Polarizacija svetlobe: njeno bistvo in vloga v naravi

Veliko ljudi meni, da je polarizacija svetlobe fenomenalni pojav, ki je razširjen in se uporablja v tehnologiji in se skoraj nikoli ne pojavi v vsakdanjem življenju. Dejansko ta izjava ni povsem pravilna, kot je dokazal članek nizozemskega fizika G. Kennena.

Splošni koncept

Z znanstvenega vidika je polarizacija svetlobe orientacija v prostoru svetlobnih nihanj, ki so pravokotne na smer gibanja valov. Svetlobni žarek je sestavljen iz niza preprostih elementov, imenovanih kvanti. Smer njihovih nihanj je lahko zelo raznolika. V primeru, ko se kvanti razlikujejo v enaki usmeritvi, se svetlobni tok imenuje polariziran. Glede na delež takih delcev v danem sevanju se stopnja polarizacije spremeni.

Filtri

Obstajajo številni filtri, ki lahko prenašajo samo žarke s posebno orientacijo. Če pogledate skozi njih na polarizirani svetlobni tok in se hkrati zavrti, se spremeni svetlost. V primeru, ko bo polarizacija svetlobe sovpadala s smerjo prenosa, bo postala maksimalna in s polno neskladnostjo - minimalna. Take filtre lahko kupite v rednih trgovinah, specializiranih za prodajo fotografske opreme. Ko pogledate skozi njih na čisto nebo, pod pogojem, da je Sonce ob strani, boste na določeni točki v zavoju videli trak črne barve. To je dokaz, da so svetlobni valovi, ki izhajajo iz tega dela neba, polarizirani.

Gaidingerjeva slika

Nekoč je znani fizik iz ZSSR S. I. Vavilov izvedla raziskave, rezultati katerih so razvili zanimivo teorijo. Po njenem mnenju je polarizacija svetlobe vidna brez kakršnih koli pripomočkov za približno vsako četrto osebo na planetu. Poleg tega se večina teh ljudi niti ne zaveda prisotnosti takšne značilnosti v svoji lastni viziji. Ko gledamo na isto modro nebo v središču njihovega vidnega polja, se pojavi komaj opazen rumeni trak z rahlo zaobljenimi konci. V sredini in na robovih so tudi bledo modri madeži. Ko zavrtite ravnino polarizacije, se tudi trak vrti, saj je glede na smer svetlobnih nihanj vedno pravokoten. V znanosti je ta pojav znan kot Gaidingerjeva slika. Ime je dobil po nemškem fiziku, ki ga je odkril leta 1845. Če jo kdaj opazite, lahko razvijemo možnost videti to mesto. Opozoriti je treba, da je pri uporabi modrega ali zelenega svetlobnega filtra jasno vidna slika Gaidingerja.

Primeri polarizacije svetlobe in kako jo odpraviti

Polarizacija svetlobe, katere izvor je jasno nebo, je le najpreprostejši in najbolj razširjen primer tega pojava. Druge precej pogoste primere lahko imenujemo bleščanje, ki leži na steklenih oknih in na površini vode. Po potrebi jih lahko odpravite s pomočjo posebnih polaroidnih filtrov, ki jih fotografi najpogosteje uporabljajo. Postanejo nenadomestljive, če morate na fotografiji ujeti kakršne koli slike, zaščitene s steklom, ali muzejske eksponate. Načelo njihovega delovanja temelji na dejstvu, da ima odsevna svetloba, odvisno od kota njene vpadnosti, določeno stopnjo polarizacije. Torej, ko gledamo na izboklino, lahko z lahkoto najdemo kot filtra, v katerem bo potlačen, do popolnega izginotja. Isto načelo sledijo proizvajalci visokokakovostnih sončnih očal. Zaradi uporabe polaroidnih filtrov v njihovem steklu je mogoče odstraniti moteče refleksije, ki izhajajo iz površine mokre avtoceste ali morske površine.

Umov zakon

Vsaka razpršena svetloba z neba je sonce ki so doživeli številne refleksije od molekul zraka in tudi večkrat zlomili ledene kristale ali vodne kapljice. Hkrati je proces polarizacije značilen ne samo za usmerjen odsev (npr. Iz vode), temveč tudi za difuzno. Leta 1905 je bilo dokazano, da je temnejša površina, s katere se odbija svetlobni val, večja stopnja polarizacije. V zgodovino se je uvrstil kot umovski zakon, poimenovan po fiziku, ki je uspel dokazati to odvisnost. Če ga obravnavamo na elementarnem primeru z asfaltno avtocesto, se izkaže, da je v mokrem stanju bolj polariziran kot v suhi obliki.

Zgodovina aplikacije

Kljub temu, da je bil prvič pojava polarizacije odkrita leta 1871, so jo znanstveniki uspeli podrobneje pojasniti šele sredi prejšnjega stoletja. Kakorkoli že, obstajajo zgodovinski podatki, da so jih pomorščaki uporabljali za plovbo pred več kot tisoč leti. V večini primerov je bilo za njih glavno vodilo sonce. V oblačnem vremenu pa so uporabljali tako imenovani sončni kamen. Obstaja razlog za domnevo, da je bil to nekakšen transparenten mineral, ki je imel polarizacijske lastnosti. Vodilo je bil temnejši trak, ki se je pojavil na nebu. Da bi dokazali predpostavko zgodovinarjev in učinkovitost te vrste plovbe, je pred časom norveški pilot odpeljal majhno letalo iz svoje domovine v Grenlandijo, pri čemer je kot vodilo uporabil le kordieritni kristal, mineral z lastnostmi, podobnimi sončnemu kamnu.

Polarizacija in insekti

Polarizacija svetlobe je vidna mnogim žuželkam. To še posebej velja za čebele in mravlje, ki se lahko zaradi te posebnosti usmerijo na teren v oblačnem vremenu in se brez težav vrnejo v svoje habitate. Ta sposobnost se doseže zaradi strukture vizualnega sistema. Medtem ko so v očesu človeka in vseh drugih sesalskih živali, se svetlobno občutljive molekule nahajajo naključno, pri žuželkah so usmerjene v isto smer in ležijo v urejenih vrstah.

Polarizacija nekaterih optičnih pojavov in nebesnih objektov

Polarizacijski učinki so značilni tudi za tako zanimive naravne pojave, kot so halosi (svetlobni loki, ki se občasno pojavljajo okoli sonca ali lune), mavrice in določene vrste. aurora borealis To je posledica dejstva, da se v vseh teh primerih svetloba hkrati reflektira in lomi. Z drugimi besedami, če zavrtite filter in pogledate skozi mavrico, bo v določenem trenutku postal skoraj neviden. Kar zadeva polarizacijo nekaterih astronomskih teles, je magična rakovica, ki jo opazimo v ozvezdju Taurus, postala njen najočitnejši primer. Dejstvo je, da se emitirana svetloba, ki jo oddaja, pojavi med zaviranjem hitrih letečih elektronov pri magnetnem polju.

Krožna polarizacija

Nekatere vrste hroščev, katerih hrbet ima kovinski lesk, so sposobne odsevati žarke in jih usmerjati v krog. Ta pojav se imenuje - krožna polarizacija svetlobe. Če pogledate skozi filtrirni kovinski sij iz hrbtišča teh žuželk, lahko vidite, da je vedno zvit na levo. Do našega časa znanstveniki niso mogli pojasniti, kaj je biološki pomen tega pojava.