Номер 2, страница 93 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. На основе какого опыта можно обнаружить поперечную анизотропность световых волн? Как можно объяснить результат данного опыта?

Поперечную анизотропность световых волн, то есть неравноправие различных направлений в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, можно обнаружить на основе опытов по поляризации света. Самым наглядным является опыт с двумя поляризаторами.

Суть опыта заключается в следующем. Пучок естественного света (например, от солнца или лампы накаливания), в котором колебания вектора напряженности электрического поля $\vec{E}$ происходят беспорядочно во всех направлениях, перпендикулярных лучу, пропускают последовательно через два поляризационных фильтра. Первый фильтр на пути света называется поляризатором, а второй — анализатором.

В ходе опыта наблюдается следующее: если оптические оси (плоскости пропускания) поляризатора и анализатора параллельны, то свет проходит через систему с максимальной интенсивностью. Если начать вращать анализатор относительно поляризатора вокруг направления распространения света, то интенсивность прошедшего света будет ослабевать. Когда оси поляризатора и анализатора оказываются взаимно перпендикулярными (скрещенными), свет через анализатор не проходит совсем.

Данный результат объясняется поперечной природой световых волн. Естественный свет является совокупностью волн с всевозможными ориентациями вектора $\vec{E}$ в поперечной плоскости. Проходя через первый поляризатор, из всего многообразия колебаний выделяется только одна составляющая, параллельная его оптической оси. Свет становится плоскополяризованным. Когда эта поляризованная волна падает на анализатор, он, в свою очередь, пропускает лишь ту составляющую ее вектора $\vec{E}$, которая параллельна его собственной оси. Амплитуда волны, прошедшей через анализатор, будет равна $E_{прош} = E_{пад} \cos\alpha$, где $E_{пад}$ — амплитуда волны, падающей на анализатор, а $\alpha$ — угол между осями поляризатора и анализатора.

Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды, поэтому интенсивность света за анализатором описывается законом Малюса: $I = I_1 \cos^2\alpha$, где $I_1$ — интенсивность плоскополяризованного света после первого поляризатора. Эта формула полностью объясняет наблюдаемые явления: при $\alpha = 0$ интенсивность максимальна ($I = I_1$), а при $\alpha = 90^\circ$ она равна нулю ($I = 0$). Именно эта зависимость интенсивности от угла $\alpha$ и доказывает, что в световой волне существуют выделенные поперечные направления, то есть она обладает поперечной анизотропностью. Для продольных волн (например, звуковых в газе) такой эффект невозможен, так как колебания происходят вдоль направления распространения и в поперечной плоскости все направления равноправны.

Ответ: Поперечную анизотропность световых волн можно обнаружить в опыте с двумя поляризационными фильтрами (поляризатором и анализатором). Результат опыта, заключающийся в зависимости интенсивности прошедшего света от угла между осями фильтров, объясняется поперечностью световых волн. Первый поляризатор создает плоскополяризованный свет, а анализатор пропускает только ту составляющую колебаний электрического поля, которая параллельна его оси, что математически описывается законом Малюса ($I = I_1 \cos^2\alpha$).