Опыты с солнцезащитными очками - 2
Правильнее было бы назвать заметку: “Опыты с поляризаторами (поляроидами)”, - но мы помним, что наши солнцезащитные очки не простые, а поляризационные.
Поместим перед ЖК-экраном компьютера пластмассовую коробочку от CD или прозрачную пластмассовую линейку - ничего особенного не замечаем. А теперь наденем наши очки (или посмотрим на экран через поляроид).
Пластмассовая коробочка расцветится яркими радужными разводами:
Наклоним голову (или повернём поляроид) так, чтобы свет через поляроид не проходил. Удивительно, но на фоне чёрного экрана останется светящаяся область:
Это явление и его объяснение нам хорошо известны с лекционных демонстраций при изучении оптики, потому я прошу прощения у учителей физики и немного напишу разъяснение для возможно читающих эту заметку учащихся или просто интересующихся.
В воздухе, обычном стекле, воде не существует оптически выделенного направления. Свет в этих прозрачных средах идёт во все стороны одинаково.
Но некоторые прозрачные материалы - такие как пластмасса или целлофан - обладают анизотропией, т. е. их (оптические) свойства неодинаковы в разных направлениях. Связано это с тем, что целлофан или пластмасса состоят из длинных молекул - волокон. Эти молекулы большей частью вытянуты в одном направлении, что и даёт анизотропию. Электроны в материале легче поддаются колебаниям вдоль оси молекулы, чем поперёк неё (взаимодействие света с веществом - это взаимодействие света с электронами вещества). Эту ось молекулы называют оптической осью. Будем рассматривать целлофан - с ним опыты особенно красивы.
Если через целлофановую плёнку проходит линейно-поляризованный свет с плоскостью поляризации параллельной этой оси, то у него будет одна скорость распространения. Если поляризация перпендикулярна - свет будет проходить через целлофан с другой скоростью. Таким образом, показатель преломления будет зависеть от того, направлена ли поляризация вдоль оптической оси или параллельно ей. Такая среда называется двоякопреломляющей, а явление - двойным лучепреломлением.
Если два поляроида скрестить, как показано на следующем рисунке (из Фейнмановских лекций по физике, т.3), то свет через второй поляроид не будет проходить совсем. Если поместить между поляроидами кусочек целлолфана, то через целлофан будет идти поляризованный свет. Если оптическая ось целлофана совпадает с плоскостью поляризации , то скорость прохождения света через плёнку будет одна, если перпендикулярно - другая.
Интересен случай, когда целлофан расположен так, как на рисунке: под углом 45 градусов к плоскости поляризации. Перпендикулярная составляющая света пойдёт с одной скоростью, параллельная - с другой. При выходе их плёнки эти две составляющие будут иметь разность фаз. Эта разность фаз будет зависить от толщины плёнки. Если разность фаз равна, к примеру, 90 или 270 градусов, то свет выйдет поляризованным по кругу; если 180 градусов - линейно поляризованным. К тому же плоскость поляризации повернётся, и свет пройдёт через второй поляроид. В белом свете данное условие будет выполняться только для одной из компонент спектрального разложения, т. е. только для одной длины волны, потому вышедший свет будет определённого цвета (все остальные компоненты белого света через скрещенные поляроиды не пройдут). Если плёнку наклонить, то эффективная толщина плёнки изменится (свет будет проходить больший путь), и цвет света будет другой. Если несколько кусочков целлофана вразброс наложить друг на друга, то разной толщины места будут окрашены по-разному.
Если объяснение Вам не очень понятно, всё равно проделайте этот красивый опыт! Роль первого поляроида будет играть ЖК-экран. Нарежьте кусочки целлофана и поднесите к экрану. Обычный бесцветный целлофан через поляризационные очки будет ярко окрашенным. Если поворачивать поляроид, то цвета будут меняться на дополнительные : красный на зелёный, синий на жёлтый…
Интересно получается, что из прозрачного материала можно изготовить светофильтр (отсеивающий из белого света только одну цветовую компоненту), подбирая толщину плёнки. Причём этот фильтр сразу для двух цветов: один цвет при скрещенном положении поляроидов, другой - дополнительный - для параллельного.
P.S. Если у вас есть два поляроида, то можно изготовить и поместить в музей физики Полярископ. Идея его устройства понятна - почти как каллейдоскоп, только без зеркал: после матового стекла помещаем поляроид, перед глазком (окуляром) - тоже поляроид, а вместо разноцветных стёклышек - нарезанные в виде треугольничков, квадратиков, кружков кусочки целлофана (или можно поэкспериментировать с другим материалом, например миларной плёнкой). Зеркала можно оставить - тогда будет комбинированный прибор - … название придумайте сами. Можно сделать полярископ прозрачным (прозрачная труба) или открытым, чтобы видеть его устройство и наблюдать, как прозрачный целлофан через окуляр становится ярко окрашенным.
