungimea de undă. Prin urmare, diferite combinații ale acestor dispozitive pot fi utilizate pentru a modifica distribuția spectrală a energiei în fluxurile de lumină. De exemplu, o pereche de polaroid cromatic, care sunt dicroice doar în regiunea vizibilă, vor transmite lumină roșie în poziție încrucișată și albă în poziție paralelă. Acest cel mai simplu dispozitiv este convenabil pentru iluminarea laboratoarelor foto.
Filtrele de polarizare folosite pentru cercetările astrofizice conțin un număr destul de mare de elemente (de exemplu, șase polarizatoare și cinci plăci de fază alternând cu acestea cu o anumită orientare) și permit obținerea unor benzi de transmisie destul de înguste.
Multe materiale noi devin din ce în ce mai ferm stabilite în viața noastră de zi cu zi. Nu este vorba doar despre un computer sau alte tehnologii înalte. Pentru dreptate, trebuie remarcat faptul că sacii de gunoi moderni de 100l pot fi plasați atât deșeuri, cât și substanțe în vrac pentru transfer și depozitare temporară. Pungile au o rezistență suficient de mare, datorită căreia sunt utilizate pe scară largă în depozitele alimentare și chimice. Mulți directori de afaceri au apreciat deja avantajele acestor produse și le folosesc activ atât în depozit, cât și în nevoile casnice.
Balyatinskaya Ulyana, elevă în clasa a XI-a
Lucrarea oferă material vizual pentru lecția cu tema „Aplicarea practică a fenomenului de polarizare”
Descarca:
Previzualizare:
Pentru a utiliza previzualizarea prezentărilor, creați un cont Google (cont) și conectați-vă: https://accounts.google.com
Subtitrări slide-uri:
Aplicarea polarizării luminii Completată de elevul de clasa a XI-a Ulyana Balyatinskaya
Microscoape polarizante Principiul de funcționare al microscoapelor polarizante se bazează pe obținerea unei imagini a obiectului studiat atunci când acesta este iradiat cu fascicule polarizante, care, la rândul lor, trebuie generate din lumina obișnuită folosind un dispozitiv special - un polarizator.
Foarte des, atunci când se reflectă din stratul de zăpadă, se formează suprafața apei, zăpada umedă, sticlă, o lumină strălucitoare care taie ochii, ele sunt numite „strălucire”. Aceste „străluciri” reduc calitatea fotografiilor, interferează cu pescuitul pescarilor, înrăutățesc vizibilitatea șoferilor de mașini. Pentru a suprima lumina reflectată, lentilele polarizante sunt folosite în ochelari, filtre de lumină în camere.
Ochelari de soare polarizați Ochelarii de soare polarizați vă protejează ochii de strălucire, care este lumina reflectată de diferite suprafețe. Razele de lumină sunt reflectate de pe carosabil, zăpada întinsă pe pământ, de la suprafața apei, de pe pereții și acoperișurile caselor. Aceste raze de lumină reflectate formează strălucire. Orbirea degradează calitatea vederii, îngreunează vederea detaliilor, jaluzele strălucitoare. Reflexia este mai puternică, cu atât reflectivitatea suprafeței este mai mare. De exemplu, razele soarelui sunt puternic reflectate de pe un drum umed, mai ales când soarele este jos la orizont. Orbirea șoferului în aceste situații crește riscul unui accident pe drum. Ochelarii de soare polarizați au capacitatea de a bloca razele de lumină reflectate și, astfel, de a îmbunătăți calitatea vederii, de a crește contrastul imaginii și de a crește confortul vizual în general. Dispozitivul ochelarilor polarizati Ochelarii polarizati sunt echipati cu ochelari polarizati speciali care au capacitatea de a bloca lumina solara reflectata de suprafetele orizontale. Lentilele polarizante sunt de obicei o structură cu mai multe straturi, în interiorul căreia se află un film polarizant transparent. Filmul polarizant este instalat în lentile astfel încât să transmită doar lumină polarizată vertical. Razele de lumină reflectate de suprafețele orizontale (câmp înzăpezit, suprafața apei etc.), dimpotrivă, au polarizare orizontală și, prin urmare, nu trec prin lentile polarizante. În același timp, razele care provin de la alte obiecte sunt nepolarizate și, prin urmare, trec prin lentile polarizate și formează o imagine clară pe retină.
Tehnologiile pentru producerea ochelarilor pot fi reduse la două. În primul caz, pe o peliculă sunt aplicate cristale dintr-o substanță polarizantă, care este lipită între două plăci de plastic care formează lentila ochelarilor. Această tehnologie este cea mai ieftină. A doua tehnologie consta in plasarea cristalelor substantei polarizante direct in sticla lentilei ochelarilor. Această tehnologie este mult mai scumpă ca cost, dar calitatea fabricării unor astfel de ochelari este mult mai mare. Cu cât ochelarii sunt mai ieftini, cu atât lentilele sunt mai subțiri și stratul de substanță polarizantă este mai subțire. O consecință directă a acestui lucru este un nivel scăzut de polarizare. Ochelarii buni sunt destul de scumpi, dar justifică întotdeauna banii cheltuiți pe ei. Dacă vorbim de prețuri, atunci ochelarii destul de decenți costă între 50 și 100 de dolari SUA.
Selectarea culorii ochelarilor Griul este potrivit pentru o zi însorită. Culorile sunt transmise practic fără distorsiuni, permițându-vă să vedeți lucrurile cu nuanțele lor naturale. Dacă doriți să găsiți un compromis între contrastul bun și nuanțe naturale, alegeți maro. Culoarea portocalie (cupru) este aproape universală, dar este cea mai frumoasă pe vreme înnorată. Cei mai renumiți pescari, pentru care succesul pescuitului constă în mare parte în capacitatea de a vedea peștele, folosesc aceste lentile.Dacă pescuiți dimineața devreme și după-amiaza târziu, atunci culoarea galbenă a lentilelor este de preferat, deoarece vă permite pentru a le folosi în condiții de lumină excepțional de scăzută. Doar nu purtați astfel de ochelari pe vreme însorită, deoarece ochii necesită o protecție mai serioasă.
Ochelarii de soare obișnuiți pur și simplu întunecă mediul vizibil, nu protejează împotriva strălucirii. Ochelarii cu lentile polarizate împiedică pătrunderea luminii reflectate de diverse obiecte, permițând să treacă doar luminii care este utilă ochiului uman.
Filtre polarizante Este imposibil să ne imaginăm fotografia modernă fără filtre polarizante. Este o placa dintr-un material special, fixata intre doua pahare plate si lumina polarizanta. Întregul sistem este montat într-un cadru rotativ special, pe care este aplicat un marcaj care arată poziția planului de polarizare. Un filtru de polarizare mărește claritatea și puritatea culorilor dintr-o fotografie și ajută la eliminarea strălucirii. Din acest motiv, culoarea proprie a obiectelor apare mai bine în fotografie, saturația culorii crește.
Dispozitiv cu monitor LCD. C constă dintr-un strat de molecule între doi electrozi transparenți și două filtre polarizante ale căror planuri de polarizare sunt perpendiculare. În absența cristalelor lichide, lumina transmisă de primul filtru este aproape complet blocată de cel de-al doilea.În absența unei tensiuni electrice între electrozi, moleculele se aliniază într-o structură elicoidală, în timp ce planul de polarizare se rotește cu 90 °. înainte ca al doilea filtru și lumina să treacă prin filtrul vertical fără pierderi. Dacă se aplică o tensiune electrozilor, moleculele tind să se alinieze în direcția câmpului, ceea ce distorsionează structura elicoidală. La o intensitate suficientă a câmpului, aproape toate moleculele devin paralele, ceea ce duce la opacitatea structurii. Schimbând tensiunea dintre electrozi, puteți controla fluxul de lumină care trece prin monitor. În același timp, nu ecranele televizorului strălucesc, ci un strat subțire de cristale lichide.
Lumina polarizată a dispozitivului Bioptron are un efect reglator asupra multor procese fiziologice din organism, asupra sistemului imunitar, are efecte antiinflamatorii, imunomodulatori, analgezice și stimulează regenerarea țesuturilor. Sub influența luminii polarizate, activitatea energetică a membranei celulare, absorbția de oxigen de către țesuturi crește, proprietățile reologice ale sângelui și ale microcirculației, schimbul de gaze și funcția de transport a sângelui se îmbunătățesc, iar activitatea funcțională a tuturor leucocitelor circulante se modifică.
Fapte interesante despre polarizarea luminii Lumina soarelui într-o anumită direcție de la Soare este polarizată. Polarizarea razelor solare are loc ca urmare a reflexiei din moleculele de aer și a refracției pe picăturile de apă.De aceea, folosind un polaroid, puteți închide complet curcubeul.Multe insecte, spre deosebire de oameni, văd lumină polarizată. Albinele și furnicile navighează bine chiar și atunci când Soarele este ascuns în spatele norilor. În ochiul uman, moleculele pigmentului sensibil la lumină rodopsina sunt aranjate aleatoriu, iar în ochiul unei insecte, aceleași molecule sunt stivuite în rânduri ordonate, orientate în aceeași direcție, ceea ce le permite să răspundă mai puternic la lumină, ale cărei vibrații corespund planurilor moleculare.
Întorcând cristalul și urmărind schimbarea luminii atmosferice a soarelui care trece prin el, vikingii au putut, pe baza unor astfel de observații, să determine direcția Soarelui, chiar dacă acesta se afla sub linia orizontului.
Vă mulțumim pentru atenție
