Bugün ışığın dalga doğasının özünü ve bu gerçekle bağlantılı "kutuplaşma derecesi" olgusunu ortaya çıkaracağız.
Görme ve aydınlatma yeteneği
Işığın doğası ve ilişkili yeteneğiendişeli insan zihnini uzun süre görmek için. Vizyonu açıklamaya çalışan eski Yunanlılar, ya gözün, çevredeki nesneleri "hisseden" bazı "ışınlar" yaydığını ve böylece kişiyi görünüşleri ve şekilleri hakkında bilgilendirdiğini ya da insanların her şeyi nasıl yakalayıp yargıladıklarını varsaydılar. çalışır ... Teorilerin gerçeklerden uzak olduğu ortaya çıktı: Canlılar yansıyan ışıktan görüyorlar. Bu gerçeğin anlaşılmasından kutuplaşma derecesinin neye eşit olduğunu hesaplayabilme yeteneğine kadar, geriye sadece bir adım kaldı - ışığın bir dalga olduğunu anlamak için.
Işık bir dalgadır
Işığın daha ayrıntılı bir incelemesi ortaya çıktı:müdahale olmadığında düz bir çizgide ilerler ve hiçbir yere dönmez. Işının yolunda opak bir engel duruyorsa, o zaman gölgeler oluşur ve ışığın kendisinin gittiği yer, insanlar ilgilenmiyordu. Ancak radyasyon şeffaf bir ortamla çarpışır çarpışmaz şaşırtıcı şeyler oldu: ışın yayılma yönünü değiştirdi ve soluklaştı. 1678'de H. Huygens, bunun tek bir gerçekle açıklanabileceğini öne sürdü: Işık bir dalgadır. Bilim adamı, daha sonra Fresnel tarafından desteklenen Huygens prensibini oluşturdu. Bu sayede bugün insanlar kutuplaşmanın derecesini nasıl belirleyeceklerini biliyorlar.
Huygens-Fresnel prensibi
Bu prensibe göre, çevredeki herhangi bir noktaya kadarDalga cephesinin ulaştığı, ikincil bir tutarlı radyasyon kaynağıdır ve bu noktaların tüm cephelerinin zarfları, zamanın bir sonraki anında dalga cephesi olarak işlev görür. Böylece, ışık parazitsiz yayılırsa, sonraki her anda dalga cephesi bir öncekiyle aynı olacaktır. Ancak ışın bir engelle karşılaştığında, başka bir faktör devreye girer: farklı ortamlarda, ışık farklı hızlarda yayılır. Böylece, başka bir ortama ulaşmayı başaran ilk foton, ışından gelen son fotondan daha hızlı yayılacaktır. Sonuç olarak, dalga cephesi eğilecektir. Şimdiye kadar, kutuplaşma derecesinin bununla hiçbir ilgisi yok, ancak bu fenomeni tam olarak anlamak gerekiyor.
İşlem süresi
Tüm bu değişikliklerin ayrı ayrı söylenmesi gerekir.inanılmaz derecede hızlı gerçekleşir. Bir boşlukta ışığın hızı saniyede üç yüz bin kilometredir. Herhangi bir ortam ışığı yavaşlatır ama fazla değil. Bir ortamdan diğerine (örneğin havadan suya) geçerken dalga cephesinin bozulma süresi son derece kısadır. İnsan gözü bunu fark edemez ve çok az cihaz bu kadar kısa işlemleri kaydedebilir. Bu nedenle, fenomeni tamamen teorik olarak anlamak faydalı olacaktır. Şimdi, radyasyonun ne olduğunun tamamen farkında olan okuyucu, ışığın polarizasyon derecesini nasıl bulacağını anlamak isteyecek mi? Beklentilerini aldatmayalım.
Işık polarizasyonu
Yukarıda farklı medya fotonlarında bahsetmiştik.ışıkların farklı hızları vardır. Işık enine bir elektromanyetik dalga olduğundan (ortamın kalınlaşması ve seyrekleşmesi değildir), iki ana özelliği vardır:
- dalga vektörü;
- genlik (ayrıca bir vektör miktarı).
İlk özellik nerede olduğunu gösterirbir ışık demeti yönlendirilir ve bir polarizasyon vektörü, yani elektrik alan kuvveti vektörünün yönlendiği yönde ortaya çıkar. Bu, dalga vektörü etrafında dönmeyi mümkün kılar. Güneşin yaydığı gibi doğal ışık polarize değildir. Salınımlar her yöne eşit olasılıkla yayılır; dalga vektörünün sonunun salındığı seçilmiş bir yön veya şekil yoktur.
Polarize ışık türleri
Polarizasyon derecesinin formülünü nasıl hesaplayacağınızı ve hesaplamalar yapmayı öğrenmeden önce, ne tür polarize ışığın olduğunu anlamaya değer.
- Eliptik polarizasyon. Böyle bir ışığın dalga vektörünün sonu bir elipsi tanımlar.
- Doğrusal polarizasyon. Bu, ilk seçeneğin özel bir durumudur. Adından da anlaşılacağı gibi, resim tek yöndedir.
- Dairesel polarizasyon. Başka bir şekilde, dairesel olarak da adlandırılır.
Herhangi bir doğal ışık şöyle düşünülebilir:iki karşılıklı dikey polarize elemanın toplamı. Dikey olarak polarize edilmiş iki dalganın etkileşmediğini hatırlamakta fayda var. Müdahaleleri imkansızdır, çünkü genliklerin etkileşimi açısından, birbirleri için var gibi görünmüyorlar. Karşılaştıklarında, değişmeden devam ederler.
Kısmen polarize ışık
Polarizasyon etkisinin uygulanması muazzamdır.Bilim adamları, doğal ışığı bir nesneye yönlendirerek ve kısmen polarize ışık alarak yüzeyin özelliklerini yargılayabilir. Ancak kısmen polarize ışığın polarizasyon derecesini nasıl belirlersiniz?
Bir formül N.A. var. Umova:
P = (benŞerit-BENbuhar) / (BENŞerit+ Ibuhar), NeredeyimŞerit Işığın yoğunluğu, polarizörün veya yansıtıcı yüzeyin düzlemine dik bir yönde mi ve benbuhar - paralel. P değeri, 0 (herhangi bir polarizasyon içermeyen doğal ışık için) ila 1 (düzlem polarize radyasyon için) arasında değerler alabilir.
Doğal ışık polarize edilebilir mi?
İlk bakışta soru tuhaf.Sonuçta, seçilen yönlerin olmadığı radyasyona genellikle doğal denir. Ancak, Dünya yüzeyinin sakinleri için bu bir anlamda bir yaklaşımdır. Güneş, çeşitli uzunluklarda elektromanyetik dalgalar yayar. Bu radyasyon polarize değildir. Ancak atmosferin kalın bir katmanından geçen radyasyon, önemsiz bir kutuplaşma kazanır. Dolayısıyla doğal ışığın polarizasyon derecesi genel olarak sıfır değildir. Ancak büyüklük o kadar küçüktür ki genellikle ihmal edilir. Yalnızca, en ufak bir hatanın yıldıza yıl veya sistemimize olan mesafeyi ekleyebileceği kesin astronomik hesaplamalar durumunda dikkate alınır.
Işık neden polarize olur?
Yukarıda, benzer olmayan ortamlarda sık sıkfotonlar farklı davranır. Ama nedeninden bahsetmediler. Cevap, ne tür bir ortamdan bahsettiğimize, başka bir deyişle, hangi kümelenme durumunda olduğuna bağlıdır.
- Çarşamba katı kristal bir vücuttur.periyodik yapı. Genellikle böyle bir maddenin yapısı, sabit bilyeli - iyonlu bir kafes olarak temsil edilir. Ancak genel olarak bu tamamen doğru değildir. Böyle bir yaklaşım genellikle haklı çıkar, ancak bir kristal ile elektromanyetik radyasyon arasındaki etkileşim durumunda değil. Gerçekte, her iyon kendi denge konumu hakkında titrer ve kaotik olarak değil, hangi komşularına, hangi mesafelerde ve kaç tane olduğuna göre titreşir. Tüm bu titreşimler katı bir ortam tarafından kesin olarak programlandığından, bu iyon yalnızca kesin olarak tanımlanmış bir şekle sahip soğurulmuş bir foton yayabilir. Bu gerçek bir başkasına yol açar: Giden fotonun kutuplaşmasının ne olacağı, kristale girdiği yöne bağlıdır. Buna mülkiyet anizotropisi denir.
- Çarşamba akışkan.Burada cevap daha karmaşıktır, çünkü işte iki faktör vardır - moleküllerin karmaşıklığı ve yoğunluk dalgalanmaları (yoğunlaşma-seyrekleşme). Kendi başlarına, karmaşık uzun organik moleküller belirli bir yapıya sahiptir. En basit sülfürik asit molekülleri bile kaotik küresel bir topak değil, çok özel bir haç biçimidir. Başka bir şey de, hepsinin düzensiz bir şekilde normal koşullar altında yerleştirilmiş olmasıdır. Bununla birlikte, ikinci faktör (dalgalanma), küçük bir hacimde az sayıda molekülün geçici bir yapı gibi bir şey oluşturduğu koşullar yaratabilir. Bu durumda, ya tüm moleküller birlikte yönlendirilecek ya da birbirlerine göre bazı belirli açılarda konumlandırılacaktır. Bu zamanda ışık sıvının böyle bir bölümünden geçerse, kısmi polarizasyon kazanacaktır. Bu nedenle, sıcaklığın sıvının polarizasyonunu güçlü bir şekilde etkilediği sonucu çıkar: sıcaklık ne kadar yüksek olursa türbülans o kadar şiddetli olur ve bu tür alanlar o kadar fazla oluşur. İkinci sonuç, kendi kendini örgütleme teorisi sayesinde var.
- Çarşamba gaz.Homojen bir gaz olması durumunda, dalgalanmalar nedeniyle polarizasyon meydana gelir. Bu nedenle atmosferden geçen Güneş'in doğal ışığı hafif bir kutuplaşma kazanır. Ve bu yüzden gökyüzünün rengi mavidir: Sıkıştırılmış elementlerin ortalama boyutu öyle ki mavi ve mor elektromanyetik radyasyon saçılır. Ancak bir gaz karışımıyla uğraşıyorsak, polarizasyon derecesini hesaplamak çok daha zordur. Bu sorunlar genellikle yoğun bir moleküler gaz bulutundan geçen bir yıldızın ışığını inceleyen astronomlar tarafından çözülür. Bu nedenle uzak galaksileri ve kümeleri incelemek çok zor ve ilginç. Ancak gökbilimciler bunu yapıyor ve insanlara inanılmaz derin uzay fotoğrafları sunuyor.
