Фізіка. 11 клас

Пасля адкрыцця электрамагнітных хваль у фізікаў паўстаў шэраг пытанняў: гэта хвалі падоўжныя ці папярочныя? Чаму святло праз адны празрыстыя рэчывы праходзіць лёгка, а праз іншыя не праходзіць? Чаму змяняюцца ўласцівасці святла пры адбіцці або праходжанні яго праз некаторыя крышталі? Адказы на гэтыя пытанні дазволіла даць вывучэнне з'явы палярызацыі святла.

Вынікі эксперыментаў па інтэрферэнцыі і дыфракцыі святла паказалі, што святло распаўсюджваецца ў выглядзе хваль. Хаця такія эксперыменты дазволілі фізікам дакладна вымераць даўжыні хваль святла, яны не далі ніякай інфармацыі аб тым, ці з'яўляюцца светлавыя хвалі падоўжнымі або папярочнымі. Асноўная прычына гэтага заключаецца ў тым, што і падоўжныя, і папярочныя хвалі могуць аднолькавым чынам інтэрферыраваць і дыфрагіраваць.

Адпаведна, інфармацыю аб падоўжнасці або папярочнасці светлавых хваль можна атрымаць, даследуючы з'яву палярызацыі святла. Наяўнасць палярызацыі святла з'яўляецца доказам папярочнасці светлавых хваль. У адрозненне ад іх, гукавыя хвалі з'яўляюцца падоўжнымі.

Слова палярызацыя паходзіць ад лацінскага polus — канец восі, полюс. У дачыненні да святла тэрмін «палярызацыя» ўвёў у 1704—1706 гг. І. Ньютан.

Для таго каб лепш разабрацца ў гэтай з'яве, разгледзім прыклад механічнай хвалі, якая бяжыць па вяроўцы. З яе дапамогай можна стварыць папярочныя хвалі, ваганні часціц вяроўкі у якіх могуць адбывацца ў адной плоскасці, напрыклад, як у вертыкальнай, так і ў гарызантальнай плоскасці (мал. 100-1, а, б).

Калі ў напрамку распаўсюджвання такіх хваль паставіць дзве скрыні са шчылінамі, паралельнымі напрамкам ваганняў у хвалях, то хвалі пройдуць праз абедзве з іх (мал. 100-2, а). Калі ж адну са скрынь павярнуць на , так каб шчыліны былі ўзаемна перпендыкулярнымі, то ні адна з хваль не пройдзе праз другую скрыню (мал. 100-2, б).

Такім спосабам папярочныя хвалі можна «пагасіць». Падоўжныя хвалі, у якіх ваганні выконваюцца ўздоўж напрамку распаўсюджвання хвалі, такім спосабам «пагасіць» немагчыма, паколькі яны будуць праходзіць праз шчыліны скрынь пры іх адвольнай ўзаемнай арыентацыі.

Калі ўявіць цяпер папярочную хвалю, ваганні ў якой адбываюцца ўздоўж любых прамых ліній у плоскасці, перпендыкулярнай да яе напрамку распаўсюджвання, то пагасіць такую хвалю можна, калі прапусціць яе праз дзве скрыні са скрыжаванымі шчылінамі (гл. мал. 100-2, б). Пры прапусканні такой хвалі праз адну скрыню ў ёй будуць заставацца ваганні, паралельныя яе шчыліне.

Святло, якое выпраменьвае Сонца або звычайная крыніца, напрыклад лямпа, уяўляе сабой сукупнасць светлавых хваль, якія выпраменьваюцца велізарнай колькасцю часціц (атамаў, малекул). Кожны асобны атам або малекула выпраменьвае электрамагнітную хвалю, для якой напрамак ваганняў вектара напружанасці электрычнага поля  строга фіксаваны. Выпраменьванне любога атама (малекулы) не залежыць ад іншых, таму ваганні вектараў , ствараемыя крыніцай святла, адбываюцца  бязладна па ўсіх напрамках, перпендыкулярных да напрамку распаўсюджвання святла. Такое святло, у якога вектар  хаатычна (бязладна) вагаецца па ўсіх напрамках, перпендыкулярных да напрамку распаўсюджвання, называецца натуральным або непалярызаваным.

З'яву палярызацыі святла можна выявіць, прапускаючы натуральнае святло праз плоскапаралельныя пласцінкі, вырабленыя з прыроднага крышталя турмаліну. Гэтыя пласцінкі выразаны такім чынам, што могуць прапускаць светлавыя хвалі, з ваганнямі вектара напружанасці , якія адбываюцца толькі ў адной пэўнай плоскасці. Святло трапляе ў вока назіральніку, калі пласцінкі размешчаны аднолькава (мал. 100-3). Калі паварочваць адну з пласцінак у плоскасці, перпендыкулярнай да напрамку распаўсюджвання святла, трапляючае ў вока назіральніка святло будзўе паступова паслабляцца да таго часу, пакуль пласцінкі не будуць скрыжаваны. У гэты момант святло наогул не будзе праходзіць праз сістэму пласцінак. Далейшае паварочванне пласцінкі прывядзе да павелічэння прапускаемага святла. Максімальнае прапусканне будзе пры аднолькавай арыентацыі пласцінак.

Разгледжаны эксперымент з'яўляецца доказам папярочнасці электрамагнітных хваль.

Прыбор, напрыклад пласцінка турмаліну, які ператварае натуральнае святло ў палярызаванае, называецца палярызатарам (гл. мал. 100-3). Прыбор, які дазваляе вызначыць, ці палярызаваная хваля, што праходзіць праз яго, называецца аналізатарам. Заўважым, што аналізатар па сваёй канструкцыі нічым не адрозніваецца ад палярызатара. У гэтых прыбораў рознае прызначэнне: палярызатар ператварае непалярызаванае выпраменьванне ў палярызаванае, а аналізатар вызначае напрамак і від палярызацыі.

Пасля праходжання пласцінкі палярызатара святло з натуральнага ператвараецца ў лінейна-палярызаванае або плоскапалярызаванае (рис. 100-5). Светлавая хваля, вектар напружанасці электрычнага поля  якой ва ўсіх пунктах выконвае ваганні паралельна аднаму пэўнаму напрамку, называецца лінейна- або плоскапалярызаванай. Плоскасць палярызацыі вызначаецца як плоскасць, якая змяшчае вектар  і вектарскорасці  распаўсюджвання хвалі (мал. 100-4).

Калі ж канец вектара  пры ваганнях апісвае акружнасць (мал. 100-6, а, б, в), то святло называецца палярызаваным па крузе, а калі эліпс, то — эліптычна палярызаваным (мал. 100-7, а, б).

Такім чынам, з'ява палярызацыі — гэта вылучэнне светлавых хваль, напрамак электрычнага полоя  у якіх захоўваецца нязменным у прасторы або змяняецца па вызначаным законе.

Калі змяшаць натуральнае святло з палярызаваным, атрымаецца часткова палярызаванае святло. У ім ваганні вектара аднаго напрамку  перавагаюць па амплітудзе над ваганнямі па ўсіх іншых напрамках.

У наш час у якасці палярызатараў шырока ўжываюцца тонкія плёнкі таўшчынёй 0,05—0,1 мм, вырабленыя як са штучных монакрышталяў (напрыклад, герапатыту), так і з мноства аднолькава арыентаваных крышталікаў, упрасаваных у палімерную матрыцу. Яны значна таннейшыя, чым турмалін, і дазваляюць вырабляць палярызатары вялікай плошчы. Для абароны такіх плёнак ад механічных пашкоджанняў і ўздзеяння вільгаці іх змяшчаюць паміж дзвюма празрыстымі пласцінкамі або плёнкамі (мал. 100-8).

Палярызаванае святло даюць экраны калькулятараў, мабільных тэлефонаў і вадкакрышталічныя маніторы. У гэтым лёгка пераканацца з дапамогай паляроідных акуляраў, павярнуўшы, напрыклад, экран мабільнага тэлефона ў плоскасці, нармальнай праменю зроку. Пры некаторым становішчы тэлефона яго экран практычна цалкам зацемніцца.